高压直流输电的优势有哪些？

　　什么是高压直流输电？

　　电力在高压直流 （HVDC） 系统的发送端从交流电 （AC） 转换为直流电 （DC）。

　　高压直流输电的优势

　　1）传输成本低

　　输电成本由多种因素决定，包括终端站用于电压转换的设备成本、所用电缆的数量和尺寸、输电塔尺寸以及输电中的功率损耗等。

　　交流终端站使用的HVAC电压转换设备主要是变压器，比HVDC的晶闸管转换器更简单，更便宜。它是唯一在成本要求最低方面优于 HVDC 的 HVAC
传输功能。

　　暖通空调输电至少需要三根导体进行三相输电，但可以使用地面作为返回路径的HVDC输电只能使用一根导体进行单极传输或两根导体进行双极输电。

　　它大大降低了传输的总体成本。但是，用于三相电的三个导体可用于HVDC传输，可以通过双双极链路发送两倍的功率。

　　HVAC输电线路需要在相到地和相到相导体之间有更长的距离。为了确保这种分离，HVAC输电塔必须比HVDC更高更宽。

　　与暖通空调塔相比，使用高压直流输电塔可降低安装成本。

　　高压直流输电的功率损耗比暖通空调低得多。因此，高压直流输电是一种比暖通空调更有效的输电方式。

　　整个传输成本分为两大类：

　　终端站成本和

　　输电线路成本。

　　前者是一个与传输距离无关的恒定数字，但后者取决于传输线距离。

　　交流终端成本相当适中，但HVDC终端成本非常昂贵。然而，每100公里暖通空调输电线路的成本明显高于高压直流输电线路的成本。

　　因此，HVAC 和 HVDC 的整个成本图在称为盈亏平衡距离的点处相交。

　　HVAC的总投资成本开始超过HVDC的传输距离称为盈亏平衡距离。该距离由传输方式决定。

　　架空输电的盈亏平衡距离预计为400-500英里（600-800公里），水下输电为20-50公里，地下输电为50-100公里。

　　因此，HVDC是收支平衡距离内电力传输的更高效和更具成本效益的选择。

　　2）减少功率损耗

　　与暖通空调相比，高压直流输电的损耗非常低。以下是通过HVDC消除或显着减少的一些损失。

　　无无功功率损耗

　　在HVAC功能中，输电线路经历的无功功率损耗与接收端的线路长度、频率和感性负载成正比。它降低了电力传输效率并浪费了能源。

　　正是出于这个原因，HVAC传输线的长度保持在一定限制以下，以允许有效的电力传输。因此，HVAC 采用串联和分流补偿来降低线路
VAR，并提供系统稳定性。

　　在高压直流输电的情况下，没有频率或充电电流。因此，HVDC没有无功功率损耗，并且不需要HVAC等补偿。

　　减少电晕损失

　　当传输电压超过称为电晕阈值的特定限制时，导体周围的空气分子开始电离并发出浪费能量的火花;这被称为电晕放电。

　　电晕放电损耗受电压和频率的影响，并且由于直流没有频率，HVDC中的电晕损耗几乎是HVAC的三倍。

　　无趋肤效应

　　趋肤效应导致交流电更多地驻留在导体表面，使磁芯无人占用。

　　因此，在HVAC传输中，表面的电流密度最大，导体磁芯附近的电流密度最低。

　　由于导体在磁芯处的横截面积效率低下，并且电阻与横截面积成反比，因此导体的总电阻增加。

　　结果，我2传输线中的R损耗增加。

　　暖通空调与高压直流输电趋肤效应

　　另一端的直流均匀分布在导体中。因此，在高压直流输电中不存在趋肤效应及其产生的损耗等因素。

　　无辐射损失和感应损失

　　由于其不断变化的磁场，HVAC输电线路遭受辐射和感应损耗。

　　前者是因为长传输线开始充当线天线，发射不返回的能量。

　　后者是由相邻导体中产生的电流引起的。

　　在直流电的情况下，磁场是均匀的。因此，HVDC输电线路中不会发生辐射或感应损耗。

　　充电电流

　　地下和水下输电电缆具有寄生电容。在完全充电之前，它不提供电力。

　　因此，电线需要额外的充电电流。电缆的电容随着长度的增加而增加，充电电流也是如此。

　　在交流电中，电缆每秒充电和放电多次，并且电缆需要来自充电站的更多电流。该电流使电缆的 I 升高2R 损失。

　　在直流电的情况下，电缆仅在切换时充电一次。因此，高压直流输电中没有充电电流损耗。

　　由于介电损耗，没有加热

　　交流产生的交变电场对输电线路内的绝缘材料有影响。

　　这种绝缘材料吸收交变电场能量并将其转化为热量。它还缩短了绝缘材料的使用寿命。

　　高压直流输电中的电场是均匀的。结果，

　　没有这样的介电损耗和

　　没有绝缘加热问题。

　　3）更细的导体

　　趋肤效应使HVAC电流更接近导体表面，导致HVAC需要更大直径的导体来增加表面积并提供更多电流。

　　HVDC没有趋肤效应，电流在导体内均匀分布。因此，它可以使用更细的导体来提供相同数量的电流。

　　4） 线长限制

　　HVAC线路中的无功功率损耗与线路长度成线性比例。

　　因此，HVAC线路有一个明确的长度限制，在此之后，无功功率损耗变得非常大，系统变得不稳定。

　　在架空电力传输中，距离通常在500公里左右。

　　高压直流输电没有线路长度限制。

　　5） 降低电缆的电流和电压额定值

　　电缆的电压和电流额定值是它可以承受的最大允许限制。交流电的峰值电压和电流是平均值（实际平均输送功率）的1.4倍。

　　但是，在 DC 中，峰值和平均值是相同的。

　　但是，所使用的导体必须额定为峰值。因此，与HVAC传输相比，HVDC可以使用较低等级的电缆传输相同数量的电力。事实上，HVAC消耗了导体承载能力的近30%。

　　6）通行权

　　通行权是将土地从一块土地占用到另一块土地的权利。HVDC输电的通行权较窄，因为它可以使用较小的输电塔和更少的电缆。

　　暖通空调中的输电塔更高，需要大量支撑来承受许多导体的机械应力。

　　此外，由于HVAC绝缘子更大且额定峰值电压，因此它们必须大于HVDC才能传输相同数量的电力。

　　传输系统的材料成本和施工要求受通行权的影响。基于其通行权，HVDC 更适合暖通空调传输。

　　7） 电缆电力传输

　　电缆中有多个导体绝缘。由于导体相邻，因此具有寄生电容。这些导体在通电时将电荷存储在它们之间的电场中。

　　电缆在充满电之前无法正常工作。改变电压对电缆充电和放电。它增加了线条我2R损耗和电流。这些充电电流随着线路长度的增加而增长。

　　电缆每秒充电和放电几乎 50/60 次，因为交流电压不断变化，而直流电压仅在切换期间变化。

　　因此，电缆电容会限制电缆长度，并且仅影响HVAC。在高压直流输电中，功率损耗没有限制。

　　它们使用电缆通过海底或地下电力传输在海上输送电力。为了避免损失和节省资金，采用高压直流输电代替暖通空调。

　　8）双极传输（双极通信）

　　HVDC提供多种电力传输模式，其中之一是双极传输，它有两个导体并联运行，极性相反，电压相对于大地平衡。

　　如果发生电源故障或线路断裂，系统将以单极模式重新启动运行，另一条线路提供电流，接地（接地）作为电流返回路径。

　　9）潮流可控性

　　固态 HVDC 变流器可完全控制交流输电网络中的潮流分布。这些转换器可以在一个周期内快速打开和关闭多次。

　　它提高了系统的谐波性能，同时也抑制了功率摆动。它还有助于网络的供电能力。

　　10）快速（快速）故障清除

　　故障电流是异常电流通过任何意外路径的流动。这些故障电流是由于电气系统中的任何意外缺陷而存在的，并且幅度非常大。

　　它会影响整个输电系统、发射站和接收站、发电单元，甚至暖通空调系统中的负载。

　　这些故障电流在 HVDC 中较低，这大大降低了它造成的损坏，并将其限制在特定部分。由于其快速开关动作，它可以在发生电气故障时迅速响应。

　　11）异步交流电网互联

　　HVDC 可实现具有完全不同的电气特性（如频率、相位等）的两个电网的异步连接。

　　众所周知，许多地区使用不同的频率，例如美国的60 Hz和欧洲的50 Hz。除频率外，系统的相位（时移）可能彼此不同。

　　异步系统是两个这样的电网，不能使用标准交流链路连接。

　　另一方面，HVDC完全消除了这些因素，即没有频率或相位。因此，HVDC可以很容易地连接彼此完全独立的异步系统。

　　12）智能电网

　　智能电网允许各种小型发电机组（例如太阳能、风能和核电站）将电力输送到公共系统，同时智能控制潮流。

　　这种系统仅适用于HVDC，因为它允许发电机组之间的异步连接和对潮流分配的完全控制。

　　13）低噪声干扰

　　与暖通空调相比，HVDC在相邻通信电缆中产生的噪声干扰极低。

　　暖通空调系统产生可听噪声以及无线电和电视干扰。在HVAC架空输电线路下方，可以听到简单的嗡嗡声。产生的干涉波的频率决定了它们的强度。

　　由于直流没有频率，产生的噪声强度相对较低。

　　另一方面，当天气恶劣时，HVAC系统中的噪声强度会增加，而HVDC系统中的噪声强度会降低。

　　14）。 保持良好的电压调节

　　在直流线路中，不会因感抗而发生电压下降。在高压直流输电的情况下，电压调节将得到改善。

　　高压直流输电的其他优势

　　在比盈亏平衡点更长的距离上，HVDC 的传输成本低于 HVAC。

　　与传统的HVAC输电线路相比，HVDC线路的功率损耗水平要低得多。

　　在高压直流电中，既不会发生辐射，也不会发生感应损耗。

　　在HVDC中，没有介电损耗，这有助于延长导体的使用寿命。

　　与HVAC相比，HVDC线路产生的噪声干扰强度极低。

　　在 HVDC 中，产生的噪声量减少，但在 HVAC 中，产生的噪声量增加。

　　当承载与HVAC相同的功率时，HVDC可以使用较小直径的导体。

　　HVDC充分利用了导体在电压和额定电流方面的全部功能。

　　与暖通空调相比，HVDC的通行权受到的限制要大得多。

　　高压直流输电塔比暖通空调输电塔紧凑得多。

　　相比之下，HVDC输电线路没有任何长度限制，但是HVAC输电线路确实有特定于传输方式的长度限制。

　　在 HVDC 中，充电电流没有并发症。

　　作为替代电流返回通道，HVDC可能会使用地球或海洋。

　　高压直流（HVDC）系统提供可靠的双极传输，即使在使用单极传输时一条线路断电，也可以发送电力。

　　高压直流系统中的固态变流器具有快速清除故障和降低故障电流的潜力。

　　高压直流 （HVDC） 可完全控制任何交流电网中的电力流量。

　　它使两个电网可以异步互连，尽管它们的电气特性彼此完全不同。

　　智能电网的实施可以完全控制电力和发电机组之间的连接，可以利用HVDC作为技术之一。

　　在HVDC的帮助下，可以完成地下和水下电力传输。