Høyspenningsoverføring

Den høyspent likestrøm ( HVDC er) en fremgangsmåte for elektrisk kraftoverføring med en høy likespenning .

HVDC-linjer i Europa (ikke sant for kurs; fra og med 2019)
             bestående             under konstruksjon             planlagt

Teknisk bakgrunn

Sammenligning av kostnadene (skjematisk) avhengig av kabellengden
             AC-overføring              HVDC

I kraftverk blir elektrisk energi nesten alltid generert av synkrone generatorer som trefaset vekselstrøm med en frekvens på 50 Hz eller 60 Hz. Overføring av høy effekt (fra rundt 1 GW) over lengre avstander (over 100 km) ved bruk av økonomiske og teknisk håndterbare kabeldiametere tvinger høye elektriske spenninger på over 400 kV. For dette formålet genereres høyspenningen med meget god effektivitet av strømtransformatorer og transformeres ned til lavere spenninger (f.eks. 110 kV til 20 kV) ved enden av luftledningene i transformatorstasjoner .

En av de grunnleggende kravene til denne overføringen med vekselstrøm er imidlertid at kapasitansen både mellom linjene og med hensyn til jordpotensialet forblir tilstrekkelig liten til å holde den reaktive effekten lav. Når det gjelder luftledninger , oppnås dette ved passende avstand, men når det gjelder jord- eller sjøkabler , tillater ikke deres kapasitive belegg økonomisk drift med vekselspenning i lengder på mer enn noen titalls kilometer. I dette tilfellet har likestrømsoverføring fordeler fordi linjetapet er begrenset til den ohmske motstanden til den aktive strømmen .

Problemene med overføring med likestrøm er genereringen av høy likspenning og konverteringen mellom vekselstrøm og likestrøm. Konvertering av likestrøm til vekselstrøm og omvendt kan gjøres elektromekanisk med spesielle elektriske maskiner ( omformere ) eller elektronisk med strømomformere . Disse omformerstasjonene er årsaken til de høye produksjonskostnadene for HVDC sammenlignet med vekselspenningsoverføring, som bare betaler for seg selv med lengre systemlengder. Selv i dag er det fremdeles enorme kostnader for isolasjonsmaterialene og halvlederne som brukes eller de spesielle omformertransformatorene .

Asea Brown Boveri (ABB), GE Grid Solutions ( joint venture mellom General Electric og Alstom ) og Siemens Energy er blant de største produsentene av HVDC-systemer .

applikasjoner

Converter transformator for en fase. Over ekspansjonstank for kjølevæske. Til venstre er de lange isolatorene til tilkoblingene på DC-spenningssiden, bare disse, montert på veggen, når gjennom omformerhallen til tyristortårnene . Transformatorhuset inkludert kjøler er plassert utenfor. Øverst til høyre forbindelsen for luftledningen.

Høyspent likestrømstransmisjon brukes til overføring av elektrisk energi i forskjellige bruksområder vist nedenfor. I listen over HVDC-systemer er det en oversikt over forskjellige implementerte og planlagte systemer. En ENTSOE-rapport gir en gjeldende status fra 2019.

DC korte koblinger

Hvis likestrømens overføringslengde bare er noen få meter, og begge omformerne er plassert i samme bygning eller i umiddelbart tilstøtende bygninger, er dette kjent som en HVDC- kortkobling (DC-kortkobling, GKK, engelsk rygg-til-bak-omformer ). Denne formen, teknisk sett en mellomliggende krets, brukes for direkte utveksling av elektrisk energi mellom tre-fase vekselstrøm nett som ikke drives med et synkront nett frekvens og er tilordnet forskjellige styreområder. Eksempler på dette er GKK Etzenricht, som ble drevet i Tyskland fra 1993 til 1995, eller Châteauguays likestrøm-rygg-til-bak-lenke fra Hydro-Québec i Canada . På grunn av to forskjellige nettverksfrekvenser i Japan, kan strøm bare overføres mellom de to frekvenssystemene ved hjelp av HVDC-lukkekoblinger. Et eksempel på dette er anlegget i Shizuoka . Siden HVDC-lukkekoblinger ikke fungerer uten tap og ofte også bestemmer maksimal mulig overføringskapasitet, brukes slike systemer vanligvis ikke i synkroniserte nettverk. Eksisterende systemer blir derfor vanligvis stengt hvis to nettverk som ikke tidligere ble drevet synkront, ble synkronisert med hverandre, som da muliggjør en direkte utveksling av energi.

Energitransmisjon over lange avstander

HVDC-teknologien brukes til å overføre energi med likestrøm over lange avstander - dette er avstander på rundt 750 km oppover - da HVDC fra visse avstander og utover har lavere samlede overføringstap enn overføring med trefaset vekselstrøm, til tross for ekstra omformertap . Eksempler er det uferdige HVDC Ekibastus Center i Sibir, det 1700 km lange HVDC Inga-Shaba i Kongo og det over 1000 km lange HVDC Québec - New England mellom Canada og USA. På grunn av de relativt korte avstandene mellom kraftstasjoner og forbrukere i Europa er det for øyeblikket ingen HVDC-systemer i dette lengdeområdet.

Hovedlinjetapet over lange avstander uten omformertap er rundt 3,7% i implementerte systemer som NorNed (mellom Norge og Nederland) med en overført effekt på 600 MW (85% av den nominelle effekten) og en linjelengde på 580 km , som er omtrent 6, tilsvarer 4% relative tap over 1000 km linjelengde. For prosjekter som er vurdert og ennå ikke implementert, som Desertec eller European Supergrid , antas linjetap på 14% for en 5000 km lang HVDC-linje med 800 kV. Dette tilsvarer rundt 2,8% relative linjetap over 1000 km.

Energioverføring ved hjelp av HVDC sjøkabler

Seksjon gjennom en HVDC-sjøkabel på 350 kV, installert på HVDC Inter-Island

Høyspent likestrømsoverføring brukes også til å overføre energi over relativt korte avstander på noen få 10 km til noen få 100 km hvis overføringskabelen har et veldig høyt kapasitivt belegg på grunn av sin design. Drift med trefasestrøm er da ikke økonomisk, siden en høy reaktiv effekt må brukes for konstant omlasting av kabelkapasitansen. Når du kobler til kraftnett og kobler vindparker over havet, er sjøkabler nesten alltid det eneste alternativet . Derfor er HVDC-kabelsystemer nesten uten unntak i dette bruksområdet. Europeiske eksempler er sjøkabelen NorNed mellom Norge og Nederland, sjøkabelen Baltic Cable mellom Sverige og Tyskland eller BritNed mellom Storbritannia og Nederland.

I tillegg er forbindelser fra havvindmølleparker langt fra kysten for det meste koblet til nettet via HVDC. Med disse systemene antas det at HVDC-systemer med en kabellengde på ca. 55 til 70 km er mer økonomiske enn en konvensjonell forbindelse med høyspent trefasestrømsteknologi.

Det er en spesiell funksjon med monopolære enkjernede HVDC-undervannskabler: Polaritetsbryteren oppstår når retningen på strømmen endres, der utformingen av jordingssystemene er designet for en fast strømretning. Ved drift med høy likespenning, romladninger akkumuleres i dielektrikumet mellom de indre og ytre ledere etter en stund . Dette er resultatet av forskjellige nivåer av elektrisk ledningsevne, som igjen skyldes den radiale temperaturgradienten fra den indre lederen til det kjøligere ytre området. I tilfelle en plutselig endring i polariteten for å snu retningen på kraftstrømmen, vil romladningene i dielektrikumet, som bare sakte nedbrytes, føre til sterke feltøkninger, som vil utløse delvis utslipp i isolasjonsmaterialet som kan ødelegge Materialet. Av denne grunn, med monopolære HVDC sjøkabelsystemer (f.eks. HVDC Italia-Hellas ), hvis retningen på strømmen reverseres, må du vente på en viss periode før linjen brukes igjen.

Energioverføring over land ved hjelp av HVDC-kabler

Kabler som kommer fra sjø til land forlenges i land som underjordiske kabler . Med noen offshore HVDC-forbindelser er landkabelruten også lengre enn den tilknyttede sjøkabelruten.

Et første europeiske eksempel på en ren HVDC underjordisk kabelforbindelse er den første delen av HVDC-forbindelsen SüdVästlänken mellom Norge og Sør-Sverige. Av dette er delen Barkeryd - Hurva hovedsakelig lagt langs motorveien E4 som XLPE-plastkabel , med en nominell spenning på ± 300 kV. Systemet består av to parallelle HVDC underjordiske kabelsystemer, som til sammen har en overføringskapasitet på rundt 600 MW.

Spesielle applikasjoner

I tillegg brukes HVDC-teknologien i mindre grad til spesielle løsninger, for eksempel FACTS ( Flexible AC Transmission System ) for å bruke Unified Power Flow Controller (UPFC) -teknologien for å målrette individuelle linjer i trefasede AC-nettverk. lastflytkontroller ved hjelp av tverrgående og langsgående regulering.

Geologiske målinger

Eksisterende HVDC-systemer med jordet returleder eller jordet midtpunkt ble også brukt til geofysiske målinger ved å måle returstrømmen gjennom jorden på forskjellige steder.

henrettelse

Konverteringssystemer

Interiør i Hydro One / Hydro Québec HVDC lukkekobling
Tyristorer med kontrollelektronikk og kjøleenhet i et system fra Hydro-Québec

En omformerstasjon, også kjent som en omformerstasjon, ligger i begge ender av et høyspenningsoverføringssystem for likestrøm. I tillegg til styringssystemene inneholder den i hovedsak kraftomformere og, hovedsakelig uteområdet ved siden av hallen, kraftomformertransformatorer , utjevningsreaktorer og harmoniske filtre . Omformerne som brukes, kan vanligvis fungere i begge retninger, både som likerettere og som omformere , og dermed overføre energi i begge retninger. Det er også spesielle HVDCer som Pacific DC Intertie på vestkysten av USA eller HVDC Inter-Island Link i New Zealand, som bare overfører elektrisk kraft i en retning under normal drift.

Det indre av en HVDC-omformerhall med inverteren er vanligvis helt metallisk skjermet fra utsiden på grunn av den elektromagnetiske kompatibiliteten og kan ikke angis på grunn av den høye feltstyrken og risikoen for elektriske støt under drift. I moderne systemer brukes tyristorer eller IGBT-er koblet til en tolvpuls krets som strømomformere . Svært store kvikksølvdamp likerettere ble brukt i gamle systemer . I de første dagene av HVDC-teknologi ble det også utført eksperimenter med lysbueomformere , slik tilfellet var med Lehrte-Misburg HVDC-testanlegg . For å oppnå de nødvendige blokkeringsspenningene på over 500 kV, er flere titalls tyristorer / IGBT koblet i serie, da blokkeringsspenningen per tyristor / IGBT bare er noen få kV av tekniske årsaker. Alle tyristorer som er seriekoblet, må bytte nesten samtidig i løpet av et mikrosekund for å unngå skader på grunn av ujevn spenningsfordeling på omformeren.

Tyristorene eller IGBT-ene kan ikke styres direkte elektrisk på grunn av potensielle forskjeller og den høye endringshastigheten i spenningen, men signalene overføres med fiberoptiske kabler. I systemene med kvikksølvdamp likerettere som ikke lenger er i vanlig drift i dag, ble antennelsespulsene overført ved hjelp av høy frekvens.

For å spre strømtapet fra tyristorene, brukes flytende kjølevæsker som rent vann, som pumpes i elektrisk isolerte rørsystemer gjennom omformerhallen til de enkelte tyristorene. Varmetapet avgis til den omgivende luften i hallen utenfor i form av varmevekslere .

Den glattedrosselen ved direkte strømutgang blir brukt til å redusere den gjenværende krusning av likestrømmen. Den kan utformes som en luft- eller jerngass . Dens induktans er omtrent 0,1 til 1  H .

Transformatorene på vekselstrømssiden genererer ikke bare høyspenningen, de undertrykker også mange harmoniske med deres induktans og byttemetode (seriekobling av delta- og stjerneforbindelse , se tolv-puls likeretter ) . Harmoniske filtre undertrykker ytterligere uønskede overtoner. Når det gjelder systemer i tolvpuls krets, trenger du bare å undertrykke den 11., 13., 23. og 25. harmonikken. Sugekretser innstilt på 12. og 24. harmonikk er tilstrekkelig for dette.

De tjener også til å generere den reaktive kraften som kreves for pendling . I prinsippet kan en HVDC-overføring også implementeres uten et harmonisk filter, som f.eks B. i Volgograd-stasjonen til HVDC Volgograd-Donbass .

Linjesystemer og jordelektroder

Blokkdiagram over en monopolær HVDC-overføring
Blokkdiagram over en bipolar HVDC-overføring

Overføringen kan være monopolær så vel som bipolar.

  • I denne sammenheng betyr monopol at en jevnspenning med en viss nominell verdi som f.eks B. +450 kV er til stede, med en pol i hver ende av ledningen som er jordet, og derfor er en lederkabel tilstrekkelig (jord som "returleder").
  • Bipolar betyr at, i motsetning til monopolær HVDC, brukes to metalliske ledere, med jording ved middels potensial: en leder som har en positiv spenning i forhold til jordpotensialet og en leder som har en negativ spenning i forhold til jordpotensialet, f.eks. ± 450 kV. I dette tilfellet er DC-spenningen mellom de to lederne dobbelt så stor som mellom en leder og jord, dvs. i dette eksemplet 900 kV. Avhengig av versjonen, kan en metallisk returleder også føres med, som isoleres fra jorden i løpet. Deretter, i tilfelle en linjefeil, er fortsatt drift med halv spenning mulig. Den bipolare varianten har fordelen at magnetfeltet til strømmen i returlederen kompenserer det for fremlederen ganske godt, ettersom de er orientert i motsatt retning. Etter flere meter er feltstyrken under den svake jordens magnetfelt, jo mer jo nærmere de utgående og returlinjene er arrangert.

I et bipolært system tjener jording av senterpotensialet til å unngå skade på isolasjonen på grunn av en ujevn spenningsfordeling mellom lederne, siden de to lederne er isolert fra jordpotensialet. I bipolare systemer bærer ikke jordelektroden noen driftsstrøm, men bare en liten utjevningsstrøm. Når det gjelder en monopolær HVDC, ledes systemets driftsstrøm på noen få kiloampere via jordelektroden. Jordingssystemet må være tilsvarende romslig, med en forlengelse på noen få kilometer, og være forankret i bakken med god ledningsevne, for eksempel nær kysten i sjøen eller i området elver. Som med hvilken som helst jordelektrode, er arealet og formen på jordelektroden og den elektriske ledningsevnen i umiddelbar nærhet av jordelektroden primært avgjørende for lav jordingsmotstand . På grunn av det store tverrsnittsarealet er den elektriske ledningsevnen til det gjenværende jordmaterialet mellom de to jordelektrodene til HVDC-omformersystemene, som er langt fra hverandre, praktisk talt irrelevant.

Bipolare systemer kan også utformes på en slik måte at de, om nødvendig, også kan betjenes som to monopol som er koblet parallelt eller som en enkelt monopol. Dette ble realisert på HVDC Inga-Shaba . Uten en metallisk returleder fører likestrømmen deretter til elektrolytisk nedbrytning på jordelektroden, avhengig av strømretningen og materialet som brukes . Spesielt er anoden underlagt en nedbrytingsprosess, som ligner en offeranode , og det er derfor den er laget av for eksempel petroleumskoks eller i form av titanmasker. Katoder kan utformes som store nakne kobberringer. Tallrike bipolare systemer er designet slik at monopolær drift også er mulig. Hvis, som i disse tilfellene, elektroder skal tjene både som katode og anode, må de alle være utformet for å være korrosjonsbestandige, eller alternativt må en metallisk returleder være tilgjengelig.

HG luftledninger har vanligvis to ledere. Ofte er monopolære linjer utstyrt med to lederkabler for en senere bipolar utvidelse, som, så lenge den bipolare utvidelsen ikke er fullført, er koblet parallelt eller den ene fungerer som en lavspenningsleder for jordelektroden. Ledningsnivået på ett nivå brukes nesten alltid.

HVDC Fenno-Skan med elektrodelinjer som jordtau

I lederen jordingselektroden kan også fungere som en jordingstråd , som det er forankret med meget lav motstand via jordingselektroden. For å unngå elektrokjemisk korrosjon av mastene, må den imidlertid festes til mastene på en isolert måte. Gnistgap på isolatorene er derfor nødvendig for å avlede lynstrømmer.

For å unngå elektrokjemisk korrosjon, må ikke jordingselektroden ligge rett ved siden av ledningsruten, slik at det er nødvendig med en egen rute for minst den siste delen av elektrodelinjen. Som i tilfelle ikke-parallell legging av elektrodelinjen til høyspentveien, kan denne utformes enten som en luftledning (ligner en mellomstor ledning), som en jordkabel eller som en kombinasjon av luftledning og jordkabel. Isolasjonen til elektrodelinjen er vanligvis designet for en driftsspenning på rundt 10–20 kV (middels spenningsområde).

fordeler

Reaktiv kraftbehov Q for en kilometer av en 380 kV luftledning, underjordiske kabler og gassisolerte rørledninger (GIL) avhengig av overføringseffekt S ved 50 Hz. Med induktiv reaktiv effekt , Q  > 0, med kapasitiv reaktiv effekt, Q  < 0.

I de utbredte trefase-nettverkene kreves det alltid tilkoblinger med minst tre ledertråder. Derimot klarer likestrømoverføring med to ledere, eller til og med en enkelt leder hvis jorden brukes som den andre polen. Dette sparer høye kostnader både for ledningsmaterialet og luftledningssystemet (master og isolatorer osv.). I tillegg kan HVDC-linjer overføre betydelig mer kraft enn vekselstrømssystemer, slik at HVDC-linjer kan bygges mer enn halvparten smalere med samme overføringskraft.

HVDC gjør at energi kan overføres over lange avstander gjennom sjøkabler . På grunn av den prinsipprelaterte strukturen til en kabel med et ytre skjerm og en indre leder, har en undersjøisk kabel høy kapasitans per lengdeenhet sammenlignet med en luftledning . Med vekselspenning genererer dette reaktive strømmer som gir ekstra belastning på kabelen. Når det gjelder trefaselinjer, kreves reaktiv effektkompensasjon av ledningen slik at kabelen blir belastet med den naturlige kraften . Kompensasjonsspoler må derfor installeres langs linjen med visse intervaller . Når det gjelder sjøkabler, er dette bare mulig med stor teknisk innsats. Dette er grunnen til at HVDC brukes fra en overføringslengde på rundt 70 km under vann. Forskjellene er vist i det tilstøtende bildet og forklares ved å overføre 1500 MVA over en avstand på 500 km.

  • Med en luftledning er den totale reaktive effekten 500 km · 3,8  Mvar / km = 1900 Mvar (induktiv).
  • I et kabelsystem er den totale reaktive effekten 500 km * 8 Mvar / km = 4000 Mvar (kapasitiv).
  • Med likestrøm er det ingen reaktiv kraft.

I tilfellet av likestrøm, er skinneffekten ikke vises, som i tilfelle av vekselstrøm fører til den strømmen som forskyves til kantene på linje tverrsnitt. Derfor kan store kabeltverrsnitt brukes bedre enn med en sammenlignbar vekselstrømsoverføring.

Med likestrøm er det ingen dielektriske tap i kabelisolasjonen . I luftledninger er tapene på grunn av koronautslipp betydelig lavere med direkte spenning enn med like høy vekselspenning; Når det gjelder vekslende spenninger, krever de buntede ledere selv ved lavere spenninger over 100 kV for å redusere feltstyrken på lederoverflaten.

Mens synkronisering er absolutt nødvendig i et vekselstrømsnett, er dette ikke nødvendig med likestrømoverføring. HVDC brukes også noen ganger på sammenkoblinger i et stort romlig utvidet synkron AC-nettverk. Et eksempel på en slik rute er HVDC Italia-Hellas innenfor det synkrone europeiske nettverket mellom den italienske byen Galatina og den omtrent 300 km fjerne byen Arachthos i Hellas - HVDC er imidlertid nødvendig her på grunn av lengden på sjøkabelen.

I tillegg trenger ikke isolasjonen i likestrømsnettet være designet for en toppverdi på , men bare for .

ulempe

Ulempen er den høyere teknisk innsats med likestrøm for den kraftomformeren (strøm-omformer) sammenlignet med en transformator . I forhold til en trefasetransformator, at omformerstasjonene kan bare bli overbelastet i en liten grad. Omformertransformatorene som er installert utenfor omformerstasjonen genererer mer støy enn sammenlignbare trefasetransformatorer på grunn av overtoner .

Ved korte forbindelser er tapene som oppstår i omformeren større enn reduksjonen i tapene i linjen ved bruk av likestrøm, og det er derfor HVDC vanligvis ikke gir mening for korte overføringsruter. Unntak er HVDC-lukkekoblingene, som asynkrone trefasenettverk bare kan kobles til med likestrømsteknologi og akseptere de høye omformertapene.

Når det gjelder høye DC-spenninger, oppstår problemer på grunn av inhomogene isolasjonsavstander, f.eks. B. også fra forurensning og fukting av regnvann (friluftssystemer) på isolatorflatene og lederhylser. Inhomogeniteter i isolasjonsmaterialer og på overflater fører, i motsetning til vekselspenning, til en forvrengning av det elektriske feltet. Av denne grunn brukes betydelig lengre isolatorer med HVDC enn med vekselstrøm. Isolasjonsmaterialer og isolasjonskonstruksjoner må ha spesielle egenskaper for å opprettholde feltets homogenitet. Årsaken til feltforvrengningen er inhomogen spesifikt volum og overflatemotstand, som igjen er sterkt avhengig av temperatur og feltstyrke.

historie

Minnesstein likestrømoverføring Miesbach-Muenchen i den gamle botaniske hagen Muenchen
Minnestein i den gamle botaniske hagen München
Prototype av en kvikksølvdampkonverter fra 1965

Det første forsøket på langdistanseoverføring med likestrøm fant sted i 1882 fra Miesbach til München . Mindre og mer mellemspenningssystemer dukket opp fra 1890-tallet, spesielt i Italia og Sveits , for eksempel St-Maurice - Lausanne (22 kV, 3,7 MW, 60 km; 1897). Det første HVDC-systemet var Lyon - Moûtiers-systemet med en 180 km lang luftledning ved 100 kV bipolær spenning og 14,7 MW overføringskapasitet i sluttfasen. Anlegget var i drift fra 1906 til 1936 og arbeidet uten omformere. Den elektriske energien ble generert av likestrømsgeneratorer koblet i serie i et vannkraftverk i Pomblière nær Moûtiers og omgjort av likestrømsmaskiner i Lyon for å betjene den elektriske trikken. Alle disse systemene var basert på elektromekaniske omformere . Først på 30-tallet av det tjuende århundre ble det utviklet systemer med kraftomformere.

Det første tyske HVDC-systemet var den bipolare kabeloverføringen av det såkalte Elbe-prosjektet mellom brunkullkraftverket Vockerode (nær Dessau) og Berlin , som startet i 1941, men aldri gikk i drift (symmetrisk spenning på 200 kV til jorden, maksimal overføring kapasitet 60 MW). Dette systemet ble demontert av de sovjetiske okkupasjonsstyrkene og ble brukt i 1950 for å bygge en 100 kilometer, monopolær høyspennings likestrømslinje med en overføringskapasitet på 30 MW og en driftsspenning på 200 kV mellom Moskva og Kaschira . Denne linjen er nå lagt ned. Et system basert på lysbueomformere mellom transformatorstasjonene Umspannwerk Lehrte-Ahlten og Hallendorf (Salzgitter) ble planlagt som et konkurrerende prosjekt. Med en spenning på 300 kV, bør dette overføre en effekt på 150 MW på en ny dedikert 220 kV luftledning. I kontrast var det bare HVDC-testdelen Lehrte-Misburg som faktisk var i drift , som oppnådde en effekt på opptil 12 MW ved 80 kV med en overføringslengde på 5 km ved hjelp av lysbueomformere.

I 1954 ble et HVDC-system satt i drift mellom den svenske øya Gotland og det svenske fastlandet. Det eldste fortsatt eksisterende HVDC-systemet er Kontiskan 1 mellom Danmark og Sverige. Stort arbeid for å forbedre HVDC-teknologi ble utført på 1960-tallet av den svenske elektroingeniøren Uno Lamm . Den Uno Lamm Award , som har blitt utdelt hvert år siden 1981 av IEEE Power Engineering Society for viktig arbeid innen HVDC-teknologi, er oppkalt etter ham .

I 1972 ble det første HVDC-systemet med tyristorer tatt i bruk i den kanadiske åelven og i 1975 i England HVDC Kingsnorth mellom Kingsnorth kraftstasjon og sentrum av London med kvikksølvdamp likerettere . 15. mars 1979 gikk en HVDC-overføringslinje i drift mellom Cahora Bassa i Mosambik og Johannesburgs hovedstadsområde i Sør-Afrika (1420 km) med ± 533 kV og 1920 MW. Denne linjen ble bygget av et konsortium bestående av AEG, BBC og Siemens. Den Fenno-Skan mellom Sverige og Finland begynte drifts i 1989.

I Tyskland ble det første HVDC-systemet i form av HVDC-lukkekoblingen bygget i Etzenricht fra 1991 til 1993 . I 1994 Baltic Cable, en 262 kilometer lang likestrømslinjen mellom Lübeck- Herrrenwyk og Kruseberg i Sverige, gikk i drift, etterfulgt av 170-kilometer fullt kablet Kontek mellom Bentwisch nær Rostock og Bjæverskov Sogn i Danmark i 1995 .

På 580 km er NorNed- forbindelsen , som ble satt i drift i slutten av september 2008, mellom Feda nær Kvinesdal i Norge og Eemshaven i Nederland for tiden (2019) den lengste ubåtforbindelsen. Operatørene er den norske Statnett og den nederlandske Tennet TSO .

I januar 2014 startet kommersiell drift av sørlige HVDC Hami - Zhengzhou med en overføringsspenning på ± 800 kV og en overføringskapasitet på 8000 MW i Folkerepublikken Kina mellom den autonome regionen Xinjiang og byen Zhengzhou over en avstand. på 2200 km .

Den første 1100 kV HVDC-koblingen kom i drift i begynnelsen av 2019. Den linje mellom Changji og Guquan har en lengde på 3284 km og en overføringskapasitet på 12 GW og som fra begynnelsen av 2019 det er det mest effektive HVDC linje.

Outlook

Kontinentale strømnett basert på HVDC-teknologi blir sett på som en viktig komponent i fornybare energisystemer , da de er i stand til delvis å kompensere for den regionalt forskjellige innmating av fornybar energi og dermed redusere behovet for strømlagring. Som et alternativ til HVDC-teknologi med linjekommuterte omformere med en mellomkrets , blir teknologier med selvkommuterte omformere med en spenning mellomkrets i økende grad brukt. IGBT brukes for eksempel som bytteelementer . Slike systemer har hittil bare blitt brukt til mindre tjenester.

I Tyskland inneholder nettverksutviklingsplanen flere prosjekter for bygging av HVDC-linjer. Følgende linjer er planlagt og nedfelt i Federal Requirements Plan Act, som primært skal utføres som underjordiske kabler:

I november 2012 kunngjorde ABB at de hadde utviklet en likestrømbryter for høye spenninger og strømmer og at den ønsket å bruke den i pilotprosjekter. ABB hevder å ha utstyrt 70 HVDC-systemer og dermed halvparten av HVDC-systemene som er installert over hele verden. Dette ville gjøre byggingen av et masket HVDC-nettverk mye enklere. Strømbryteren består av en kombinasjon av elektroniske og mekaniske elementer.

For å forenkle de nødvendige godkjenningsprosedyrene for HVDC-linjer, vurderes det også å erstatte eksisterende eller planlagte trefaselinjer med HVDC-linjer.

Superledende kabler, som kan betjenes enten med trefaset eller likestrøm, lover et enda betydelig lavere plassbehov enn HVDC-ledninger og dermed større offentlig aksept . Teknologien, som har enda lavere tap sammenlignet med HVDC, er fremdeles i begynnelsen av kommersialiseringen. Per desember 2015 er det bare noen få implementerte applikasjoner i kort rekkevidde.

En ca. 1000 km kabel vurderes å være [foreldet] for å frakte elektrisitet fra geotermiske kraftverk på Island til Storbritannia.

HVDC-nettverk

Likestrømsnett må styres annerledes enn trefasede høyspenningsoverføringssystemer . I masket vekselstrømnett , slik som det tilsluttede nett , det strømmer lasten i de enkelte ledninger styres ved hjelp av målrettet faseforskyvninger. I samspillet med den reaktive kraften som er til stede på linjene, resulterer dette i hvilket kraftverk mater hvilken del av total kraft inn i nettverket.

Likestrømsnett kan derimot bare styres via nivået på elektrisk spenning ved visse noder i nettverket. Strømmen følger deretter spenningen i henhold til motstanden til linjene mellom de enkelte stasjonene: Hvis en matestasjon ønsker å mate inn mer strøm, må den øke spenningen tilsvarende; hvis en tegnestasjon ønsker å trekke mer strøm (og dermed mer strøm) den må senke spenningen tilsvarende. I prinsippet er HVDC-omformerstasjonene allerede i stand til å justere spenningen tilsvarende i små trinn, men den nødvendige kontrollprogramvaren må fortsatt implementeres.

Et annet problem er at i et masket HVDC-nettverk må det være en måte å koble fra en defekt HVDC-omformerstasjon eller en defekt HVDC-kabel fra nettverket i tilfelle kortslutning, selv under belastning, slik at de andre delene av nettverket kan fortsett å jobbe trygt. AC mekanisk effektbrytere er imidlertid ikke egnet for likestrøm. Årsaken til dette er de høye spenningene og strømene som er mer enn tilstrekkelig til å antenne en lysbue mellom de to polene i en åpningsbryter . På grunn av induktansen til ledningen stiger spenningen ved enden av linjen til og med over den nominelle spenningen i frakoblingsøyeblikket. Det er derfor til og med ønskelig at buen, som er uunngåelig på grunn av den induktive spenningsstigningen, forekommer i bryteren (innkapslet) og ikke i andre deler av systemet der buer kan forårsake alvorlig skade. Ved 50 Hz nettfrekvens faller imidlertid spenningen til null hundre ganger per sekund, og under disse nullkryssingene slukkes lysbuen i bryteren av seg selv. Egnede medier i bryteren (vanligvis transformatorolje og / eller SF 6- gassen ) forhindre at lysbuen straks tennes igjen. Som et resultat kan vekselstrømbrytere redusere strømmen til under 1 A på mindre enn 10 ms, selv i tilfelle kortslutning. Mekaniske isolatorer avbryter deretter strømmen i et andre trinn. Med likestrøm er det imidlertid ingen null kryss og lysbuen slukker ikke.

Meshed HVDC-nett for å bygge intelligente kraftnett er gjenstand for forskning fra og med 2017 ( CIGRE WG B4.52 og andre). I april 2013 presenterte CIGRE arbeidsgruppe B4.52 en mulighetsstudie for HVDC-nettverk. I den blir viktige parametere for HVDC-nettverk undersøkt. Studien kommer til at HVDC-nett er gjennomførbare og HVDC-omformerstasjonene ikke vil være dyrere enn de som er installert. For å implementere ytterligere tekniske aspektene av HVDC-nettverk, ble det CIGRE arbeids grops B4.56 til B4.60 etablert som en del av studien. De forholde seg til gitterkoder , modellutvikling for omformere, laststrømmen og spenningskontroll, nettverk beskyttelse og påliteligheten HVDC Håndtering av nettverk.

Hybridstrømsbrytere er også tilgjengelige som gjennom kombinasjonen av mekaniske brytere og elektroniske IGBTer på en pålitelig måte kan slå av en likestrømstilkobling ved 320 kV merkespenning, 2 kA nominell strøm og 9 kA kortslutningsstrøm innen 5 ms. Høyere spenninger kan oppnås ved å koble flere brytere i serie, høyere strømmer ved å koble parallelt. I det lukkede tilfellet er tapene av denne hybridbryteren bare omtrent 0,01% av strømmen som strømmer gjennom.

Fra og med 2016 er det individuelle HVDC-er med enkle grener som SACOI (HVDC Italia-Korsika-Sardinia).

Se også

litteratur

weblenker

Commons : HVDC  - samling av bilder, videoer og lydfiler

Individuelle referanser og kommentarer

  1. ↑ https://eepublicdownloads.entsoe.eu/clean-documents/SOC%20documents/20191203_HVDC%20links%20in%20system%20operations.pdf
  2. ↑ Outaouais DC tett kopling ( minnesmerke av den opprinnelige fra 20 november 2008 i Internet Archive ) Omtale: The arkivet koblingen ble automatisk satt inn og har ennå ikke blitt sjekket. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. , Hydro-Québec, teknisk beskrivelse @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / www.hydroquebec.com
  3. ^ Jan-Erik Skog, Kees Koreman, Bo Pääjärvi, Thomas Worzyk, Thomas Andersröd: NorNed HVDC Cable Link. En motorvei mellom Norge og Nederland (PDF; 504 kB)
  4. ↑ Volker Quaschning , Regenerative Energy Systems. Teknologi - beregning - simulering. München 2011, s.162
  5. ↑ Mikel De Prada Gil et al., Mulighetsanalyse av vindkraftanlegg til havs med DC-oppsamlingsnett . I: Fornybar energi 78, (2015), 467-477, s. 467, doi: 10.1016 / j.renene.2015.01.042 .
  6. ↑ Andreas Küchler: Høyspenningsteknologi: Grunnleggende - Teknologi - Applikasjoner . 3. Utgave. Springer, 2009, ISBN 978-3-540-78412-8 , pp. 99, 100 og 428 .
  7. ↑ Interaksjon av elektromagnetiske felt av ELF-kontrollerte kilder med ionosfæren og jordskorpen. Proceedings of the All-Russian (with the International Participation) Research and Practice Workshop. Sot. Acad. Sci., Avgang. of Earth Sci., Geological Institute Kola Science Center; Red.-in-Chief Acad. RAS EP Velikhov, stedfortredende sjefredaktør Dr Sci. Yu.L. Voytekhovsky. - Apatity, 2014, åpnet 11. januar 2018.
  8. ↑ HVDC Inter-Island , Grid New Zealand (Eng.)
  9. ↑ Clark W. Gellings, La oss bygge et globalt kraftnett . I: IEEE Spectrum , 28. juli 2015. Hentet 29. juli 2015.
  10. ↑ Bernhard Lutz: Innflytelsesrike faktorer på den elektriske feltfordelingen i isolasjonssystemer med polymere isolasjonsmaterialer med direkte spenningsbelastning , avhandling ved Technical University of Munich 2011, side 36ff
  11. ↑ Electrosuisse: René Thury (PDF; 31 kB)
  12. ↑ Karl Baudisch: energioverføring med høy likespenning, høy spenning . Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 1950, s. 292 ff
  13. ↑ Dieter Kind: Erwin Marx og hans bidrag til utviklingen av høyspenningsoverføring fra likestrøm fra 1930 til 1945 , Braunschweig 2013, urn: nbn: de: gbv: 084-13041515485
  14. ↑ NorNed. På 580 kilometer er den verdens lengste kabel under vann. tennet.eu, åpnet 4. mai 2019 .
  15. ↑ Southern Hami - Zhengzhou UHVDC-prosjekt settes i kommersiell drift ( Memento av 20. april 2014 Internet Archive ). State Grid Corporation- nettstedet , åpnet 8. mai 2014
  16. ↑ Verdens største ultrahøyspentlinje strømmer opp over hele Kina . I: Bloomberg News , 2. januar 2019. Hentet 2. april 2019.
  17. ↑ Verdens første 1100 kV HVDC-transformatorer. 11. juli 2016, åpnet 2. april 2019 .
  18. ↑ En ny tidsalder innen HVDC-teknologi. Siemens, åpnet 2. april 2019 .
  19. ^ Kuhn et al.: Utfordringer og muligheter for kraftsystemer fra smarte hjem til supernett . I: Ambio . teip 45 , 2016, s. 50-62 , doi : 10.1007 / s13280-015-0733-x .
  20. ↑ Vennligst slå . I: Technologie Review, Heise Verlag , 14. januar 2013, åpnet 17. desember 2013
  21. ↑ Nettverksutvidelse - BBPlG 1. Tilgang 21. januar 2019 .
  22. ↑ Nettverksutvidelse - BBPlG 2. Tilgang 21. januar 2019 .
  23. ↑ Nettverksutvidelse - BBPlG 3. Tilgang 21. januar 2019 .
  24. ↑ Nettverksutvidelse - BBPlG 4. Tilgang 21. januar 2019 .
  25. ↑ Nettverksutvidelse - BBPlG 5. Tilgang 21. januar 2019 .
  26. ↑ ABB løser det 100 år gamle sentralpuslespillet innen elektroteknikk . I: ABB Press Service , 7. november 2012, åpnet 21. februar 2013
  27. ↑ HDVC Breaker Beskrivelse
  28. ↑ se endringen til 26. BImSchV og informasjon om høyspenningstrømoverføring (HVDC) fra Federal Office for Radiation Protection
  29. ↑ https://www.smarterworld.de/smart-energy/smart-grid/artikel/119019
  30. Iko Heiko Thomas et al.: Superledende overføringslinjer - Bærekraftig overføring av elektrisk energi med høyere offentlig aksept? I: Fornybar og bærekraftig energi . teip 55 , 2016, s. 59-72 , doi : 10.1016 / j.rser.2015.10.041 .
  31. ↑ Island ønsker å bli et "grønt batteri" for britene med sjøkabler . ORF. Fra 10. januar 2013
  32. ↑ Funksjonalitet og bruksområder for hybrid DC-bryter , presentasjon av ABB, åpnet 21. september 2017
  33. ↑ CIGRE Working Group B4.52, Gunnar Asplund et al: Technical Brochure TB 533 HVDC Grid Feasibility Study pdf, 189 sider, 10,8 MB
  34. ^ The Hybrid HVDC Breaker , Magnus Callavik, Anders Blomberg, Jürgen Häfner, Björn Jacobson, ABB Grid Systems, Technical Paper Nov'2012, åpnet 21. september 2017