HVAC obično odgovara kablovskim vezama koje ostaju električno upravljive bez nesrazmjerne reaktivne kompenzacije i koje imaju koristi od direktne integracije u AC mrežu. HVDC dobija na vrednosti kada je dužina kabla, prenosni kapacitet, asinhrone mreže, ili kontrolisanog protoka snage pretvaraju stanice vrijedne. Odluka se ne može donijeti samo na daljinu: tip rute, nivo snage, napon, redundantnost, gubitke, stanični prostor, mrežno ponašanje, kvalifikacija kablova, a životna raspoloživost se mora procijeniti kao jedan prijenosni sistem.
Studija HVAC-nas-HVDC stoga počinje sa zadatkom mreže, ne sa kataloškim kablom. Ista ruta može favorizirati različite tehnologije kada je napajanje, kompenzacija, nepredviđeno stanje, ili promjene zahtjeva za povezivanje.
Odluka je između kompletnih sistema, ne dvije oznake kablova
HVAC prenosi naizmjeničnu struju na sistemskoj frekvenciji. Kabelsko kolo obično nosi tri faze i povezuje se preko transformatora, razvodni uređaj, oprema reaktivne snage, zaštita, zglobova, i raskida. HVDC pretvara AC u DC na kraju koji šalje, prenosi snagu preko jednog ili više polova, zatim ga konvertuje nazad u AC na prijemnoj strani.
Ova razlika je važna jer je kabel samo jedan dio poređenja. HVAC postavlja više ograničenja rute unutar kapaciteta kabela i ponašanja reaktivne snage. HVDC premješta značajnu složenost na pretvaračke stanice, kontrolu, hlađenje, harmonike, DC zaštita, i kablovsko-konverterski interfejsi.
| Uslov odluke | HVAC obično dobija na vrijednosti | HVDC obično dobija na vrednosti |
|---|---|---|
| Dužina kabla | Umjerena dužina sa prihvatljivom strujom punjenja i kompenzacijom. | Dugačak kopneni ili podmorski kabel gdje AC punjenje troši previše korisnog kapaciteta. |
| Povezane mreže | Oba kraja rade kao dio sinhronizovanog AC sistema. | Veza povezuje asinhrone mreže ili je potrebna strogo kontrolirana razmjena energije. |
| Obrazac veze | Važni su srednji AC slavine ili integracija mrežaste mreže. | Dominira masovni prijenos od tačke do tačke. |
| Terminalna oprema | Konvencionalne trafostanice i kompenzacija su praktični. | Cijena konvertorske stanice, otisak stopala, gubitke, i održavanje su opravdani prednostima sistema. |
| Ograničenje projekta | Jednostavnost na terminalima nadmašuje ograničenja rute. | Efikasnost rute i upravljivost nadmašuju složenost terminala. |
XWA raspon visokonaponskih kablova za napajanje pruža kontekst za konstrukciju ekstrudiranih HVAC kablova. Ne treba ga čitati kao dokaz da se AC dizajn može prenijeti na DC uslugu. DC kvalifikacija slijedi drugačiju osnovu električnog naprezanja i ispitivanja.
Zašto HVAC kabel troši struju prije nego što isporuči korisnu snagu
Kabl za napajanje ima provodnik odvojen od metalnog ekrana ili omotača izolacijom. Ta geometrija stvara kapacitet raspoređen duž rute. Pod izmjeničnim naponom, električno polje preokreće svaki ciklus, tako da kapacitivna struja punjenja nastavlja da teče čak i kada prijemni kraj ima malo aktivne snage.
Struja punjenja raste sa frekvencijom, radni napon, kapacitivnost kabla, i dužina rute. Zauzima strujni kapacitet provodnika i proizvodi reaktivnu snagu. Kako ruta postaje duža, manje mogućnosti toplotne struje kabla ostaje dostupno za prijenos aktivne snage osim ako kompenzacija i dizajn sistema ne riješe efekat.
Shunt reaktori mogu apsorbirati reaktivnu snagu na krajevima kablova ili međutočkama. Kompenzacija može produžiti praktičnu rutu HVAC, ali to ne čini da osnovni kapacitet nestane. Lokacija reaktora, prebacivanje, kontrola napona, rezonancija, privremeni prenapon, prostor platforme, gubitke, i nepredviđeno ponašanje postaju dio sistemske studije.
ENTSO-E identifikuje značajan kapacitet kabla i reaktivnu kompenzaciju kao prirodna ograničenja dužine HVAC. Starije industrijske smjernice često navode približne udaljenosti prelaza, ali ti brojevi pripadaju tehnologiji, napon, i pretpostavke korištene u svakoj studiji. One nisu univerzalna ograničenja dizajna.
Ono što HVDC uklanja sa rute—i dodaje na oba kraja
Nakon što DC kabel dostigne stabilan napon, ne troši ponavljajuću kapacitivnu struju punjenja povezanu sa frekvencijom naizmenične struje. Ovo omogućava dugoj trasi kablova da direktno koristi svoju sposobnost prenosa struje za prenos aktivne snage. DC također izbjegava efekt kože vodiča u stalnom radu, iako poređenje stvarnih gubitaka i dalje mora koristiti odabrani provodnik, temperaturu, raspored polova, pribor, i radnu tačku pretvarača.
Prednost se postiže dodavanjem konverzije. Svaki terminal može uključivati transformatore pretvarača, energetsko-elektronski ventili, reaktorima, filtere gde je potrebno, razvodni uređaj, kontrola i zaštita, hlađenje, pomoćna snaga, i građevinski radovi. Ova imovina dodaje kapitalne troškove, otisak stanice, gubici konverzije, planirano održavanje, sacuvan, i rizik interfejsa.
HVDC također mijenja ponašanje sistema. Protok snage se aktivno kontroliše. Asinhrone mreže naizmenične struje mogu razmenjivati snagu bez sinhronizacije. Sistemi napon-izvor-konverter mogu podržati slabe mreže unutar njihovog dizajniranog upravljačkog omotača, dok linijski komutirani sistemi imaju različite zahtjeve za reaktivnu snagu i snagu mreže. Izbor pretvarača stoga utiče na valne oblike napona kabla, dužnosti polariteta, ponašanje greške, i kvalifikacioni program.
Dobro poređenje postavlja pitanje da li su izbjegnuta ograničenja AC rute vrijedna obaveza sistema pretvarača. Ne pretpostavlja se da je DC automatski efikasniji jer je ruta duga, ili da je AC automatski jeftiniji jer nema pretvarača.
Ne postoji fiksna udaljenost ukrštanja HVAC-a-HVDC
Prelazna tačka je rezultat tehničko-ekonomskog modela. Pomiče se kad god se mijenjaju ulazi modela. Udaljenost navedena za jedan offshore sistem izvoza ne može se prenijeti na gradski kopneni krug, interkonektor, ili ruta s različitim naponom i redundansom.
| Ulaz koji pokreće skretnicu | Zašto se rezultat mijenja |
|---|---|
| Potrebna snaga i profil prijenosa | Veća iskorištenost može opravdati ulaganje u pretvarač; nisko ili promjenjivo opterećenje mijenja pretpostavke o gubicima i prihodima. |
| AC napon i kapacitet kabla | Struja punjenja i kompenzacija zavise od stvarnog kabla i radnog napona. |
| Razdvojena ruta | Podmornica, zakopana zemlja, tunel, most, a nadzemni dijelovi imaju različite posljedice ugradnje i popravke. |
| Broj kola i redundantnost | N-1 kriterijumi, rezervna filozofija, konfiguracija polova, i maksimalni gubitak napajanja mijenjaju količinu i dostupnost opreme. |
| Koncept kompenzacije | Terminalni ili međureaktori mijenjaju HVAC sposobnost, otisak stopala, prebacivanje, i trošak. |
| Tehnologija pretvarača i lokacija stanice | LCC i VSC imaju različite mreže, prostor, kontrolu, i implikacije opreme. |
| Procjena gubitka | Cijena energije, profil opterećenja, period popusta, i pomoćna potrošnja mijenja životnu ekonomiju. |
| Strategija kvara i popravka | Posljedice neuspjeha, vreme popravke, pristup ruti, sacuvan, i ugovori o uslugama utiču na vrednost životnog ciklusa. |
Iz tog razloga, rana studija koja se može braniti obično procjenjuje nekoliko HVAC i HVDC konfiguracija u odnosu na isti profil opterećenja, ruta, kriterijum pouzdanosti, troškovna godina, i pretpostavke dostupnosti. Usporedba jedne optimizirane opcije s jednom nepotpunom opcijom stvara lažan rezultat.
Pet scenarija ruta pokazuju gdje se svaka tehnologija uklapa
1. Umjereno podzemno ojačanje unutar jedne AC mreže
HVAC je često prirodna početna tačka kada obje trafostanice pripadaju istoj sinkroniziranoj mreži, zakopana dužina je podesna, i kompenzacija terminala odgovara dizajnu stanice. Kolo može koristiti konvencionalnu AC zaštitu i sučelje transformatora. Termička ocjena, vezivanje omotača, ruta instalacije, i ponašanje reaktivne snage i dalje zahtijeva proračune projekta.
2. Duga offshore izvozna veza
HVDC postaje sve atraktivniji jer duga ruta za izvoz podmornica otežava struju punjenja HVAC-a i kompenzaciju na moru. Poređenje mora uključiti platformu za pretvaranje na moru ili aranžman za konverziju na kopnu, maksimalni izvozni gubitak, strategija popravke kablova, i pouzdanost kompletnog sistema pretvarača i kablova. NREL studije također pokazuju da HVDC offshore stanice mogu zahtijevati veće platforme zbog mase pretvarača i otiska.
3. Interkonektor između asinhronih mreža
HVDC pruža direktnu funkcionalnu prednost jer dva AC sistema ne moraju dijeliti frekvenciju i fazu. Kontrolisani prijenos energije može podržati razmjenu tržišta i rad sistema. Projektu je tada potrebna definirana filozofija kontrole, dužnost preokretanja snage, ponašanje oporavka od kvara, i koordinirani podaci između pretvarača i kablovskog sistema.
4. Ruta koja zahtijeva međuveze
HVAC generalno direktnije integriše srednje podstanice i lokalna AC opterećenja. HVDC veza od tačke do tačke je manje prikladna za više međuodvodnika jer svaka veza može zahtijevati dodatnu konverziju i arhitekturu zaštite. Multiterminalni DC sistemi se razvijaju, ali interoperabilnost, kontrolu, a zaštita se mora tretirati kao sistemska pitanja specifična za projekat.
5. Koridor veoma velikog kapaciteta sa ograničenim pravom prolaza
Obje tehnologije zaslužuju proučavanje. HVDC može povećati prijenos koji se može kontrolirati kroz ograničeni koridor, dok se HVAC može jednostavnije uskladiti s postojećom isprepletenom mrežom. Broj kablova, provodnik područja, termalno okruženje, otisak stanice, maksimalni kredibilni gubitak, redoslijed izgradnje, a buduća ekspanzija može odlučiti o ishodu.
HVAC i HVDC izolacijski sistemi nisu zamjenjivi
Pod AC stresom, distribucija električnog polja u zvučnom ekstrudiranom izolacijskom sistemu uglavnom je vođena geometrijom i permitivnošću. Pod stalnim istosmjernim stresom, distribucija polja jako zavisi od električne provodljivosti, koja se mijenja s temperaturom i električnim stresom. Gradijent temperature preko opterećene izolacije stoga može preraspodijeliti jednosmjerno polje. Prostorni naboj i tranzijenti povezani sa polaritetom dodaju dodatna razmatranja.
Zbog toga se ekstrudirani HVAC kabel ne može proglasiti prikladnim za HVDC usklađivanjem veličine vodiča i nominalnog napona. Formulacija izolacije, poluprovodni ekrani, čistoća proizvodnje, otplinjavanje gdje je primjenjivo, pribor, ocjenjivanje terena, polaritet napona, tip pretvarača, termička istorija, i dokaz o kvalifikaciji mora pripadati jednom validiranom DC kablovskom sistemu.
Dodatna oprema zaslužuje jednaku pažnju. Spojevi i završeci remete jednolično radijalno polje kabla i uvode interfejs materijala. CIGRE smjernice tretiraju kompatibilnost interfejsa i kontrolu instalacije kao kritične za HVAC i HVDC, istovremeno prepoznajući da DC stres zahtijeva vlastitu procjenu.
Granica standarda mora biti zapisana u specifikaciji
IEC 60840 pokriva ekstrudirane sisteme AC kablova iznad 30 kV do 150 kV nazivni napon, sa Um do 170 kV. IEC 62067 se odnosi na ekstrudirane AC sisteme iznad 150 kV do 500 kV nazivni napon, sa Um do 550 kV. Ovi standardi pokrivaju kablove i pribor za fiksne instalacije pod njihovim navedenim uslovima; posebne aplikacije kao što su podmorski sistemi mogu zahtijevati modificirane ili dodatne testove.
XWA 500 kV kablovska stranica pripada kontekstu tog HVAC proizvoda. Ne definira kvalifikacijski put za HVDC.
Za ekstrudirane HVDC kopnene sisteme, zvaničnika IEC 62895 obim dostiže nazivne napone do i uključujući 320 kV i izričito napominje da će za podmorničke aplikacije možda biti potrebni modificirani ili posebni uvjeti ispitivanja. CIGRE tehnička brošura 852 proširuje preporuke za kopnene i podmorske ekstrudirane DC kabelske sisteme do i uključujući 800 kV i razlikuje dužnosti prema naponu, stres, tip pretvarača, i primjena.
| Sistem | Referentna osnova | Oprez u specifikaciji |
|---|---|---|
| Ekstrudirani HVAC, gore 30 to 150 kV nominalno | IEC 60840 | Potvrdi izdanje, amandman, pribor, stanje ugradnje, i dopune projekta. |
| Ekstrudirani HVAC, gore 150 to 500 kV nominalno | IEC 62067 | Definirajte predkvalifikacijski raspon, tipski testovi, pribor, i posebne uslove rute. |
| Ekstrudirano HVDC zemljište, do 320 kV nominalno | IEC 62895 | Potvrdite rad pretvarača, rad polariteta, pribor, i tačan obim instalacije. |
| Ekstrudirani HVDC kopneni ili podmornički, do 800 kV | CIGRE TB 852 preporuke | Prevedi napon projekta, stres, konverter, tranzijenti, i raspon kvalifikacija u dogovoreni program testiranja. |
Standardi ne biraju tehnologiju prijenosa. Oni verifikuju definisani dizajn kablovskog sistema nakon rada sistema, naponsku osnovu, ruta, ponašanje pretvarača, i utvrđuju se kvalifikacioni okvir.
Poređenje životnog ciklusa je jače od poređenja cijena kablova
Početna cijena isporuke kablova obuhvata samo dio oba sistema. HVAC evaluacija treba uključiti kablovske krugove, zglobova, prekidi, vezivanje, reaktorima, trafostanice, gubitke, ruta radi, praćenje, održavanje, i uticaj struje punjenja na prenosivu snagu. HVDC evaluacija bi trebala uključivati stupove i povrate, pretvarači, transformatori, reaktorima, filteri, hlađenje, kontrole, sacuvan, gubitke, stanica radi, kablovski pribor, kvalifikacija, i stručno održavanje.
Dostupnost se također mora modelirati na nivou sistema. Greška kabla, kvar pribora, kvar pretvarača, kvar hlađenja, kvar u kontroli, ili planirani događaj održavanja može ukloniti različite količine prijenosnog kapaciteta. Monopole, bipolarni, redundantni pretvarač, i paralelne rasporede kruga HVAC treba uporediti s istim kriterijima maksimalnog gubitka i restauracije.
ENTSO-E-ov nedavni HVDC rad na pouzdanosti naglašava dosljedne definicije, bolja granularnost podataka, i procjena životnog ciklusa. Ovo podržava praktično pravilo: nominalna snaga nije dovoljna. Za poređenje je potreban očekivani raspoloživi prijenos tokom vremena i posljedica svakog vjerodostojnog prekida rada.
Specifikacija kabla počinje nakon izbora sistema—ali razmena podataka počinje ranije
Inženjering kablova ne može čekati da se završi studija tehnologije. Preliminarni podaci o kablu utiču na struju punjenja, gubitke, dimenzije rute, ograničenja savijanja, planiranje bubnja ili posude, zglobova, termalni dizajn, i sučelja stanica. Razmjena bi trebala biti iterativna.
Korisna evidencija o HVAC/HVDC studijskom paketu:
- Dužnost mreže: napona za slanje i prijem, frekvencija, nivoi kratkog spoja, uzemljenje, snagu mreže, sinhronizacija, smjer snage, i kontrolnih zahtjeva.
- Transfer duznost: kontinuirano i hitno napajanje, profil opterećenja, osnovu preopterećenja, opseg reaktivne snage, gubitke, maksimalni gubitak hrane, i cilj dostupnosti.
- Ruta: ukupna dužina, kopneni i podmorski dijelovi, detalji ukopa ili kanala, stanje tla ili morskog dna, temperature okoline, prelaze, ograničenja instalacije, i popravi pristup.
- Sistemske opcije: Broj kruga HVAC i kompenzacija; HVDC tip pretvarača, raspored polova, povratni put, i povratna dužnost.
- Baza kablova: definicija napona, materijal i površina provodnika, izolacioni sistem, metalni omotač ili ekran, blokiranje vode, oklop tamo gde je to potrebno, vezivanje, pribor, i interfejsi za nadzor.
- Kvalifikacije: primjenjivih standarda, raspon predkvalifikacije, tipski testovi, rutinska ispitivanja i testovi uzoraka, testovi nakon ugradnje, specijalni tranzijenti, i dokumentaciju.
- Osnova životnog ciklusa: troškovna godina, vrednovanje gubitka energije, servisni period, sacuvan, strategija popravke, pretpostavke o prekidu rada, i plan za kraj života.
Povezano Izgledi tržišta VN i EHV kablova stavlja ovaj inženjerski zahtjev u širi kontekst razvoja mreže. Specifikacije projekta bi i dalje trebale biti zasnovane na stvarnoj studiji sistema, a ne samo na smjernicama tržišta.
Uobičajena pitanja o HVAC i HVDC kablovima
Da li je HVDC uvijek bolji za dugi podzemni kabel?
br. Dužina ojačava HVDC kućište, ali nivo snage, trošak pretvarača, stanični prostor, mrežna funkcija, kompenzacija, redundantnost, gubitke, i dostupnost životnog ciklusa može promijeniti rezultat. Obje tehnologije treba modelirati na istoj osnovi.
Da li HVDC kabel nema kapacitivnu struju?
Kapacitet i dalje postoji, a punjenje se dešava tokom uključivanja i promjene napona. Ključna razlika je u tome što stabilan istosmjerni napon ne proizvodi kontinuiranu struju punjenja ovisno o frekvenciji prisutnu u AC kabelu pod naponom..
Može li se ista XLPE smjesa koristiti za HVAC i HVDC?
Materijalna prezimena nisu dovoljan dokaz. DC provodljivost, temperaturna zavisnost, ponašanje prostornog naboja, interfejsi, proizvodni proces, i kvalifikacija mora biti potvrđena za predviđeni DC napon i rad pretvarača.
Da li je AC i DC napon direktno uporediv?
br. HVAC ocjene koriste definicije AC sistema kao što su nazivni napon faza-faza i maksimalni napon sistema. HVDC ocjene koriste aranžmane od stupa do zemlje i od stupa do pola s različitim radnim i prijelaznim dužnostima. Specifikacija mora eksplicitno definirati naponsku osnovu.
Koji dokument prvo treba pripremiti?
Započnite sa zajedničkom osnovom dizajna prijenosa koja pokriva rutu, moć, mrežna funkcija, pouzdanost, uslovi životne sredine, i studijske pretpostavke. Podaci o kablovima i pretvaračima se tada mogu razvijati dosljedno umjesto da se upoređuju kroz nepovezane kataloške ocjene.
Inženjerski zaključak
HVAC se uklapa tamo gdje integracija AC-a ostaje jednostavna i punjenjem kabela može se upravljati bez pretjerane kompenzacije ili gubitka korisnog kapaciteta. HVDC se uklapa u duge kablovske trase, asinhroni sistemi, kontrolisanog masovnog transfera, ili ograničenja koridora opravdavaju konvertorske stanice i namenski DC kvalifikacioni program.
Najjača odluka nije "AC ispod jedne udaljenosti i DC iznad nje." To je sljedljivo poređenje kompletnih arhitektura pod istim profilom snage, ruta, pouzdanost, gubitak, trošak, i pretpostavke životnog ciklusa. Tek nakon tog upoređivanja može se napon kabla, izgradnja, pribor, testovi, i dokumentacija biti koherentno specificirana.
Podnesite Osnovu dizajna prijenosa
Za inženjerski pregled, obezbijediti dužinu rute i okruženje, potrebna snaga, AC mrežni naponi i frekvencija, status sinhronizacije, profil opterećenja, redundantnost i kriterijumi maksimalnog gubitka, kopneni ili podmorski dijelovi, instalacijska ograničenja, predloženi koncept HVAC kompenzacije ili HVDC pretvarača, primjenjivih standarda, test očekivanja, količina, i odredište. XWA Power & Kabl može uskladiti traženi raspored izgradnje i dokumentacije za kablove sa odobrenom projektnom osnovom; konačna potvrda sposobnosti prati tačan sistem i obim kvalifikacije.