استفاده از HVDC بجای HVAC در خطوط انتقال

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: در این مطلب به طور خلاصه با HVDC آشنا می شویم.

تاریخچه:
•اولین خطوط ساخته شده با این تکنولوژی می‌توان خط انتقال بین مسکو و کاشیرا در اتحاد جماهیر شوروی در سال ۱۹۵۱

•سیستم انتقال ۱۰ تا ۲۰ مگاواتی واقع در سوئد را نام برد که در سال ۱۹۵۴

•بزرگ‌ترین خط انتقال HVDC در حال حاضر خط انتقال اینگا-شابا با ضرفیت انتقال ۶۰۰ مگاوات و با طول حدود ۱۷۰۰ کیلومتر در کنگو

مزایا:

•امکان انتقال مقدار زیادی انرژی در مسافت‌های زیاد است و با تلفات کمتر (در مقایسه با روش انتقال AC)
•نیاز به دو هادی برای انقال انرژی

•خط HVDC فضای کمتری نسبت خط HVAC

•امکان استفاده از منابع و نیروگاه‌های دور افتاده مخصوصا در سرزمین‌های پهناور

•کوچکتر شدن مقطع و ضخامت عایق کابل


تلفات خطوط HVDC کمتر از خطوط HVAC است زیرا:
•مقاومت dc از مقاومت ac کوچکتر است

•جریان راکتیو در خط dc وجود ندارد

•عدم محدودیت پایداری در خط dc

•نیاز به عایق کاری کمتر


برخی از شرایطی که استفاده از سیستم HVDC به‌صرفه‌تر از انتقال AC است عبارت‌اند از:
•کابل‌های زیرآبی، به ویژه زمانی که به علت بالا بودن میزان توان خازنی (capacitance) , تلفات در سیستم AC بیش از حد زیاد می‌شود. (برای مثال شبکه کابلی دریای بالتیک به طول ۲۵۰ کیلومتر بین آلمان و سوئد)

•انتقال در مسافت‌های طولانی و در مکان‌های بن‌بست به طوری که در یک مسیر طولانی شبکه فاقد هیچگونه اتصال به مصرف کننده‌ها یا دیگر تولید کننده‌ها باشد.
افزایش ظرفیت شبکه‌ای که به علت برخی ملاحظات امکان افزایش سیم در آن پر هزینه یا غیر ممکن است.

•اتصال دو شبکه AC ناهماهنگ که در حالت AC امکان برقراری اتصال در آن‌ها وجود ندارد.

•کاهش دادن سطح مقطع سیم مصرفی و همچنین دیگر تجهیزات لازم برای برپاکردن یک شبکه انتقال در یک توان مشخص.

•اتصال نیروگاه‌های دور افتاره مانند سد‌ها به شبکه الکتریکی.


- عدم نیاز به کنترل فرکانس در شبکه

•استفاده از زمین به عنوان سیم برگشت

•افزایش قابلیت کنترل جریان برق


-نبودن اثر پوستی:
•عدم پخش یکنواخت جریان در سطح هادی در خطوط HVAC

•یکنواختی جریان در کل سطح مقطع هادی در خطوط HVDC دیگر اثر پوستی نداریم

-افزایش ثبات شبکه:
•امکان اتصال دو شبکه ناهماهنگ در AC



معایب:
•گران بودن مبدل‌ها

•محدودیت آن‌ها در مقابل اضافه بار‌ها

•تلفات بیشتر در خطوط با طول کوتاه

•مشکلات در یکسو سازی


معایب دیگر HVDC
•تولید هارمونیک
•مشکل در کلیدهای قدرت
•مشکل در تبدیل سطح ولتاژ
•توان راکتیو درخواستی



انتقال HVDC:
•سیستم تک قطبی

•سیستم انتقال دو قطبی



سیستم تک قطبی
•در این سیستم یکی از خطوط را زمین میکنند و خط دیگر را در پتانسیل مثبت یا منفی بالا به شبکه انتقال وصل می‌کنند.

•به طور معمول میتواند تا ۱۵۰۰ کیلو ولت را انتقال دهد.


سیستم انتقال دو قطبی

•استفاده از یک جفت هادی با پتانسیل بالا نسبت به زمین

•نسبت معکوس پلاریته‌ها


تفاوت سیستم تک قطبی و دو قطبی
•گران بودن انتقال دو قطبی

•حمل نصف جریان تک قطبی توسط سیستم دو قطبی


پدیده کرونا در خط:
•به وجود آمدن یون‌ها در سیالی مانند هوا در هنگام تاثیر از میدان مغناطیسی قوی

•جدان شدن الکترون‌ها از اتم‌های هوا و در نتیجه به وجود آمدن یون مثبت
•جذب الکترون‌ها توسط هادی


بررسی اقتصادی:
•به صرفه بودن سیستم HVDC برای مسافت بالاتر از ۶۰۰ کیلومتر


تریستور:
•یک قطعه چهار لایه ایی p-n-p-n

•داشتن پایه کنترلی به نام گیت (کنترل روشن شدن در طول سیکل ac)


مقایسه بین تریستورها:
• تریستور GTO: با کشیدن جریان گیت می‌توان تریستور را قطع نمود.
•
•در تریستور معمولی با کاهش جریان ورساندن آن به نزدیک صفر می‌توان آن را قطع کرد.
•
•تریستور IGBT:کنترل آسانتر و قیمت پایین‌تر


VSE (voltage source convertors)
•کنترل زمان روشن و خاموش شدن تریستور
•
•
•امکان کار در فرکانس‌های بالاتر از فرکانس شبکه
•
•کنترل توان حقیقی وراکتیو به صورت مجزا


درگاه: •به علت بالا بودن ولتاژ انتقال (بالا‌تر از ۵۰۰ کیلو ولت) که این ولتاژاز ولتاژ شکست یک تریستور بیشتر است بنابراین از سری کردن تریستور‌ها وتقسیم نمودن ولتاژروی طبقات آن‌ها استفاده می‌شود که اصطلاحا به آن درگاه می‌گویند.


سیستم تبدیل از AC به DC و بر عکس •قبل از وصل جریان AC به تجهیزات یکسوسازی ورودی مبدل از تعدادی ترانسفورماتور عبور می‌کند و سپس خروجی آن‌ها به درگاه‌های یکسوسازی وارد می‌شود. دلیل استفاده از این ترانسفورماتور‌ها ایزوله کردن پست تبدیل از شبکه AC و به وجود آوردن زمین (Earthing) داخلی است در پست تبدیل وظیفه اصلی بر عهده درگاه‌هاست.


یکسو سازی • در ساده‌ترین حالت یک یکسوساز از شش درگاه تشکیل شده‌است که دو به دو به فازهای AC متصل شده‌اند. ساختمان یکسو ساز به صورتی است که هر درگاه در هر سیکل تنها در طول ۶۰ درجه هادی است و به این صورت وظیفه انتقال توان در هر سیکل ۳۶۰ درجه‌ای به طور مساوی بین شش درگاه تقسیم می‌شود. با افزایش درگاه‌ها تا ۱۲ عدد می‌توان یکسوساز را طوری طراحی کرد که هر ۳۰ درجه درگاه‌ها عوض شوند و بدین ترتیب ظرفیت یکسوسازی هر درگاه افزایش می‌یابد و هارمونیک‌های تولیدی یکسوساز به شدت کاهش می‌یابند.