HVAC與HVDC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

HVDC和HVAC是兩種不同的技術(shù)，具有相同的目的，但每種技術(shù)都用于不同的情況。高壓直流輸電和暖通空調(diào)相輔相成，為電力傳輸創(chuàng)造終極解決方案。

在規(guī)劃傳輸系統(tǒng)時(shí)，選擇傳輸方式至關(guān)重要。

高壓直流 （HVDC） 和高壓交流 （HVAC） 輸電系統(tǒng)旨在實(shí)現(xiàn)相同的目的 - 以最小的損耗長(zhǎng)距離傳輸電力?？紤]的因素包括傳輸經(jīng)濟(jì)性、系統(tǒng)可靠性、技術(shù)性能和環(huán)境影響。

交流與直流的經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)學(xué)由兩件事組成，系統(tǒng)組件成本和損失成本。直流線路中使用的兩根電纜可以與三相交流輸電中使用的三條輸電線路具有相同的額定功率。出于同樣的原因，在架空輸電的情況下，輸電塔在高壓直流輸電中的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單。

此外，與交流線路相比，直流線路中的電暈效應(yīng)相對(duì)可以忽略不計(jì)。因此，在相同的載流能力下，直流線路的導(dǎo)體尺寸將小于交流線路導(dǎo)體的尺寸。交流系統(tǒng)還需要功率補(bǔ)償和許多終端設(shè)備。

另一方面，在交流電中達(dá)到高壓水平比在直流電中便宜得多。直流系統(tǒng)的成本在換流站。用于轉(zhuǎn)化和過(guò)濾的組件成本高昂。

直流電纜受趨膚效應(yīng)的影響比交流電纜小，介電損耗可以忽略不計(jì)。因此，直流輸電線路的功率損耗遠(yuǎn)小于交流電，考慮到兩組，每距離成本曲線在交流和直流輸電成本之間的交點(diǎn)處將具有盈虧平衡距離。

成本因素還應(yīng)包括對(duì)項(xiàng)目估計(jì)壽命內(nèi)的當(dāng)前價(jià)值和年度利息的經(jīng)濟(jì)研究。

比較HVAC與HVDC系統(tǒng)的初始投資以及兩個(gè)系統(tǒng)在距離內(nèi)的成本變化的圖表。盈虧平衡距離是交流曲線和直流曲線之間的交點(diǎn)。

暖通空調(diào)與高壓直流輸電技術(shù)性能

高壓直流輸電的技術(shù)性能比暖通空調(diào)具有許多優(yōu)勢(shì)。由于HVDC是一種基于轉(zhuǎn)換器的技術(shù)，因此傳輸?shù)墓β适峭耆芸氐?。高壓直流輸電鏈路還可以幫助控制暖通空調(diào)網(wǎng)絡(luò)的瞬變和穩(wěn)定性。

在三相HVAC網(wǎng)絡(luò)中，功率傳輸取決于每個(gè)相位之間的角度差。角度在高距離時(shí)增加，這會(huì)在系統(tǒng)中造成不穩(wěn)定。高壓直流輸電具有正極性和負(fù)極性線，因此沒(méi)有相量角，這意味著沒(méi)有穩(wěn)定性約束。

暖通空調(diào)線路在傳輸中需要無(wú)功功率。這會(huì)導(dǎo)致電壓降，需要補(bǔ)償。浪涌阻抗負(fù)載和分流補(bǔ)償是這個(gè)問(wèn)題的解決方案。

高壓直流輸電線路不需要無(wú)功功率，因此，直流系統(tǒng)不需要電容器組或SIL。這為水下電纜傳輸創(chuàng)造了一種解決方案。

高壓直流輸電的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是能夠在少數(shù)情況下使用接地導(dǎo)體作為返回導(dǎo)體。其優(yōu)勢(shì)在于壓扁輸電損耗并降低初始安裝成本。在某些情況下，它可以在故障期間用作替代回油管。由于高電感效應(yīng)，接地線在交流系統(tǒng)中的傳輸中未使用。

比較高壓直流輸電和暖通空調(diào)系統(tǒng)輸電能力的圖表。在長(zhǎng)距離上，HVAC系統(tǒng)的電力傳輸和系統(tǒng)的穩(wěn)定性會(huì)降低，而典型的HVDC系統(tǒng)在長(zhǎng)距離上具有更高的潛力。

傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性

隨著光激活晶閘管的發(fā)展，HVDC系統(tǒng)的可靠性得到了提高。保護(hù)和控制的改進(jìn)使高壓直流輸電系統(tǒng)高度可靠。要計(jì)算系統(tǒng)的可靠性，必須考慮兩個(gè)指標(biāo)：能量可用性和瞬態(tài)可靠性。

能源可用性是系統(tǒng)運(yùn)行的總時(shí)間中斷時(shí)間的百分比。

［能量，可用性=100（frac{1-中斷，時(shí)間}{總計(jì)，時(shí)間}）%］

能源可用性 = 100 （（ 1 次中斷時(shí)間）/（總時(shí)間））%

瞬態(tài)可靠性是指定 DC 系統(tǒng)在相關(guān) AC 系統(tǒng)發(fā)生故障期間性能的一個(gè)因素。

［瞬態(tài)，可靠性==100-數(shù)量，正常，高壓直流，鏈路，性能，期間，故障}{數(shù)量，數(shù)量，可記錄，交流，故障}

瞬態(tài)可靠性 =（故障期間正常高壓直流鏈路性能的 100 個(gè)數(shù)量）/（可記錄交流故障數(shù)量）

為了檢查高壓直流輸電系統(tǒng)的可靠性，平均故障時(shí)間（MTTF）和平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）是由高壓直流輸電系統(tǒng)先前停電的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)決定的兩個(gè)重要因素。

MTTF 是系統(tǒng)在兩次獨(dú)立中斷之間保持的時(shí)間。MTTR 是用于修復(fù)中斷的時(shí)間。在高壓直流輸電系統(tǒng)中，特別是在過(guò)去二十年的進(jìn)步之后，在大多數(shù)情況下，高壓直流輸電系統(tǒng)的大多數(shù)組件的MTTF都很高，而大多數(shù)故障的MTTR很低。

顯示平均修復(fù)時(shí)間和平均故障時(shí)間之間差異的圖表，平均修復(fù)時(shí)間從系統(tǒng)中斷開始，到系統(tǒng)重新聯(lián)機(jī)時(shí)結(jié)束。平均故障時(shí)間是安裝系統(tǒng)與第一次中斷之間的時(shí)間或兩次中斷之間的時(shí)間。

根據(jù)所有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，高壓直流輸電鏈路比HVAC輸電系統(tǒng)更可靠。

輸電線路的環(huán)境影響

近年來(lái)，輸電線路對(duì)環(huán)境的影響已經(jīng)顯現(xiàn)出來(lái)。無(wú)線電和電視信號(hào)干擾、可聽噪聲、視覺(jué)沖擊和電場(chǎng)成為電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商和研究人員尋找這些問(wèn)題解決方案的責(zé)任。

電場(chǎng)

電場(chǎng)的兩個(gè)主要來(lái)源是導(dǎo)致空間電荷云的導(dǎo)體電暈效應(yīng)以及導(dǎo)體與大地之間的電位差。天氣和濕度也會(huì)加強(qiáng)電場(chǎng)。當(dāng)預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)高電場(chǎng)時(shí)，應(yīng)將其周圍的區(qū)域圍起來(lái)并標(biāo)記為危險(xiǎn)區(qū)域，以防止地面上的沖擊電流。

直流系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)沒(méi)有位移電流;因此，高壓直流輸電系統(tǒng)中的電場(chǎng)比暖通空調(diào)系統(tǒng)中的電場(chǎng)更不嚴(yán)重。

Id=E0dΦEdtId=E0dΦEdt此方程計(jì)算位移電流，其中 Id 是位移電流。E0是周圍的介電常數(shù)，dΦE是電通量變化，dt是時(shí)間的變化。

輻射干擾

高壓直流輸電系統(tǒng)在從千赫茲區(qū)域到兆赫茲區(qū)域的高頻波中引起干擾。原因是換流變壓器的運(yùn)行和高頻開關(guān)。電磁屏蔽用于控制這個(gè)問(wèn)題，并在換流站周圍建造覆蓋有金屬絲網(wǎng)的鋼筋混凝土。

輸電線路表面的電暈效應(yīng)是輻射噪聲的主要原因;它在HVAC輸電線路上具有高度可觀察性，并且高度依賴于輸電線路的電場(chǎng)強(qiáng)度和表面直徑。

在高壓直流輸電線路中觀察到無(wú)線電干擾，但其水平低于HVAC輸電線路。

閥廳屏蔽的典型屏蔽效果。

噪聲

轉(zhuǎn)換站、發(fā)電廠和變電站產(chǎn)生的聲音稱為噪聲。工廠允許的噪音取決于當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)的示例包括 BS 4142：2014 和 IEC TS 61973：2012/AMD1：2019。

高壓直流電站的噪聲源是換流變壓器、電抗器和濾波電容器。變壓器從鐵芯的磁通密度中產(chǎn)生噪聲。標(biāo)準(zhǔn)變壓器在空載時(shí)會(huì)產(chǎn)生可聽見的噪聲，滿載時(shí)可能會(huì)高出 20 dB。在換流變壓器中，滿載時(shí)的噪聲比空載時(shí)高約10 dB。

電抗器將噪聲輻射為交流諧波的函數(shù)，電容器由于多個(gè)單獨(dú)的點(diǎn)源而產(chǎn)生噪聲。

有幾種方法可以減少來(lái)自其來(lái)源的噪聲。降噪的原因是要符合地方當(dāng)局制定的標(biāo)準(zhǔn)。

1.購(gòu)買靜音設(shè)備。雖然這種解決方案是最好的，但它可能不是最可行或最具成本效益的。

2.將設(shè)備封閉起來(lái)進(jìn)行噪聲衰減，例如建筑物的墻壁和設(shè)備周圍的噪聲阻尼器。這是長(zhǎng)距離降噪的良好解決方案，但對(duì)于短距離降噪來(lái)說(shuō)非常昂貴。

3.獨(dú)立的嘈雜設(shè)備。另一種方法是在反射噪聲路徑中屏蔽其他設(shè)備。

視覺(jué)沖擊

視覺(jué)沖擊主要針對(duì)架空輸電線路和塔架結(jié)構(gòu)。三相交流線路需要更大的塔架和它們之間的間距。因此，高壓直流輸電線路的視覺(jué)和空間影響低于HVAC輸電。

輸電公司正在從暖通空調(diào)轉(zhuǎn)換為高壓直流輸電。當(dāng)然，這取決于在計(jì)劃和計(jì)算所有要求之后上述所有因素。這些因素都應(yīng)該考慮在內(nèi)，無(wú)論是經(jīng)濟(jì)性、性能、可靠性還是環(huán)境影響。