انتقال برق (dc (HVDC و تحلیل آن


مقدمه (تاریخچه) :

 

ریشه ی بحث در مورد انتقال به شکل متناوب (AC) و یا به شکل مستقیم (DC) به دعوای میان نیکولا تسلا و توماس ادیسون برمیگردد.در سال 1882، ادیسون نخستین نیروگاه برق تجاری را که بر مبنای جریان مستقیم (DC) بود را ارائه کرد. اما این جریان متناوب تسلا بود که عملا روزگار آن دوره را اداره می کرد.

 

گرچه تسلا در حالی نظریات برق جریان متناوب چند فازی خود را تکمیل میکرد که در کانالها برای ادیسون بیل میزد! اما او در سال 1895 توانست در قرارداد آبشار نیاگارا پیروز شده و توانست در همان سال برق را به 35 کیلومتر آن طرف تر به درستی منتقل کند.در ظرف چند سال بعد ، برق را از آبشار نیگارا با روش تسلا به 700 کیلومتر آن طرف تر یعنی به نیویورک منتقل کردند.

 

با اثبات کار تسلا ، در قرن 20ام سیستم های قدرت در جهان مبتنی بر AC گشتند.
در ادامه این متن در سایت ایران پاور شما را با مهم ترین معیار های مقایسه و تحلیل هر یک بیشتر آشنا میکنیم.

مزیت انتقال به روش AC در آن دوره :

 

کلید پیروزی AC در آن دوره به این سبب بود که در انتقال به روش AC میتوانیم با استفاده از ترانسفورماتور های قدرت ولتاژ انتقال را بالاتر برده و برای مسیر طولانی با جریان کمتر انتقال را انجام دهیم.همچنین میتوان با روش AC ولتاژ را برای توزیع های محلی کاهش داد.در آن زمان هیچ راهی برای انجام این کارها با DC نبود.

 

مزیت انتقال DC :

 مهندسان برق قدرت از همان ابتدا نیز میدانستند که برای یک وظیفه ی خاص یک سیستم DC در ولتاژ بالا به مراتب بهتر از یک سیستم AC کار میکند چرا که میزان برق از دست رفته در طول انتقال DC به مراتب کمتر از انتقال AC است.

چقدر کمتر؟؟؟

 

بگذارید فرض کنیم شما در حال انتقال مقدار مشخصی از توان به شکل ولتاژ بالای مستقیم هستید (HVDC) : هنگامی که شما ولتاژ را دو برابر میکنید ، مقدار جریان مورد نیاز شما برابر با نصف مقدار جریان سیستم AC است.به عبارت دیگر ،تلفات خط خود را 4 برابر کاهش میدهید.

 

همچنین شما به سیم بسیار کمتری نیاز دارید چرا که جریان DC از کل سطح مقطع هادی یک خط عبور میکند درحالیکه جریان AC عمدتا از نزدیکی سطح سیم هادی عبور میکند(اثر پوستی) .

 

از سوی دیگر ، با فرض ثابت بودن سطح مقطع سیم ها، مقاومت موثر در حالت AC بسیار بیشتر بوده و این بدان معنی است که مقدار توان بیشتری به عنوان گرما در حالت AC به صورت گرما از دست میرود.

 

مثال عملی :
برای انتقال 6000 مگاوات با استفاده از یک سیستم 765 کیلوولت AC ، شما به سه خط انتقال جداگانه نیاز دارید که مسیر راست راه را در حدود 180 متر قطع میکند ، مقایسه کنید با سیستم 800 کیلوولت DC که تنها به 80 متر عرض نیاز دارد.

 

 

مقایسه های بیشتر :

 

HVDC همچنین برای انتقال آسان بین دو شبکه که در فرکانس های مختلف عمل میکنند نیز کاراست.

 

از سوی دیگر ، مبدل ها ، کابل ها ، کلیدها و دیگر عناصر به کار رفته در HVDC بسیار گران تر از سیستم های AC است.

 

استفاده ی HVDC در کجا به صرفه است؟
بنابراین استفاده ی مناسب و اقتصادی HVDC برای خطوطی با طول 500 کیلومتر یا بیشتر از آن است.(در این فاصله مقدار تلفات در حالت انتقال AC به مراتب بیشتر از هزینه ی لازم برای انتقال DC میشود.)

 

 

بنابر این با در نظر داشتن مزایای موجود در انتقال به روش DC مهندسان برق در طول قرن بیستم انتقال به روش DC را در دستور کار قراردادند. آنچه در انتقال به روش DC مهم است و بلوک اصلی آن به حساب می آید مبدل های الکترونیک قدرت است که در انتهای هر خط HVDC به کار میرود.این مبدل ها ولتاژ بالای AC را به ولتاژ بالای DC تبدیل کرده و دوباره DC را به AC تبدیل میکنند.

 

 

شروع فرمان روایی الکترونیک قدرت :

 

با شروع دهه 1960 با تکیه بر یکسوساز قوس جیوه ای((mercury-arc valves) (وظیفه ی یکسوساز قوس جیوه ای تبدیل ولتاژ یا جریان بالای AC به DC است.)) مبدل هایی شکل گرفتند که اساس کار آن ها استفاده از سوئیچ هایی بود که تنها میتوانستند آن ها را روشن کنند!(و نه خاموش!)

 

 

یکسو ساز جیوه ای موجود در سوئیس

 

در دهه 1970 با شکل گیری پیشرفت های بیشتر در تکنولوژی DC تریستور هایی ساخته شد که با آب سرد خنک میشدند.این کلید های غول پیکر نخستین بار در 1978 در سیستم انتقال HVDC رودخانه نلسون به کاربرده شدند.جایی که برق از نیروگاه برق آبی در شمال مانیتوبا(manitoba) ، کانادا به جنوب این کشور منتقل شد.

 

از آن پس HVDC بیشتر در شمال آمریکا گسترش یافت.اگرچه در سایر نقاط دنیا مانند چین ، هند ، برزیل و اروپای غربی نیز از آن استفاده میشود.

 

از اواخر دهه 1990 سیستم های HVDC بر پایه ی ترانزیستورهای دو قطبی گیت ایزوله شده (IGBT) قرار گرفتند .این ترانزیستورها میتوانند چندین بار در هر چرخه سوئیچ شوند.در آخرین نوع از IGBT ها ، گیت ها میتوانند در کمتر از یک میلیاردم ثانیه باز یا بسته شوند!

 

 

امروزه :

 

امروزه مبدل های HVDC به عنوان مبدل های منبع ولتاژ شناخته میشوند.(VSCها) .اگرچه مبدل های سنتی همچنان برای انتقال ولتاژ بالاتر و انتقال با ظرفیت بالاتر مورد استفاده قرار میگیرند ،VSC ها باعث میشوند تا خطوط HVDC راحت تر به شبکه های موجود متصل شوند.

 

مفهوم VSC اولین بار در 1997 بین دو منطقه Hellsjön و Grängesberg در کشور سوئد به کاربرده شد در توان 3MW و ولتاژ 10KV.

 

پنج سال بعد در 2002 ، نصب VSC در توان قابل ملاحظه ای شکل گرفت این پروژه انتقال برق بین نیویورک و منطقه Connecticut در سطح توان 330MW شکل گرفت.

 

اگرچه تلفات تبدیل در آن پروژه به مقدار بالای 2.5 درصد بود اما امروزه با استفاده از آخرین VSC ها تلفات به میزان 1 درصد کاهش یافته است!!

 

کار بر روی خط انتقال HVDC به طول 1680 کیلومتر در Zhejiang چین

 

 

[hm_icons type=”style1″ col=”4″ tree_image=”” delay=”” animation=”no”][hm_icon title=”مارا در تلگرام دنبال کنید ” url=”https://t.me/irnpower” target=”_self” icon_color=”#dd3333″ icon=”ico-send” img_icon=”” leaf_color=””][/hm_icon][/hm_icons]

آموزش هاآموزش های تکنولوژی روز

HVDCالکترونیک قدرتایران پاورمزیت انتقال DC

3 دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید