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HVDC

(Corriente directa de alto voltaje)

HVDC o de alto voltaje, corriente directa transmisión de la energía eléctrica contraste de

los sistemas con el más común corriente alterna sistemas como medios para la transmisióna granel de la corriente eléctrica. La forma moderna de tecnología de las aplicaciones detransmisión de la HVDC se convirtió extensivamente en los años 30 en Suecia en ASEA.Las instalaciones comerciales tempranas incluyeron uno en Unión Soviética en 1951 entreMoscú y Kashira, y un sistema de 10-20 MW adentro Gotland, Suecia en 1954.[1]

El acoplamiento más largo de la HVDC del mundo es actualmente Inga-Shaba 1700kilómetros el conectar del acoplamiento de 600 MW Presa de Inga a la mina de cobre deShaba, en República democrática de Congo.

Ventajas de la transmisión de alto voltaje

El alto voltaje se utiliza para la transmisión para reducir la energía perdida en la resistenciade los alambres. Para una cantidad dada de energía transmitida, un voltaje más alto reduceel apagón de la transmisión. La energía en un circuito es proporcional a la corriente, pero laenergía perdida como calor en los alambres es proporcional al cuadrado de la corriente. Sinembargo, la energía es también proporcional al voltaje, así que para un nivel dado de laenergía, un voltaje más alto se puede negociar apagado para una corriente más baja. Así,cuanto más alto es el voltaje, más bajo es el apagón. El apagón puede también ser reducidoreduciendo la resistencia, alcanzada comúnmente aumentando el diámetro del conductor; pero conductores más grandes son más pesados y más costosos.

Los altos voltajes no se pueden utilizar fácilmente en la iluminación y motores, y así que elvoltaje de la transmisión-nivel se debe reducir a los valores compatibles con el equipo deluso final. Transformador , que trabaja solamente con la corriente alterna, es una maneraeficiente de cambiar voltajes. La competición entre la C.C. de Thomas Edison y la CA de Nikola Tesla y George Westinghouse era conocido como Guerra de corrientes, con emerger de la CA victorioso. La manipulación práctica de los voltajes de C.C. llegó a ser solamente posible con el desarrollo de los dispositivos electrónicos de la alta energía por ejemploválvulas del arco de mercurio y dispositivos de semiconductor más últimos, por ejemplotiristores, IGBTs, MOSFETs y GTOs.

Historia de la transmisión de la HVDC

Un método temprano de transmisión de alto voltaje de la C.C. fue desarrollado por elingeniero suizo Rene Thury. Este series-connected usado sistema motor-generador sistemas para aumentar voltaje. Cada sistema fue aislado de la tierra y conducido por los ejesaislados de a  prima - motor . La línea fue funcionada en modo actual constante, con hasta5000 voltios en cada máquina, algunas máquinas que tenían conmutadores dobles parareducir el voltaje en cada conmutador. Un ejemplo temprano de este sistema fue instaladoadentro 1889 en  Italia por    Acquedotto de Ferrari-Galliera compañía. Este sistematransmitió 630 kilovatios en 14 kilovoltios de C.C. sobre una distancia de 120 kilómetros. [4]

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Moutiers-Lyon el sistema transmitió 8600 kilovatios de energía hidroeléctrica una distanciade 124 millas, incluyendo 6 millas de cable subterráneo. El sistema utilizó ochogeneradores series-connected con los conmutadores duales para un voltaje total de 150.000voltios entre los postes, y funcionó a partir de cerca de 1906 hasta 1936. Otros sistemas deThury que funcionaban en hasta 100 kilovoltios de C.C. funcionaron hasta los años 30, pero

la maquinaria que rotaba requirió alto mantenimiento y tenía pérdida de alta energía. Losdispositivos electromecánicos otros fueron probados durante la primera mitad del vigésimosiglo con poco éxito comercial.

Una técnica procuró para la conversión de la corriente directa de un alto voltaje útil paraque la transmisión baje voltajes de la utilización era cargar series-connected  baterías,entonces conecte las baterías en paralelo con las cargas de la distribución del servicio. [6]

Mientras que por lo menos dos instalaciones comerciales fueron intentadas alrededor de lavuelta del vigésimo siglo, la técnica no era generalmente útil debido a la capacidad limitadade baterías, dificultades en cambiar entre la serie y las conexiones paralelas, y la ineficaciainherente de la energía de un ciclo de la carga/de la descarga de la batería.

La rejilla controlada válvula del arco de mercurio  llegó a estar disponible para latransmisión de energía durante el período 1920 a 1940. En 1941 60 MW, +/- 200kilovoltios, acoplamiento enterrado 115 kilómetros del cable fueron diseñados para laciudad de Berlín usar las válvulas del arco de mercurio (Elbe-Proyecto), pero debido alderrumbamiento del gobierno alemán adentro 1945 el proyecto nunca fue terminado.[7] La justificación nominal para el proyecto era que, durante tiempo de guerra, un cable enterradosería menos visible como blanco del bombardeo. El equipo fue movido a Unión Soviética yfue puesto en servicio allí.[8]

La introducción de la válvula lleno-estática del arco de mercurio al servicio comercial en1954 marcó el principio de la era moderna de la transmisión de la HVDC. Una HVDC-conexión fue construida cerca ASEA entre el continente de Suecia y la isla Gotland. Lasválvulas del arco de mercurio eran comunes en los sistemas diseñados hasta 1975, perodesde entonces, los sistemas de la HVDC utilizan solamente dispositivos de estado sólido.Desde entonces los centenares de mar-cables de la HVDC se hayan puesto y se hayantrabajado con alta confiabilidad, generalmente mejor el de 96% del tiempo.

Ventajas de la transmisión excesiva de la CA de la HVDC

La ventaja de la HVDC es la capacidad de transmitir cantidades grandes de largasdistancias del excedente de la energía con costes de capital más bajos y con pérdidas más bajas que la CA. Dependiendo de los detalles del nivel voltaico y de la construcción, las pérdidas se cotizan como cerca de 3% por 1000 kilómetros. La transmisión de alto voltajede la corriente directa permite el uso eficiente de las fuentes de energía alejadas de centrosde la carga.

En un número de usos la HVDC es más eficaz que la transmisión de la CA. Los ejemplosincluyen:

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• Cables submarinos, donde la alta capacitancia causa pérdidas adicionales de la CA.(e.g. 250 kilómetros Cable báltico entre Suecia y Alemania[9]  ).

• la transmisión de energía del bulto del avión transcontinental de la Punto-a-puntofinal sin intermedio “golpea ligeramente”, por ejemplo, en áreas alejadas.

• Aumento de la capacidad de existir rejilla de la energía en situaciones donde están

difíciles o costosos los alambres adicionales a la instalación.• Permitir la transmisión de energía en medio unsynchronised los sistemas de ladistribución de CA o los sistemas de la CA que funcionaban en diversasfrecuencias.

• Reducción del perfil del cableado y  pilones para una capacidad dada de latransmisión de energía.

• Conectar una planta de generación alejada con la rejilla de la distribución, por ejemplo Río Bipole de Nelson.

• Estabilizar predominante una energía-rejilla de la CA, sin el aumento corriente anticipada máxima del cortocircuito.

• La reducción de la línea costó puesto que la transmisión de la HVDC requiere pocosconductores (es decir. 2 conductores; uno es positivo que otro es negativo)

Los cables submarinos largos tienen un colmo capacitancia. Mientras que esto tiene efectomínimo para la transmisión de la C.C., la corriente requerida para cargar y para descargar lacapacitancia de las causas del cable adicionales I 2 R apagones cuando el cable está llevandola CA. Además, la corriente ALTERNA se pierde a dieléctrico pérdidas.

La HVDC puede llevar más energía por conductor , porque para un grado de energía dado elvoltaje constante en una línea de la C.C. es más bajo que el voltaje máximo en una línea dela CA. Este voltaje determina el grueso del aislamiento y el espaciamiento del conductor.Esto permite que la línea existente pasillos de la transmisión sea utilizada para llevar másenergía en un área del consumo de alta energía, que puede costos más bajos.

Porque la HVDC permite la transmisión de energía en medio unsynchronised los sistemasde la distribución de CA, él puede ayudar a aumentar estabilidad del sistema, en la prevención faltas de conexión en cascada de propagar a partir de una porción de una rejillamás amplia de la transmisión de energía a otra. Cambia en la carga que haría porciones deuna red de la CA convertirse unsynchronized y separado no afectaría semejantemente unacoplamiento de la C.C., y la energía atraviesa el acoplamiento de la C.C. tendería paraestabilizar la red de la CA. La magnitud y la dirección de la energía atraviesan unacoplamiento de la C.C. se pueden ordenar directamente, y cambiar como necesario paraapoyar las redes de la CA en cualquier final de la C.C. se ligan. Esto ha causado a muchosoperadores de sistema de energía contemplaba un uso más amplio de la tecnología de laHVDC para sus ventajas de la estabilidad solamente.

Desventajas

Requerido  inversores estáticos sea costoso y han limitado capacidad de sobrecarga. Endistancias más pequeñas de la transmisión las pérdidas en los inversores estáticos puedenser más grandes que en una línea de la transmisión de la CA. El coste de los inversores

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 puede ser compensado por reducciones en la línea coste de la construcción y no bajar lalínea pérdida.

En contraste con sistemas de la CA, realizar sistemas multiterminal es complejo, como estáampliando esquemas existentes a los sistemas multiterminal. El flujo de energía que

controla en un sistema multiterminal de la C.C. requiere la buena comunicación entre todoslos terminales; el flujo de energía se debe regular activamente por el sistema de control envez por de las características inherentes de la línea de la transmisión.

Costes de la transmisión de alto voltaje de la C.C.

 Normalmente fabricantes por ejemplo AREVA, Siemens y ABB no indique la informaciónespecífica del coste de un proyecto particular puesto que esto es una cuestión comercialentre el fabricante y el cliente.

Los costes varían extensamente dependiendo de los específicos del proyecto tales como

grado de energía, longitud del circuito, gastos indirectos contra ruta subacuática, costes dela tierra, y mejoras de la red de la CA requeridas en cualquier terminal. Una evaluacióndetallada de la C.C. contra El coste de la CA puede ser requerido donde no hay ventajatécnica clara a la C.C. solamente y solamente impulsiones de la economía la selección.

Sin embargo algunos médicos han dado hacia fuera una cierta información que puede ser razonablemente bien confiada sobre:

Para un 8GW los 40km que el acoplamiento puso bajo canal inglés, el siguiente están loscostes de equipo primarios aproximados para un acoplamiento convencional de la HVDCdel bipole de 2000MW 500kV (excluya manera-dejar, los trabajos terrestres del refuerzo,

consentir, dirigir, el seguro, el etc.)• Estaciones de convertidor ~£110M• Cable + instalación submarinos ~£1M/km

Tan para una capacidad 8GW entre Inglaterra y Francia en cuatro acoplamientos, pequeñocambio se deja de £750M para los trabajos instalados. Agregue otro £200-300M para losotros trabajos dependiendo de los trabajos terrestres adicionales requeridos.[10]

Interconexiones de la red de la CA

Las líneas de la transmisión de la CA pueden interconectar solamente las redessincronizadas de la CA que oscilan en la misma frecuencia y en fase. Muchas áreas quedesean compartir energía tienen unsynchronized redes. Las rejillas de la energía del Reino Unido, Europa norteña y Europa continental toda funcionan en 50 hertzios pero no sesincronizan. Japón tiene redes de 50 hertzios y de 60 hertzios. Norteamérica continental,mientras que el funcionamiento en 60 hertzios en todas partes, se divide en las regiones queson unsynchronised: Del este, del oeste, Tejas y Quebec. El Brasil y  Paraguay, quecomparten el enorme Itaipu la planta hidroeléctrica, funciona encendido 60 hertzios y 50

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hertzios respectivamente. Sin embargo, los sistemas de la HVDC permiten interconectar unsynchronized redes de la CA, y también agregan la posibilidad de controlar flujo delvoltaje ca Y de energía reactiva.

A generador conectadas con una línea larga de la transmisión de la CA puede convertirse

inestables y la caída de la sincronización con un sistema distante de la corrienteALTERNA. Un acoplamiento de la transmisión de la HVDC puede hacerloeconómicamente factible para utilizar sitios alejados de la generación. Granjas del viento localizado costa afuera puede utilizar sistemas de la HVDC para recoger energía demúltiplo unsynchronized los generadores para la transmisión a la orilla por un cablesubacuático.

Generalmente sin embargo, una línea de energía de la HVDC interconectará dos regionesde la CA de la rejilla de la energía-distribución. La maquinaria a convertir entre la potenciacc de la CA y Agrega un coste considerable en la transmisión de energía. La conversión dela CA a la C.C. se conoce como rectificación, y de la C.C. a la CA como inversión. Sobre

cierta distancia break-even (cerca de 50 kilómetros para los cables submarinos, y quizás600-800 kilómetros para los cables de arriba), el costo más bajo de los conductoreseléctricos de la HVDC compensa el coste de la electrónica.

La electrónica de la conversión también presenta una oportunidad de manejar con eficaciala rejilla de la energía por medio de controlar la magnitud y la dirección del flujo deenergía. Una ventaja adicional de la existencia de la HVDC se liga, por lo tanto, está laestabilidad creciente potencial en la rejilla de la transmisión.

Rectificación y el invertir

Rectificando e invirtiendo componentes

Sistemas estáticos tempranos usados rectificadores del arco de mercurio, que eran nofiables. El usar de dos sistemas de la HVDC rectificadores del arco de mercurio todavíaesté en servicio (en fecha 2008). tiristor la válvula primero fue utilizada en sistemas de laHVDC en los años 60. El tiristor es un de estado sólido semiconductor dispositivo similar adiodo, pero con un terminal adicional del control que se utiliza para encender el dispositivoen un instante particular durante el ciclo de la CA. transistor bipolar insulated-gate (IGBT)ahora también se utiliza y ofrece un control más simple y coste reducido de la válvula.

Porque los voltajes en los sistemas de la HVDC, hasta 800 kilovoltios en algunos casos,exceden voltajes de interrupción de los dispositivos de semiconductor, se construyen losconvertidores de la HVDC usando una gran cantidad de semiconductores en serie.

Los circuitos de control de baja tensión cambiaban los tiristores por intervalos necesitan ser aislados de los altos voltajes presentes en las líneas de la transmisión. Esto se hacegeneralmente ópticamente. En un sistema de control híbrido, la electrónica de control de baja tensión envía pulsos ligeros a lo largo de fibras ópticas a alto-lado electrónica decontrol. Otro sistema, llamado el accionar directo de la luz , dispensa con la electrónica del

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alto-lado, en lugar con pulsos ligeros de la electrónica de control a los tiristores luz-accionados interruptor (LTTs).

Un elemento completo de la conmutación se refiere comúnmente como “válvula”, conindependencia de su construcción.

Rectificando e invirtiendo sistemas

La rectificación y la inversión utilizan esencialmente la misma maquinaria. Muchassubestaciones se fijan encima de de una manera tal que puedan actuar como losrectificadores e inversores. En el extremo de la CA un sistema de los transformadores, amenudo tres transformadores monofásicos físicamente separados, aísla la estación de lafuente de la CA, para proporcionar una tierra local, y para asegurar el voltaje de C.C.eventual correcto. La salida de estos transformadores entonces está conectada con un puente rectificador formado por un número de válvulas. La configuración básica utiliza seisválvulas, conectando cada uno de las tres fases con cada uno de los dos carriles de la C.C.

Sin embargo, con un cambio de la fase solamente cada sesenta grados, los armónicosconsiderables quedan orientados los carriles de la C.C.

Un realce de esta configuración utiliza 12 válvulas (conocidas a menudo como a sistema

del doce-pulso). La CA está partida en dos fuentes trifásicas separadas antes de latransformación. Uno de los sistemas de fuentes entonces se configura para tener una estrella(horqueta) secundaria, la otra un delta secundario, estableciendo una diferencia de fase detreinta grados entre los dos sistemas de tres fases. Con doce válvulas conectando cada unode los dos sistemas de tres fases con los dos carriles de la C.C., hay un cambio de la fasecada 30 grados, y los armónicos se reducen considerablemente.

Además de los transformadores de la conversión y válvula-fijan, vario resistente pasivo ylos componentes reactivos ayudan a armónicos del filtro fuera de los carriles de la C.C.

Configuraciones

Monopole y vuelta de la tierra

En una configuración común, llamada el monopole, uno de los terminales del rectificador está conectado con la tierra de la tierra. El otro terminal, en un antedicho alto del potencial,o abajo, tierra, está conectado con una línea de la transmisión conectado a tierra el terminalse puede o no se puede conectar con la conexión correspondiente en la estación que invierte por medio de un segundo conductor.

Si no se instala ningún conductor metálico, la corriente fluye en la tierra entre loselectrodos de la tierra en las dos estaciones. Por lo tanto es un tipo de Sola vuelta de la tierra del alambre. Las ediciones circundantes tierra-vuelven la corriente incluyen

• La corrosión electroquímica del metal enterrado largo se opone por ejemplo tuberías

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• Subacuático tierra-vuelva los electrodos en agua de mar puede producir  clorina oafecte de otra manera la química del agua.

• Una trayectoria actual desequilibrada puede dar lugar a un campo magnético neto,que puede afectar magnético navegacional compases para las naves que pasan sobreun cable subacuático.

Estos efectos se pueden eliminar con la instalación de un conductor de vuelta metálico entrelos dos extremos de la línea monopolar de la transmisión. Puesto que un terminal de losconvertidores está conectado con la tierra, el conductor de vuelta no necesita ser aislado  para el voltaje completo de la transmisión que las marcas él menos costoso que elconductor de alto voltaje. El uso de un conductor de vuelta metálico se decide basó enfactores económicos, técnicos y ambientales.[11]

Los sistemas monopolar modernos para las líneas de arriba puras llevan típicamente 1500MW.[12] Si se utilizan los cables subterráneos o subacuáticos el valor típico es 600 MW.

La mayoría de los sistemas monopolar se diseñan para la extensión bipolar futura. La líneatorres de la transmisión se puede diseñar para llevar dos conductores, aunque solamenteuno se utiliza inicialmente para el sistema de la transmisión del monopole. El segundoconductor es cualquiera inusitado, utilizado como línea del electrodo o conectado paralelamente al otro (como en caso de Báltico-Cable).

Bipolar

En la transmisión bipolar al par de conductores se utiliza, cada uno en un alto potencial conrespecto a la tierra, en polaridad opuesta. Puesto que estos conductores se deben aislar parael voltaje completo, la línea coste de la transmisión es más alta que un monopole con unconductor de vuelta. Sin embargo, hay un número de ventajas a la transmisión bipolar que puede hacerle la opción atractiva.

• Bajo carga normal, los flujos tierra-actuales insignificantes, como en el caso de latransmisión monopolar con un metálico tierra-vuelven. Esto reduce la pérdida devuelta de la tierra y efectos ambientales.

• Cuando una avería se convierte en una línea, con los electrodos de la vuelta de latierra instalados en cada extremo de la línea, aproximadamente la mitad de laenergía clasificada puede continuar fluyendo con la tierra como trayectoria devuelta, funcionando en modo monopolar.

• Puesto que para un grado de energía total dado cada conductor de una línea bipolar lleva solamente mitad de la corriente de líneas monopolar, el coste del segundoconductor se reduce comparó a una línea monopolar del mismo grado.

• En terreno muy adverso, el segundo conductor se puede continuar un sistemaindependiente de torres de la transmisión, de modo que una cierta energía puedacontinuar siendo transmitido aunque una línea esté dañada.

Un sistema bipolar se puede también instalar con un conductor metálico de la vuelta de latierra.

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como bipole. El tercer conductor se utiliza como monopole paralelo, equipado de invertir las válvulas (o las válvulas paralelas conectadas en polaridad reversa). El monopole paralelo releva periódicamente la corriente a partir de un poste o del otro, cambiando polaridad sobre un palmo de varios minutos. Los conductores del bipole serían cargados o a1.37 o 0.37 de su límite termal, con el monopole paralelo llevando siempre +/- 1 mide el

tiempo de su corriente termal del límite. Combinado RMS el efecto térmico es como si cadauno de los conductores esté llevando siempre 1.0 de su corriente clasificada. Esto permiteque corrientes más pesadas sean llevados por los conductores del bipole, y el uso completodel tercer conductor instalado para la transmisión de la energía. Las altas corrientes se pueden circular a través de la línea conductores aun cuando cargan demanda son bajas, parael retiro del hielo.

Combinado con la energía media más alta posible con una línea de la transmisión de la C.C. para el mismo voltaje de la línea-a-tierra, una conversión del tripole de una línea existentede la CA podía permitir que al hasta 80% más energía sea transferida usando el mismoderecho de paso, torres, y conductores de la transmisión. Algunas líneas de la CA no se

 pueden cargar a su límite termal debido a la estabilidad del sistema, a la confiabilidad, y alas preocupaciones de la energía reactiva, que no existirían con un acoplamiento de laHVDC.

El sistema funcionaría sin tierra-vuelve la corriente. Puesto que una sola falta de unconvertidor del poste o de un conductor da lugar solamente a una pérdida pequeña decapacidad y ningunos tierra-vuelven la corriente, la confiabilidad de este esquema seríaalta, sin el tiempo requerido para la conmutación.

En fecha 2005 no hay conversiones del tri-poste en funcionamiento, aunque una línea de latransmisión adentro La India se ha convertido a la HVDC del bipole.

Descarga de corona

Descarga de corona es la creación de iones en a líquido (por ejemplo aire) por la presenciade un fuerte campo eléctrico. Electrones se rasgan del aire neutral, y o los iones positivos o bien los electrones se atraen al conductor, mientras que las partículas cargadas mandilan.Este efecto puede causar apagón considerable, crear interferencia audible y de laradiofrecuencia, generar compuestos tóxicos tales como óxidos del nitrógeno y el ozono, y produce la formación de arcos.

Las líneas de la transmisión de la CA y de la C.C. pueden generar coronas, en el casoanterior bajo la forma de partículas oscilantes, en el último un viento constante. Debido acarga del espacio  formado alrededor de los conductores, un sistema de la HVDC puedetener sobre mitad de la pérdida por longitud de unidad de un sistema de la CA del altovoltaje que lleva la misma cantidad de energía. Con la transmisión monopolar la opción dela polaridad del conductor energizado conduce a un grado de control sobre la descarga decorona. Particularmente, la polaridad de los iones emitidos puede ser controlada, que pueden tener consecuencias para el medio ambiente encendido de partículas condensación.(las partículas de diversas polaridades tienen una diversa trayectoria significar-libre.)Coronas negativas genere considerablemente más ozono que coronas positivas, y genérelo

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más lejos viento abajo de la línea de energía, creando el potencial para los efectos de salud.El uso de a positivo el voltaje reducirá los impactos del ozono de las líneas de energía de laHVDC del monopole.

Usos

Descripción

La controlabilidad de actual-fluye a través de los rectificadores y de los inversores de laHVDC, su uso en conectar unsynchronized redes, y sus usos en cables submarinoseficientes significan que los cables de la HVDC son de uso frecuente en los límitesnacionales para el intercambio de la energía. Los windfarms costa afuera también requierenlos cables submarinos, y sus turbinas sea unsynchronized. En conexiones muy interurbanasentre apenas dos puntos, por ejemplo alrededor de las comunidades alejadas de Siberia,Canadá, y Escandinavo Del norte, la línea-coste disminuidos de HVDC también le hacen laopción generalmente. Otros usos se han observado a través de este artículo.

El desarrollo de transistores bipolares aislados de la puerta (IGBT) y tiristores turn-off de la  puerta (GTO) ha hecho sistemas más pequeños de la HVDC económicos. Éstos se puedeninstalar en las rejillas existentes de la CA para su papel en flujo de energía que se estabilizasin la corriente adicional del cortocircuito que sería producida por una línea adicional de latransmisión de la CA. Un fabricante llama este concepto “luz de la HVDC” y un segundofabricante llama un concepto similar “HVDC MÁS” (sistema universal del acoplamiento deenergía). Han ampliado el uso de la HVDC abajo a los bloques tan pequeños como algunosdiez de megavatios y de líneas tan cortos como algunos anotan kilómetros de la línea dearriba. La diferencia miente en el concepto de la tecnología del convertidor del Voltaje-Sourced (VSC) mientras que la “luz de la HVDC” utiliza la modulación de anchura de pulso y la “HVDC MÁS” se basa en la conmutación de niveles múltiples.