교류선에 비해 고전압 직류 송전선의 장점

전통적인 고전압 송전선이 되면서 오늘날에는 변함없이 교류를 사용하여 작동합니다. 하지만 AC 라인에 비해 고압 DC 전송 라인이 줄 수 있는 이점에 대해 생각해 본 적이 있습니까? 예, 우리는 고전압 직류(HVDC 전력 전송) 송전선에 대해 이야기하고 있습니다.

물론 고압직류선로의 형성을 위해서는 애초에 변환기, 교류에서 직류를 만들고 직류에서 교류를 만들 것입니다. 이러한 인버터 및 변환기는 비싸고 예비 부품에는 과부하 제한이 있으며 각 라인마다 장치가 과장되지 않고 고유해야합니다. 단거리에서는 컨버터의 전력 손실로 인해 이러한 전송 라인이 일반적으로 비경제적입니다.

그러나 어떤 응용 프로그램에서 사용하는 것이 바람직합니까? DC? 때때로 높은 AC 전압이 충분히 효율적이지 않은 이유는 무엇입니까? 마지막으로, 고압 직류 송전선이 이미 사용되고 있습니까? 우리는 이러한 질문에 대한 답을 얻으려고 노력할 것입니다.

예를 들어 멀리 갈 필요가 없습니다. 이웃한 두 나라인 독일과 스웨덴 사이의 발트해 바닥에 놓인 전기 케이블은 길이가 250미터인데 전류가 번갈아 흐르면 용량성 저항으로 인해 상당한 손실이 발생합니다. 또는 중간 장비를 설치할 수 없는 오지에 전기를 공급하는 경우. 여기에서도 고전압 직류는 손실이 적습니다.

추가 라인을 추가하지 않고 기존 라인의 용량을 늘려야 한다면? 그리고 서로 동기화되지 않은 AC 분배 시스템에 전원을 공급하는 경우?

한편, 직류로 전송되는 특정 전력의 경우, 고전압에서 와이어의 더 작은 단면이 필요하고 타워가 더 낮을 수 있습니다. 예를 들어 Canadian Bipole Nelson River Transmission Line은 배전 그리드와 원격 발전소를 연결합니다.

AC 전원 그리드는 단락의 위험을 증가시키지 않고 안정화될 수 있습니다. 초고압 피크로 인해 AC 라인에서 손실을 유발하는 코로나 방전은 DC에서 훨씬 적고 이에 따라 유해한 오존이 덜 방출됩니다. 다시 말하지만 전력선 구축 비용을 줄입니다. 예를 들어 3상에는 3개의 전선이 필요하고 HVDC에는 2개만 필요합니다. 다시 한 번, 해저 케이블의 최대 이점은 재료가 적을 뿐만 아니라 용량 손실도 적다는 것입니다.

1997년부터AAB는 최대 500kV의 전압에서 최대 1.2GW의 전력을 사용하는 HVDC 조명 라인을 설치합니다. 따라서 영국과 아일랜드의 그리드 사이에 500MW 공칭 전력 링크가 구축되었습니다.

이 연결은 네트워크 간 전기 공급의 보안과 신뢰성을 향상시킵니다. 서쪽에서 동쪽으로 이어지는 네트워크의 케이블 중 하나는 길이가 262km이며 케이블의 71%가 해저에 있습니다.

다시 한 번 AC 전류를 사용하여 케이블 커패시턴스를 재충전하면 불필요한 전력 손실이 발생하며 전류가 지속적으로 적용되기 때문에 손실은 무시할 수 있습니다. 또한 AC 유전 손실도 무시해서는 안 됩니다.

일반적으로 직류의 경우 동일한 전력에서 전압 피크가 높지만 교류의 경우 더 높기 때문에 동일한 와이어를 통해 더 많은 전력을 전송할 수 있습니다. 또한 절연이 두껍고 단면이 더 커야 합니다. 도체 사이의 거리 등이 더 큽니다. 이러한 모든 요소를 ​​고려할 때 직류 전송 라인의 회랑은 전기 에너지의 밀도가 높은 전송을 제공합니다.

주변에 영구 고압선이 생성되지 않습니다. 저주파 교류 자기장AC 송전선의 전형입니다. 일부 과학자들은 이 가변 자기장이 인간의 건강, 식물, 동물에 미치는 피해에 대해 이야기합니다. 직류는 도체와 접지 사이의 공간에 일정한(가변이 아닌) 전기장 구배만 생성하며 이는 사람, 동물 및 식물의 건강에 안전합니다.

AC 시스템의 안정성은 직류에 의해 촉진됩니다.고전압 및 직류로 인해 서로 동기화되지 않은 AC 시스템 간에 전력 전송이 가능합니다. 이렇게 하면 계단식 손상이 확산되는 것을 방지할 수 있습니다. 중요하지 않은 고장의 경우 에너지는 단순히 시스템 안팎으로 이동합니다.

이는 고전압 DC 그리드의 채택을 더욱 촉진하여 새로운 기반을 마련합니다.

프랑스와 스페인 사이의 고전압 직류(HVDC) 송전선용 지멘스 컨버터 스테이션

최신 HVDC 라인의 개략도

에너지 흐름은 제어 시스템 또는 변환 스테이션에 의해 규제됩니다. 흐름은 회선에 연결된 시스템의 작동 모드와 관련이 없습니다.

DC 라인의 상호 연결은 AC 라인에 비해 임의로 작은 전송 용량을 가지며 약한 링크 문제가 제거됩니다. 에너지 흐름의 최적화를 고려하여 라인 자체를 설계할 수 있습니다.

또한 개별 에너지 시스템의 작동을 위해 여러 제어 시스템을 동기화하는 어려움이 사라집니다. 빠른 비상 컨트롤러 포함 직류 전선 전체 네트워크의 신뢰성과 안정성을 높입니다. 전력 흐름 제어는 평행선의 진동을 줄일 수 있습니다.

이러한 이점은 대규모 전력 시스템을 서로 동기화되는 여러 부분으로 나누기 위해 고전압 직류 상호 작용의 빠른 채택을 촉진합니다.

예를 들어, 인도에는 고압 직류 라인으로 상호 연결된 여러 지역 시스템이 구축되었습니다.특수 센터에서 제어하는 ​​변환기 체인도 있습니다.

중국에서도 마찬가지입니다. 2010년 ABB는 중국에서 세계 최초의 800kV 초고압 직류를 건설했으며 2018년에는 길이 3400km, 용량 12GW의 1100kV Zhongdong-Wannan UHV DC 라인을 완공했습니다.

2020년 현재 최소 13개의 건설 현장이 완료되었습니다.중국의 EHV DC 라인. HVDC 라인은 상당한 거리에 걸쳐 많은 양의 전력을 전송하며 각 라인에 여러 전원 공급 장치가 연결되어 있습니다.

일반적으로 고압 직류 송전선 개발자는 영업 비밀이므로 일반 대중에게 프로젝트 비용에 대한 정보를 제공하지 않습니다. 그러나 프로젝트의 세부 사항은 자체적으로 조정되며 가격은 전력, 케이블 길이, 설치 방법, 토지 비용 등에 따라 다릅니다.

모든 측면을 경제적으로 비교함으로써 HVDC 라인 구축의 타당성에 대한 결정이 내려집니다. 예를 들어 프랑스와 영국 사이에 8GW 용량의 4선 송전선을 건설하는 데 육상 작업과 함께 약 10억 파운드가 필요했습니다.

과거의 중요한 고전압 직류(HVDC) 프로젝트 목록

1880년대 소위 전류 전쟁이 있었다 Thomas Edison과 같은 DC 지지자와 Nikola Tesla 및 George Westinghouse와 같은 AC 지지자 사이. DC는 10년 동안 지속되었지만 전압을 높여 손실을 제한하는 데 필요한 전력 변압기의 급속한 개발로 인해 AC 네트워크가 확산되었습니다. 고전압 직류의 사용이 가능해진 것은 파워 일렉트로닉스의 발달과 함께였다.

HVDC 기술 1930년대에 등장. 스웨덴과 독일의 ASEA에서 개발했습니다. 최초의 HVDC 라인은 1951년 소련에서 모스크바와 카시라 사이에 건설되었습니다. 그 후 1954년에 고틀란드 섬과 스웨덴 본토 사이에 또 ​​다른 노선이 건설되었습니다.

모스크바 — 카시라(USSR) — 길이 112km, 전압 — 200kV, 전력 — 30MW, 건설 연도 — 1951년. 이것은 세계 최초의 완전 정적 전자식 고전압 직류로 간주되며 작동됩니다. 라인이 현재 존재하지 않습니다.

고틀란드 1(스웨덴) — 길이 98km, 전압 — 200kV, 전력 — 20MW, 건설 연도 — 1954년. 세계 최초의 상업용 HVDC 링크. 1970년에 ABB에 의해 확장되었으며 1986년에 퇴역했습니다.

볼고그라드 — 돈바스(소련) — 길이 400km, 전압 — 800kV, 전력 — 750MW, 건설 연도 — 1965. 800kV DC 전력선 Volgograd의 첫 번째 단계 — Donbass는 1961년에 시운전되었으며 당시 언론에서 소비에트 전기 공학의 기술 개발에서 매우 중요한 단계입니다. 라인은 현재 해체되었습니다.

1961년 VEI 실험실에서 직류 라인용 고전압 정류기 테스트.

고전압 직류 Volgograd — Donbass의 라인 다이어그램

바라보다: 소련 1959-1962의 전기 설비 및 전기 장비 사진

뉴질랜드 섬 사이의 HVDC — 길이 611km, 전압 — 270kV, 전력 — 600MW, 건설 연도 — 1965년. 1992년부터 재구성된 АBB… 전압 350kV.

1977년부터지금까지 모든 HVDC 시스템은 1990년대 후반 IGBT 컨버터가 사용된 이후 대부분의 경우 사이리스터와 같은 솔리드 스테이트 구성 요소를 사용하여 구축되었습니다.

프랑스와 스페인 사이의 고전압 직류(HVDC) 송전선용 Siemens 컨버터 스테이션의 IGBT 인버터

Cahora Bassa(모잠비크 - 남아프리카공화국) — 길이 1420km, 전압 533kV, 전력 — 1920MW, 건설 연도 1979. 전압이 500kV 이상인 최초의 HVDC. ABB 수리 2013-2014

Ekibastuz — 탐보프(소련) — 길이 2414km, 전압 — 750kV, 전력 — 6000MW. 이 프로젝트는 1981년에 시작되었습니다. 이 프로젝트가 가동되면 세계에서 가장 긴 송전선이 됩니다. 건설 현장은 소련 붕괴로 1990년경에 버려졌고 노선은 완성되지 않았습니다.

Interconnection France Angleterre(프랑스 — 영국) — 길이 72km, 전압 270kV, 전력 — 2000MW, 건설 연도 1986.

Gezhouba — 상하이(중국) — 1046km, 500kV, 전력 1200MW, 1989.

리한드 델리(인도) — 길이 814 km, 전압 — 500 kV, 전력 — 1500 MW, 건설 연도 — 1990.

발틱 케이블(독일 - 스웨덴) — 길이 252km, 전압 — 450kV, 전력 — 600MW, 건설 연도 — 1994년.

천관(중국) — 길이 960km, 전압 — 500kV, 전력 — 1800MW, 건설 연도 — 2001.

Talcher Kolar(인도) — 길이 1450km, 전압 — 500kV, 전력 — 2500MW, 건설 연도 — 2003.

삼협 — 창저우(중국) — 길이 890km, 전압 — 500kV, 전력 — 3000MW, 건설 연도 — 2003년. 2004년과 2006년."Three Gorges" HVDC 수력 발전소에서 Huizhou 및 Shanghai까지 940 및 1060km에 걸쳐 2개의 라인이 추가로 건설되었습니다.

세계 최대의 수력 발전소인 Three Gorges는 고압 직류 라인으로 Changzhou, Guangdong 및 Shanghai와 연결되어 있습니다.

Xiangjiaba-Shanghai (중국) — Fulong에서 Fengxia까지의 노선. 길이는 1480km, 전압은 800kV, 전력은 6400MW, 건설 연도는 2010년이다.

윈난 — 광동(중국) — 길이 1418km, 전압 — 800kV, 전력 — 5000MW, 건설 연도 — 2010.