HVDC
HVDC یا انتقال به صورت مستقیم با ولتاژ بالا نوعی سیستم انتقال انرژی الکتریکی است. این روش راهی نوین برای انتقال انرژی الکتریکی در مقیاسهای کلان است و در این زمینه جایگزین خوبی در مقابل روش سنتی (استفاده از جریان متناوب) به شمار میرود. تکنولوژی ساخت این نوع سیستم به دهه ۱۹۳۰ در سوئد بازمیگردد. از اولین خطوط ساخته شده با این تکنولوژی میتوان خط انتقال بین مسکو و کاشیرا در اتحاد جماهیر شوروی در سال ۱۹۵۱ و سیستم انتقال ۱۰ تا ۲۰ مگاواتی واقع در سوئد را نام برد که در سال ۱۹۵۴ به بهرهبرداری رسید. بزرگترین خط انتقال HVDC در حال حاضر خط انتقال اینگا-شابا با ضرفیت انتقال ۶۰۰ مگاوات و با طول حدود ۱۷۰۰ کیلومتر در کنگو واقع شده. این خط انتقال سد اینگا را به معدن مس شابا متصل میکند.
مزایا :
بزرگترین مزیت سیستم جریان مستقیم, امکان انتقال مقدار زیادی انرژی در مسافتهای زیاد است و با تلفات کمتر (در مقیسه با روش انتقال DC) است. بدین ترتیب امکان استفاده از منابع و نیروگاههای دور افتاده مخصوصا در سرزمینهای پهناور به وجود میآید.
برخی از شرایطی که استفاده از سیستم HVDC بهصرفهتر از انتقال AC است عبارتاند از:
-
کابلهای زیرآبی, به ویژه زمانی که به علت بالا بودن میزان توان خازنی(capacitance), تلفات در سیستم AC بیش از حد زیاد میشود.(برای مثال شبکه کابلی دریای بالتیک به طول ۲۵۰ کیلومتر بین آلمان و سوئد)
-
انتقال در مسافتهای طولانی و در مکانهای بنبست به طوری که در یک مسیر طولانی شبکه فاقد هیچگونه اتصال به مصرف کنندهها یا دیگر تولید کنندهها باشد.
-
افزایش ظرفیت شبکهای که به علت برخی ملاحظات امکان افزایش سیم در آن پر هزینه یا غیر ممکن است.
-
اتصال دو شبکه AC ناهماهنگ که در حالت AC امکان برقراری اتصال در آنها وجود ندارد.
-
کاهش دادن سطح مقطع سیم مصرفی و همچنین دیگر تجهیزات لازم برای برپاکردن یک شبکه انتقال در یک توان مشخص.
-
اتصال نیروگاههای دور افتاره مانند سدها به شبکه الکتریکی.
-
خطوط طولانی زیرآبی دارای ظزفیت خازنی زیادی هستند. در سیستم DC این ظرفیت خازنی تأثیر کمی بر روی عملکرد شبکه دارد اما از انجایی که در مدارهای AC, خازن در مدار تقریباً به صورت یک مقاومت عمل میکند ظرفیت خازنی در خطوط زیرآبی موجب ایجادشدن تلفات اضافی در مدار میشود و این استفاده از جریان DC را رد خطوط زیر آبی به صرفه میکند.در حالت کلی نیز جریان DC قادر به جابجایی توان بیشتری نسبت به جریان AC است چراکه ولتاژ ثابت در DC از ولتاژ پیک در AC کمتر است و بدین ترتیب نیاز به استفاده از عایقبندی کمتر و همچنین فاصله کمتر در بین هادیها است که این عمر موجب سبک شدن هادی و کابل و همچنین امکان استفاده از هادیهای بیشتر در یک محیط مشخص میشود و همچنین هزینه انتقال به صورت DC کاهش مییابد.
افزایش ثبات شبکه :
از آنجایی که سیستم HVDC به دو شبکه ناهماهنگ AC امکان میدهد تا بهم اتصال یابند, این سیستم میتواند موجب افزایش ثبات در شبکه شود و از ایجاد پدیدهای به نام «آبشار خطاها» (Cascading failure) جلوگیری کند. این پدیده زمانی به وجود میآید که به علت بروز خطا در قسمتی از شبکه کل یا قسمتی از بار این بخش به بخش دیگری انتقال داده میشود و این بار اضافه موجب ایجاد خطا در قسمت دیگر شده و یا این بخش را در خطر قرار میدهد که به این ترتیب بار این بخش هم به قسمت دیگری انتقال داده میشود و این حالت ادامه پیدا میکند. مزیت شبکه HVDC دراین است که تغییرات در بار که موجب ناهماهنگی در شبکههای AC میشود تأثیرات مشابهی را بروی شبکه HVDC نمیگذارد, چراکه توان و مسیر جاری شدن آن در سیستم HVDC قابل کنترل است و در صورت نیاز قابلیت کنترل اضافه بار در شبکه AC را دارد. این یکی از دلایل مهم تمایل برای ساخت این گونه شبکههاست.
مبدل ها :
در گذشته مبدلهای HVDC از یکسوکنندههای قوس جیوه که غیر قابل اطمینان بودند, برای انجام یکسوسازی استفاده میکردند و هنوز هم استفاده از این یکسوسازها در برخی مبدلهای قدیمی ادامه دارد. از درگاههای تیریستوری اولین بار در دهه ۱۹۶۰ برای یکسو سازی استفاده شد. تریستور نوعی قطعه نیمههادی شبیه دیود است, با این تفاوت که دارای یک پایه اضافی برای کنترل جریان عبوری است. امروزه از IGBT که نوعی تریستور است نیز برای یکسو سازی استفاده میشود. این قطعه دارای قابلیتهای بهتری از تریستورهای عادی است و کنترل آن اسانتر است که قابلیتها موجب کاهش یافت قیمت تمام شده یک درگاه میشود.
از آنجایی که ولتاژ استفاده شده در سیستم HVDC در بسیاری موارد از ولتاژ شکست انواع نیمههادیها بیشتر است, برای ساخت مبدلهای HVDC از تعداد زیادی قطعات نیمه هادی به صورت سری استفاده میکنند.سیستم کنترل ولتاژ که با ولتاژ نسبتاً پایینی کار میکند و وظیفه انتقال دستورات قطع یا وصل را به دیگر اجزا دارد باید به طور کامل از قسمت ولتاژ بالا جدا شود. این کار عموماً با استفاده از سیستمهای نوری انجام میپزیرد. در یک سیستم کنترل مرکب, قسمت کنترل برای انتقال دستورات از پالسهای نوری استفاده میکند. عمل حمل این پالسها به وسیله فیبرهای نوری انجام میگیرد.
عنصر کاملاً کنترل شده را بدون توجه به اجزای تشکیل دهنده, «درگاه» (valve) میناند.در سیستم HVDC تیدیل از AC به DC و بر عکس تقریباً با تجهیزات مشابهی انجام میشود و در بسیاری پستهای تبدیل, تجهیزات طوری نصب میشوند که بتوانند هر دو نقش را داشته باشند. قبل از وصل جریان AC به تجهیزات یکسوسازی ورودی مبدل از تعدادی ترانسفورماتور (ترانسفورماتور سربهسر)عبور میکند و سپس خروجی آنها به درگاههای یکسوسازی وارد میشود. دلیل استفاده از این ترانسفورماتورها ایزوله کردن پست تبدیل از شبکه AC و به وجود آوردن زمین (Earthing) داخلی است. در پست تبدیل وظیفه اصلی بر عهده درگاههاست. در سادهترین حالت یک یکسوساز از شش درگاه تشکیل شده است که دو به دو به فازهای AC متصل شدهاند. ساختمان یکسو ساز به صورتی است که هر درگاه در هر سیکل تنها در طول 60 درجه هادی است و به این صورت وظیفه انتقال توان در هر سیکل 360 درجهای به طور مساوی بین شش درگاه تقسیم میشود. با افزایش درگاهها تا 12 عدد میتوان یکسوساز را طوری طراحی کرد که هر 30 درجه درگاهها عوض شوند و بدین ترتیب ظرفیت یکسوسازی هر درگاه افزایش مییابد و هارمونیکهای تولیدی یکسوساز به شدت کاهش مییابند.
و رسالت من این خواهد بود