Stacja przekształtnikowa HVDC - HVDC converter station

Stacja Dorsey w Manitobie , Kanada

Stacja konwerter HVDC (lub po prostu stacja konwerter ) jest wyspecjalizowanym typem stacji , które tworzy dla urządzeń końcowych Linia wysokiego napięcia prądu stałego (HVDC) linii transmisyjnej. Konwertuje prąd stały na prąd przemienny lub odwrotnie. Oprócz konwertera stacja zwykle zawiera:

  • trójfazowa rozdzielnica prądu przemiennego
  • transformatory
  • kondensatory lub kondensatory synchroniczne dla mocy biernej
  • filtry do tłumienia harmonicznych, oraz
  • aparatura rozdzielcza prądu stałego.

składniki

Przetwornik

Hala zaworowa na stacji przekształtnikowej Henday, część systemu przesyłowego prądu stałego Nelson River w Kanadzie .

Konwerter jest zwykle instalowany w budynku zwanym halą zaworową . Wczesne systemy HVDC wykorzystywały zawory rtęciowe z łukiem rtęciowym , ale od połowy lat siedemdziesiątych XX wieku używano urządzeń półprzewodnikowych, takich jak tyrystory . Konwertery wykorzystujące tyrystory lub zawory rtęciowe są znane jako konwertery komutowane liniowo . W przekształtnikach tyrystorowych wiele tyrystorów jest połączonych szeregowo, tworząc zawór tyrystorowy, a każdy przekształtnik składa się zwykle z sześciu lub dwunastu zaworów tyrystorowych. Zawory tyrystorowe są zwykle zgrupowane parami lub grupami po cztery i mogą stać na izolatorach podłogowych lub zwisać z izolatorów pod sufitem.

Przetwornice z komutacją liniową wymagają napięcia z sieci prądu przemiennego do komutacji, ale od późnych lat 90-tych zaczęto stosować do HVDC przetwornice zasilane napięciem. W przetwornikach zasilanych napięciem zamiast tyrystorów stosowane są tranzystory bipolarne z izolowaną bramką , które mogą dostarczać zasilanie do niezasilanego systemu prądu przemiennego.

Prawie wszystkie przetwornice stosowane w HVDC są z natury rzeczy zdolne do pracy z konwersją mocy w dowolnym kierunku. Konwersja mocy z AC na DC nazywa się prostowaniem, a konwersja z DC na AC nazywa się inwersją .

Sprzęt DC

Zakończenie kabla HVDC i reaktor wygładzający DC na łączu Baltic Cable HVDC.

Sprzęt prądu stałego często zawiera cewkę (zwaną dławikiem ), która dodaje indukcyjność szeregowo z linią prądu stałego, aby pomóc wygładzić prąd stały. Indukcyjność typowo wynosi od 0,1 H do 1 H. Reaktor wygładzający może mieć rdzeń powietrzny lub rdzeń żelazny. Cewki z rdzeniem żelaznym wyglądają jak transformatory wysokiego napięcia wypełnione olejem. Cewki wygładzające z rdzeniem powietrznym przypominają, ale są znacznie większe niż cewki dławikowe częstotliwości nośnej w liniach przesyłowych wysokiego napięcia i są podtrzymywane przez izolatory . Cewki powietrzne mają tę zaletę, że generują mniej hałasu niż cewki z rdzeniem żelaznym, eliminują potencjalne zagrożenie środowiskowe rozlanego oleju i nie nasycają się w przejściowych warunkach zwarcia wysokoprądowego . W tej części zakładu znajdą się również przyrządy do pomiaru prądu stałego i napięcia.

W celu wyeliminowania zakłóceń o wysokiej częstotliwości stosowane są specjalne filtry prądu stałego. Takie filtry są wymagane, jeśli linia przesyłowa będzie wykorzystywać techniki komunikacji po linii elektroenergetycznej do komunikacji i sterowania lub jeśli linia napowietrzna będzie przebiegać przez zaludnione obszary. Filtry te mogą być pasywnymi filtrami LC lub filtrami aktywnymi, składającymi się ze wzmacniacza sprzężonego przez transformatory i kondensatory zabezpieczające, które dają sygnał poza fazą do sygnału zakłócającego w linii, tym samym go znosząc. Taki system został zastosowany w projekcie Baltic Cable HVDC.

Transformator konwertera

Jednofazowy, trójuzwojeniowy transformator przekształtnikowy.

Konwerter transformatory zintensyfikować napięcia sieci zasilającej AC. Wykorzystując połączenie gwiazda-trójkąt lub „ gwiazda-trójkąt ” uzwojeń transformatora, przetwornica może pracować z 12 impulsami na każdy cykl zasilania AC, co eliminuje liczne składowe harmoniczne prądu. Izolacja uzwojeń transformatora musi być specjalnie zaprojektowana, aby wytrzymać duży potencjał prądu stałego względem ziemi. Transformatory przekształtnikowe mogą być zbudowane do 300 Megaamperów ( MW ) jako pojedyncza jednostka. Transport większych transformatorów jest niepraktyczny, więc gdy wymagane są większe wartości znamionowe, kilka pojedynczych transformatorów jest połączonych ze sobą. Można zastosować dwie jednostki trójfazowe lub trzy jednostki jednofazowe. W tym drugim wariancie stosowany jest tylko jeden typ transformatora, dzięki czemu dostawa zapasowego transformatora jest bardziej ekonomiczna.

Transformatory przekształtnikowe działają z wysokimi skokami mocy strumienia w czterech krokach przekształtnika na cykl, a więc wytwarzają więcej szumów akustycznych niż zwykłe trójfazowe transformatory mocy. Efekt ten należy uwzględnić przy lokalizacji stacji przekształtnikowej HVDC. Można zastosować obudowy redukujące hałas.

Reaktywna moc

Gdy używane są przekształtniki z komutacją liniową, stacja przekształtnikowa będzie wymagać od 40% do 60% swojej mocy znamionowej jako mocy biernej. Może to być zapewnione przez baterie przełączanych kondensatorów lub przez kondensatory synchroniczne lub, jeśli w pobliżu elektrowni z inwerterem statycznym znajduje się odpowiednia stacja wytwarzania energii , przez generatory w elektrowni. Zapotrzebowanie na moc bierną można zmniejszyć, jeśli transformatory przekształtnikowe są wyposażone w podobciążeniowe przełączniki zaczepów z wystarczającym zakresem zaczepów do sterowania napięciem przemiennym. Część zapotrzebowania na moc bierną może być dostarczana w elementach filtru harmonicznych.

Przetwornice zasilane napięciem mogą generować lub absorbować moc bierną, a także moc czynną, a dodatkowe urządzenia do wytwarzania mocy biernej generalnie nie są potrzebne.

Filtry harmoniczne

Filtry harmoniczne są niezbędne do eliminacji fal harmonicznych i do wytwarzania mocy biernej w stacjach przekształtnikowych z komutacją liniową. W instalacjach z sześcioma przekształtnikami komutowanymi z linią impulsową konieczne są filtry złożone harmonicznych, ponieważ po stronie prądu przemiennego występują harmoniczne o nieparzystych numerach rzędu 6 n + 1 i 6 n - 1, a parzyste harmoniczne rzędu 6 n po stronie prądu stałego. Na 12 stacjach przekształtnikowych powstają tylko napięcia harmoniczne lub prądy rzędu 12 n + 1 i 12 n - 1 (po stronie AC) lub 12 n (po stronie DC). Filtry są dostrojone do oczekiwanych częstotliwości harmonicznych i składają się z szeregu kombinacji kondensatorów i cewek.

Przetwornice zasilane napięciem generalnie wytwarzają harmoniczne o niższym natężeniu niż przekształtniki komutowane liniowo. W rezultacie filtry harmonicznych są na ogół mniejsze lub mogą zostać całkowicie pominięte.

Oprócz filtrów harmonicznych dostarczany jest również sprzęt do eliminacji fałszywych sygnałów w zakresie częstotliwości urządzeń nośnych linii energetycznej w zakresie od 30 kHz do 500 kHz. Filtry te zwykle znajdują się w pobliżu zacisku prądu przemiennego transformatora z falownikiem statycznym. Składają się z cewki, która przepuszcza prąd obciążenia, z równoległym kondensatorem tworzącym obwód rezonansowy.

W szczególnych przypadkach może być możliwe użycie wyłącznie maszyn do wytwarzania mocy biernej. Jest to realizowane na terminalu HVDC Volgograd-Donbass na stacji hydroelektrycznej Wołga .

Rozdzielnica AC

Trójfazowa rozdzielnica prądu przemiennego stacji przekształtnikowej jest podobna do podstacji prądu przemiennego. Będzie zawierał wyłączniki do ochrony nadprądowej transformatorów przekształtników, wyłączników izolujących, uziemników i przekładników do sterowania, pomiarów i ochrony. Stacja będzie także odgromniki do ochrony sprzętu sieciowego od pioruna przepięcia w systemie prądu przemiennego.

Inni

Wymagany obszar

Powierzchnia wymagana dla stacji przekształtnikowej jest znacznie większa niż w przypadku konwencjonalnego transformatora, na przykład miejsce o mocy znamionowej transmisji 600 megawatów i napięciu transmisji 400 kV wynosi około 300 x 300 metrów (1000 x 1000 stóp). Instalacje niskonapięciowe mogą wymagać nieco mniejszej powierzchni gruntu, ponieważ mniejszy prześwit przestrzeni powietrznej byłby wymagany wokół zewnętrznych urządzeń wysokonapięciowych.

Czynniki lokalizacji

Stacje przekształtnikowe wytwarzają hałas akustyczny. Stacje konwerterowe mogą generować poważne poziomy zakłóceń o częstotliwości radiowej, dlatego zawierają elementy konstrukcyjne służące do kontrolowania tych emisji. Ściany mogą zapewniać ochronę przed hałasem. Podobnie jak w przypadku wszystkich podstacji prądu przemiennego, olej ze sprzętu musi być chroniony przed zanieczyszczeniem wód gruntowych w przypadku wycieku. Dla napowietrznych linii przesyłowych może być wymagany znaczny obszar, ale można go zmniejszyć, jeśli używany jest kabel podziemny.

Zobacz też

Bibliografia