Высоковольтные линии постоянного тока
Технология передачи высоковольтного постоянного тока (HVDC) используется для передачи электроэнергии в основном на большие расстояния. От этой технологии частично отказались после появления технологии передачи переменного тока высокого напряжения по ряду причин, тем не менее высоковольтные линии постоянного тока используются и сегодня.
Благодаря новым технологическим достижениям в твердотельных и легирующих технологиях в прошлом веке, технология HVDC привлекла внимание коммунальных предприятий и компаний, занимающихся передачей электроэнергии.
Передача постоянного тока высокого напряжения
Передача постоянного тока высокого напряжения была хорошо известна до открытия переменного тока. Первая практическая система передачи постоянного тока была введена в действие в 1882 году, разработанная Марселем Депре для передачи 1,5 кВт на расстояние 35 миль при потенциале 2 кВ.
В последнее десятилетие 19 века идея сосуществования переменного и постоянного тока стала ясной и общеизвестной. Затем, в 1901 году, Хервит разработал свой выпрямитель на парах ртути, который мог преобразовывать переменный ток в постоянный. В 1928 г. принята на вооружение база управляемого выпрямления и инверсии.
HVDC-система на основе ртутно-дуговых клапанов
В 1939 году доктор Уно Ламм изобрел новую конструкцию ртутно-дугового клапана. Это была самая успешная попытка развития преобразования HVDC. Позже, в 1954 году, была введена в эксплуатацию первая система передачи постоянного тока высокого напряжения на основе ртутной дуги. Система располагалась между Швецией и Готландом на расстоянии 96 км при напряжении 100 кВ и мощности 20 МВт.
Тридцать четыре года спустя полупроводниковая технология была признана лучшей альтернативой блоку преобразования постоянного тока и начала заменять ртутно-дуговые клапаны. Последней коммерческой системой HVDC, основанной на ртутно-дуговых клапанах, была двухполюсная линия Nelson River Bipole длиной 895 км с максимальной мощностью 6500 МВт при напряжении 450 кВ постоянного тока.
Тиристорная технология
Тиристоры или кремниевые управляемые выпрямители появились в 1950-х годах, но с очень низкими электрическими характеристиками. В 1960-х годах развитие тиристоров было поразительным, напряжение блокировки одного тиристора достигло 1600 Вольт, а максимальный ток 1000 А. Последующие быстрые усовершенствования тиристорных вентилей позволили использовать их в системах HVDC, препятствуя разработке ртутно-дуговых вентилей.
Системы тиристорных клапанов компенсируют проблемы в системах ртутно-дуговых клапанов, сокращая техническое обслуживание, расширяя диапазон напряжения и устраняя случаи возникновения дуги. Первая система передачи HVDC, полностью основанная на тиристорах, представляла собой две встречно-параллельные преобразовательные станции с двойным мостом, каждая из которых содержала 4800 тиристоров и передавала 320 МВт при напряжении 80 кВ между станциями Нью-Брансуик и Гидро Квебек.
Сегодня технология HVDC на основе тиристоров используется до сих пор.
Технология на основе IGBT-транзисторов
Системы на основе тиристоров являются отличным вариантом для больших раздаточных коробок, но они очень неэффективны с точки зрения затрат и места и не могут быть установлены для систем с пуском из полностью обесточенного состояния, таких как синтез сбалансированных трехфазных напряжений. В результате потребовалась новая технология. 1990-е годы стали свидетелями большого развития силовой электроники, поскольку разработка биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) открыла путь к новой технологии передачи HVDC. Системы IGBT управляются напряжением по сравнению с тиристорными системами, управляемыми током. Они могут переключаться на очень высокой частоте, что может помочь уменьшить гармоники переменного тока в системе. Они решают проблему запуска из черного положения и имеют лучшие возможности управления мощностью.
Две из первых систем нс основе IGBT были внедрены в Швеции в 1997 и 1999 годах. Системы имели мощность 3 МВт и 50 МВт при 10 кВ и 80 кВ соответственно. С тех пор данные системы претерпели множество усовершенствований и этапов разработки, уменьшая потери преобразователя и повышая надежность системы.
© digitrode.ru