HVDC technologijos

HVDC (High Voltage Direct Current – aukštos įtampos nuolatinė srovė) technologija plačiai naudojama didelių kiekių elektros energijos perdavimui ilgais atstumais. Pagrindinė priežastis, kuo ši technologija yra pranašesnė už tradicines kintamos srovės perdavimo sistemas, yra ženkliai mažesni elektros energijos perdavimo nuostoliai. Energijos perdavimui trumpesniais atstumais naudoti nuolatinės srovės sistemų nėra tikslinga, kadangi santykinai brangiai kainuoja keitiklių stotys (kintama srovė keičiama į nuolatinę ir atvirkščiai). Svarbūs ir aplinkosauginiai aspektai, nes HVDC technologijos skleidžia ženkliai mažesnį elektromagnetinį lauką, mažesnė šilumos emisija, užima mažiau vietos (mažesnės sanitarinės zonos lyginant su kintamos srovės linijomis), naudojami požeminiai ir povandeniniai kabeliai. Gali būti tiesiamos tiek orinės HVDC perdavimo linijos tiek požeminiai/povandeniniai kabeliai. Be to, HVDC sistema suteikia galimybę sujungti nesinchronizuotas elektros energetikos sistemas.

Povandeniniam elektros energijos perdavimui HVDC jungtimi yra naudojami dviejų tipų kabeliai, skirstomi pagal laidininką izoliuojančią medžiagą: polimeriniai (XLPE) (žr. pjūvį paveikslėlio kairėje) arba impregnuoti (žr pjūvį paveikslėlio dešinėje).

HVDC jungtys gali būti įvairios konfigūracijos, tačiau yra išskiriamos dvi pagrindinės kategorijos:

• Vienpolė konfigūracija (angl. monopolar configuration). Šios konfigūracijos HVDC jungtims vienas iš  keitiklių išvadų įžeminamas, o kiti išvadai sujungiami laidininku (HVDC kabeliu arba oro linija). Įžeminti keitiklių išvadai gali būti tarpusavyje ir nesujungti, tokiu atveju tarp dviejų keitiklių srovė tekės žeme. 

• Dvipolė konfigūracija (angl. bipolar configuration). Šios konfigūracijos HVDC jungtyse naudojami du laidininkai (kabeliai arba oro linijos), kuriais perduodami priešingo poliariškumo potencialai.  Šios konfigūracijos HVDC jungtyse įrengiami keturi keitikliai – po du kiekvienoje jungties pusėje. Ši alternatyva yra brangesnė, nes reikalingi keturi keitikliai ir du laidininkai, tačiau ji yra laikoma patikimesne bei darančia mažesnį poveikį aplinkai.

Šiuo metu naudojamos dviejų tipų HVDC sistemos – CLASSIC ir VSC (Voltage source converter). Abiejų tipų HVDC sistemų veikimo principas yra vienodas: kintama srovė keičiama į nuolatinę, perduodama kabeliu arba oro linija, o paskirties punkte keičiama atgal į kintamą srovę, Technologijos skiriasi tik srovės keitimo techniniu įgyvendinimu  bei nuolatinės srovės perdavimo parametrais (įtampa ir srovės stiprumas).

• HVDC CLASSIC technologija remiasi srovės keitimu naudojant tiristorius. Ši technologija yra naudojama plačiausiai, patikrinta laiko (pirmą kartą įdiegta 1954 m. sujungiant Švedijos kontinentinę dalį su Gotlando sala), sąlygoja nedidelius srovės keitimo  nuostolius. Šiuo metu pasaulyje HVDC CLASSIC technologijos pagrindu yra įgyvendinti projektai, įgalinantys  iki 6000 MW galios perdavimą iki 800 kV įtampa. Šios technologijos neigiami aspektai –sudėtingesni keitiklio generuojamų harmoninių svyravimų bei reaktyviosios galios valdymo procesai, taip pat šiai technologijai reikalingas santykinai galingas kintamosios srovės tinklas.  

• HVDC VSC technologijoje srovės keitimas į nuolatinę vyksta naudojant tranzistorius (angl. Insulated Gate Bipolar Transistor). HVDC VSC technologija turi tam tikrų privalumų prieš HVDC CLASSIC: kompaktiškesnės keitiklių stotys, didesnis srauto valdymo patikimumas, greitas energijos tiekimo atstatymas visiško sistemos išsijungimo atveju, lengvesnis harmoninių svyravimų valdymas, pilna reaktyviosios galios valdymo galimybė, galimybė prijungti keitiklį prie silpnesnių kintamosios srovės tinklų. Šios technologijos neigiamas aspektas yra didesni srovės keitimo (iš kintamos į nuolatinę ir atvirkščiai) nuostoliai. 

  Platesnė informacija (anglų k.) - “100 metų HVDC technologijoms“ – straipsnis iš „Modern Power Systems“ žurnalo.