¿Qué es el HVDC? – Transmisión de energía directa de sobretensión presente

Transmisión de energía directa en sobretensión – Elementos y formas del sistema HVDC

La comunidad del sistema de instalaciones se evalúa en tres componentes: Era de energía, Transmisión y Distribución. El sistema de transmisión se utiliza para fijar el sistema productor con la carga. El exceso de tensión se utiliza para transmitir la capacidad de reducir las pérdidas de transmisión.

En función del tipo de potencia transmitida, las cepas de transmisión se clasifican en dos tipos.

  • Línea de transmisión HVAC
  • Línea de transmisión HVDC

La instalación se genera con energía de tipo AC y gran parte de la carga está diseñada para funcionar con energía AC. Por lo tanto, en un sistema de transmisión estándar, la capacidad se transmite a través de la línea de transmisión HVAC. Sin embargo, hay una serie de desventajas. Para superar estos inconvenientes y la creciente experiencia en electrónica de potencia, se lanza la línea de transmisión HVDC.

¿Qué es el HVDC?

HVDC es el acrónimo de Sobretensión de Presencia Directa o simplemente Tensión DC excesiva. Además, suele llamarse autopista eléctrica o autopista de la energía. El HVDC es una solución eficaz para transmitir la enorme cantidad {de energía eléctrica} utilizando la corriente continua (Direct Present) a lo largo de una larga distancia a través de líneas de transmisión aéreas, cables subterráneos o cables submarinos.

El sistema HVDC también puede utilizarse para interconectar redes separadas de sistemas de energía con atributos y frecuencias totalmente diferentes, pero el lugar de transmisión de CA no es relevante. Hay algunas ventajas del HVDC sobre el HVAC, por lo que es más popular en comparación con un sistema típico de HVAC. Veamos qué es el HVDC y cómo funciona

Es bueno saberlo:

  • La línea de transmisión eléctrica HVDC más larga del planeta tiene 2385 km en Madeira, Brasil.
  • No hace mucho, en China, un 12GW la energía se transmitió en 11kV DC en una distancia de 3300km.

Presentación asociada: Variaciones entre HVAC y HVDC – Transmisión de energía

Diagrama de bloques de la línea de transmisión HVDC
Diagrama de bloques de la línea de transmisión HVDC

Elementos de la línea de transmisión HVDC

La siguiente determinación muestra un diagrama de línea de la línea de transmisión HVDC. Aquí nos centraremos en el funcionamiento de cada parte.

La pieza que se utiliza para esta técnica es la siguiente.

  • Transformador convertidor
  • Convertidores
  • Filtros
  • Reactor de ablandamiento
  • Electrodos de tierra y electrodos de línea
  • Líneas o cables de transmisión de corriente continua
  • Suministro de energía reactiva
  • Interruptores de alimentación de CA

Presentación asociada: Ventajas de la transmisión de energía HVDC sobre la HVAC

Componentes de la línea de transmisión HVDC
Elementos de la línea de transmisión HVDC

Transformadores convertidores

El transformador convertidor es totalmente diferente del transformador estándar utilizado en la línea de transmisión de la calefacción y la ventilación. Como resultado, este transformador está relacionado con las herramientas de capacidad electrónica y está diseñado para resistir tensiones de corriente continua y corrientes armónicas. Dentro del transformador convertidor, el material de contenido armónico es mayor en comparación con el transformador estándar. Por lo tanto, provoca un flujo de fuga adicional y una variedad de puntos calientes nativos dentro del bobinado. Por lo tanto, estos transformadores requieren más preparaciones de refrigeración para mantenerse alejados del impacto de un punto caliente

El transformador elevador se utiliza para ampliar el grado de tensión en el extremo emisor y el transformador reductor se utiliza para reducir el grado de tensión en el extremo receptor de la carretera. Hay configuraciones totalmente diferentes según el aparato, es decir, se utilizan dos elementos trifásicos o tres monofásicos.

Convertidores

La energía eléctrica se genera y se utiliza dentro del tipo de energía AC. Por tanto, se utilizan convertidores en cada extremo de la línea de transmisión. El rectificador se utiliza para transformar la CA en CC al final del camino. Y el inversor se utiliza para transformar la corriente continua en corriente alterna al recibir el final de la carretera. La escala de estos convertidores puede ser muy grande y suele situarse en una construcción independiente, a menudo llamada pasillo de válvulas.

Convertidor HVDC

Cuando se ponen en marcha cepas de HVDC, los tiristores se utilizan como interruptor de influencia electrónica en los convertidores. Estos convertidores suelen llamarse convertidores con conmutación de línea. En el convertidor de base de tiristores, las válvulas de tiristores están agrupadas por parejas. Cada convertidor consta de seis o doce válvulas. Requiere la tensión del sistema de CA para la comunicación. Sin embargo, después se ponen en marcha los convertidores de alimentación de tensión. Este tipo de convertidor utiliza el IGBT (Transistor Bipolar de Puerta Aislada) como sustituto del tiristor. Y este convertidor no quiere tensión de CA para la comunicación.

Unidad de conversión de doce pulsos

Filtros

Los convertidores se utilizan como interruptores electrónicos de potencia. Los armónicos se producen debido a la conmutación en los convertidores de cada extremo de una línea de transmisión. Estos armónicos se transfieren al sistema de CA. Y esto puede llevar a un sobrecalentamiento de los aparatos. Posteriormente, es obligatorio reducir o eliminar los armónicos. Los filtros se utilizan para reducir la escala de los armónicos.

Estos filtros se utilizan en cada aspecto de CA y CC. El filtro utilizado en el sistema de CA se llama filtro de CA y el filtro utilizado en el sistema de CC se llama filtro de CC. Consiste en mezclas secuenciales de condensadores e inductores y se sintoniza para eliminar las frecuencias armónicas previstas.

Los filtros de corriente alterna son de baja impedancia y utilizan elementos pasivos. Los filtros de CA presentan la potencia reactiva necesaria para el funcionamiento del convertidor. Los filtros de corriente continua tienen unas medidas reducidas y son más baratos que los de corriente alterna. La profundidad de los armónicos es mucho menor en los convertidores de alimentación de tensión en comparación con los convertidores de conmutación de carretera.

Reactor de alisado

El Reactor de Alisado está relacionado en secuencia con el convertidor en el aspecto de la CC. Se utiliza para que el presente esté libre de ondulaciones y para reducir los armónicos dentro del sistema de CC. Además, se utiliza para funciones de defensa, limitando el fallo presente. Puede estar relacionado con el aspecto vial o con el aspecto imparcial.

Además, se utilizan reactores de suavización para controlar la corriente continua presente. Si se produce un cambio brusco en la corriente continua, se opondrá y permitirá que la corriente continua se transmita a un valor duro y rápido. Por lo tanto, reduce la tensión en la válvula del convertidor al impedir los ajustes bruscos. El reactor de alisado es un reactor refrigerado por aceite con una inductancia excesiva.

Electrodos de tierra y línea de electrodos

El punto medio del convertidor se conecta a tierra mediante la toma de tierra a ambos lados de la línea de transmisión. Estos electrodos se colocan a una distancia lejana (de 5 a 20 km) de la subestación. Y la línea de electrodos se utiliza para referirse a los electrodos de tierra. Para cortar la corrosión galvánica también se puede utilizar la estera de tierra.

Cables y trazados de transmisión de corriente continua

En función del tipo de sistema HVDC, se elige la variedad de conductores. Se utiliza para transmitir la energía HVDC desde la terminación emisora hasta la terminación receptora. Dentro del sistema de CC, no hay algo como el impacto en la piel debido a la ausencia de frecuencia. Y en comparación con el sistema de climatización, la escala del conductor es pequeña para una energía similar.

Suministro de energía reactiva

La potencia reactiva es necesaria para el funcionamiento del convertidor. Esta energía puede equiparse a través de la entidad financiera del condensador, del condensador síncrono o de una estación generadora adecuada que esté cerca del convertidor. En el caso del convertidor con conmutación de línea, la potencia reactiva necesaria está entre el 40-60% de su puntuación energética. Esta demanda podría reducirse si el transformador del convertidor tiene un rango adecuado de tomas de corriente con conmutación de carga. El filtro de armónicos proporciona cierta cantidad de potencia reactiva. En el caso del convertidor de fuente de tensión, puede generar o absorber potencia reactiva o real. Por lo tanto, no requiere un suministro de energía reactiva adicional.

Interruptores de CA

La estación convertidora consta de varias herramientas de seguridad, como un disyuntor, un interruptor de puesta a tierra, un interruptor de aislamiento y un pararrayos. El disyuntor se utiliza para proteger los convertidores del sobrecalentamiento. El pararrayos se utiliza para proteger la estación convertidora de una descarga de rayo en el sistema de CA. Además, consta de un transformador de instrumentos para la medición, además de funciones de gestión y seguridad.

Formas de las líneas de transmisión HVDC

En respuesta a la asociación de cables HVDC, las cepas de transmisión se clasifican en 4 tipos.

  • Sistema monopolar
  • Sistema bipolar
  • Sistema homopolar
  • Sistema HVDC de nuevo para ganar

Sistema monopolar

En uno de estos sistemas HVDC, sólo se utiliza un conductor para realizar la conexión entre la terminación emisora y la terminación receptora. Y el fondo o el agua de mar se utiliza para la vía de retorno. Por lo tanto, el precio de esta técnica es muy reducido en comparación con otros métodos. Sin embargo, no es útil para las funciones de alta energía.

La polaridad optimista o perjudicial se utiliza para transmitir la energía. Normalmente, la polaridad perjudicial se utiliza en las cepas aéreas, ya que las interferencias de radio son menores. El diagrama de bloques de esta técnica es el que se demuestra en la determinación de abajo.

Sistema monopolar

Sistema HVDC bipolar

Esta técnica es probablemente la más utilizada en comparación con los diferentes métodos de HVDC. En un sistema HVDC bipolar, se necesitan dos conductores. Un conductor es un conductor optimista y el opuesto es un conductor perjudicial de idéntica magnitud con respecto a tierra. Por lo tanto, la distinción de la tensión entre cada conductor es doble. Este tipo de asociación de sistemas se utiliza para transmitir energía a larga distancia.

Se utilizan dos convertidores en cada acabado de carretera. El nivel de imparcialidad está fundamentado. Posteriormente, cada línea puede trabajar de forma independiente. Por lo tanto, es una mezcla de dos métodos monopolares. Si se produce un fallo en un solo conductor, el segundo conductor transmitirá repetidamente la energía y aumentará la fiabilidad del sistema. En esta situación, el fondo se utiliza como vía de retorno y realmente funciona como un sistema monopolar. Cuando se elimina un fallo, el sistema vuelve a funcionar como un sistema bipolar.

En uno de estos sistemas, normalmente el presente no fluye a través del suelo. Sin embargo, normalmente la firmeza del presente fluye a través del suelo. El diagrama del circuito de esta técnica es el que se demuestra en la determinación de abajo.

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Sistema HVDC bipolar

Sistema HVDC homopolar

En uno de estos sistemas, se utilizan dos o más conductores en la misma torre. La polaridad de todos los conductores es similar y lo más probable es que sea perjudicial. Para el retorno, se utiliza la vía de tierra. En uno de estos sistemas, la pérdida de corona y las interferencias de radio son mucho menores.

Si se produce un fallo en un solo conductor, el segundo conductor procederá a transmitir la capacidad. En esta situación, se puede transmitir más del 50% de la energía de la capacidad nominal por sobrecarga de un conductor. Sin embargo, esto aumentaría la pérdida de capacidad. La principal desventaja de esta técnica es la enorme rentabilidad que presenta. El diagrama de bloques de esta técnica es el que se demuestra en la siguiente determinación.

Sistema homopolar HVDC

Sistema HVDC espalda con espalda

Esta técnica suele conocerse como sistema de acoplamiento HVDC. Como resultado de esta técnica se utilizan dos métodos de CA en el mismo lugar. Dos convertidores consecutivos se relacionan en el mismo lugar. No hay línea de transmisión. Esta técnica se utiliza para realizar la interconexión asíncrona entre dos redes de corriente alterna gestionadas independientemente. El diagrama de bloques de esta técnica es el que se demuestra en la siguiente determinación.

Sistema HVDC back-to-back

Distancia financiera para la transmisión HVDC

El precio de la línea de transmisión HVDC es mucho menor que el de la línea de transmisión HVAC si el tamaño de la carretera es mayor que la distancia de separación. En este sistema, los convertidores se utilizan en cada extremo de la carretera. Y el precio del convertidor puede ser muy excesivo.

En el caso de la red de transmisión de la CAV, a partir de un determinado tamaño, se necesitan subestaciones y la comunidad de compensación intermedia es importante para una buena calidad de la energía. En el caso de la línea HVDC, una de estas partes simplemente no es necesaria. Y la escala de la torre es mucho menor dentro del sistema HVDC en comparación con el sistema HVAC. En consecuencia, el precio global de esta técnica es mucho menor.

Pero cuando el tamaño de la carretera es pequeño, el precio del convertidor es alto, y en esta situación, el sistema HVDC simplemente no es económico. Por lo tanto, para una línea de larga distancia es económica la línea HVDC y para una distancia de línea pequeña es económico el sistema HVAC.

El gráfico inferior muestra la relación entre el precio y el tamaño de la carretera para los métodos HVDC y HVAC. El propósito de donde se cruza cada gráfico, ese momento se denomina nivel de ruptura.

Distancia económica para la transmisión HVDC

Beneficios de la línea de transmisión HVDC

1) Variedad de conductores

Dentro de la línea de transmisión HVAC, según el tipo de sistema, el número de conductores puede ser de 3, 4 ó 6. Sin embargo, en el caso de la línea de transmisión HVDC, la capacidad puede ser transmitida por un solo conductor, y para la transmisión de potencia masiva sólo se necesitan dos conductores en un sistema HVDC bipolar. Posteriormente, bajaría el precio de los conductores.

2) Medición de la torre

Dentro del sistema HVDC, muchos conductores son mucho menos y la distancia requerida entre dos fases y parte al fondo puede ser mucho menor en comparación con el sistema de transmisión HVAC. Por tanto, el tamaño total de la torre es mucho menor dentro del sistema HVDC. Y bajará el precio de la torre.

3) Corona

El impacto de la corona es actual en cada sistema de transmisión HVAC y HVDC. Sin embargo, en el caso de la línea HVDC, el impacto de la corona puede ser mucho menor en comparación con el sistema HVAC.

4) Carga actual

Dentro de la línea de transmisión de HVAC, debido a la distinción de potencial entre dos fases y parte a tierra, se produce una capacitancia. Y debido a esta capacitancia, la carga actual se transmitirá a través de la carretera. Sin embargo, en el caso de la línea HVDC, la capacitancia no se produce. Por tanto, no hay puntos asociados a la carga actual.

5) Pérdidas en la línea de transmisión

Debido a la ausencia de potencia reactiva en la línea HVDC, las pérdidas son mucho menores en comparación con el sistema HVAC. El coste se distribuye uniformemente en toda la sección transversal del conductor. Por lo tanto, no hay impactos de poros y piel dentro del sistema HVDC y proporciona mucha menos resistencia a la carretera. Disminuye la capacidad de salirse de la línea y aumenta la eficiencia de todo el sistema.

6) Carga de la línea

Dentro del sistema de climatización, el ángulo entre la tensión y el presente determinará la restricción térmica. Atribuible a un impacto transitorio, la carretera puede cargarse hasta un tercio de la puntuación térmica del conductor. Sin embargo, en el caso de la línea de CC, el transitorio no es sólo de corriente. La limitación térmica de la línea la decide el tiristor. Posteriormente, la carretera se puede cargar tanto como una restricción térmica total.

7) Estabilidad y gestión

Dentro del sistema HVDC, la tensión y la presencia podrían ser gestionadas por los convertidores. Y del mismo modo, la ruta y la magnitud del flujo de potencia se gestionan con la ayuda de los convertidores. Por lo tanto, aumentará la robustez del sistema.

8) Regulación de la tensión

Los dispositivos de compensación se utilizan para una buena regulación de la tensión dentro de la línea de transmisión de la calefacción. En esta situación, la tensión del sistema varía con respecto a la carga. Sin embargo, en el caso de la línea de corriente continua, no se suelen utilizar artilugios de compensación y la tensión puede gestionarse instantáneamente en las estaciones convertidoras. Los controladores se utilizan en las estaciones convertidoras. Por lo tanto, funcionarían en tensión actual y fija. Y esta técnica tiene una muy buena regulación de la tensión en comparación con el sistema HVAC.

9) Fiabilidad

Muchos de los métodos de transmisión de corriente continua son de tipo bipolar y constan de dos conductores. Por lo tanto, si se produce un fallo en un solo conductor, los diferentes conductores procederán a salir al 50% de la capacidad de carga. Esto no se puede conseguir con el sistema de climatización.

10) Cuestión energética

En el caso de la CC, no se piensa en la cuestión de la capacidad. Del mismo modo, para la línea de transmisión HVDC, no se piensa en la cuestión de la capacidad.

11) Variedad de subestaciones intermedias

Se necesitan subestaciones intermedias para la compensación de la potencia reactiva en una media de 300 km de línea HVAC. Las subestaciones intermedias no suelen ser necesarias dentro de la línea HVDC y reducirán el precio de la carretera.

12) Cables subterráneos

El tamaño de la carretera del cable subterráneo es la principal restricción en el caso de la línea HVAC debido a la carga presente. Sin embargo, la carga no es corriente dentro del sistema HVDC. Por lo tanto, no hay ninguna restricción de distancia para la línea HVDC.

13) Empate asíncrono

En un sistema de influencia, la frecuencia es un parámetro importante. Dentro de la línea de climatización, si quieres unir dos cepas de unión, la frecuencia debe coincidir exactamente con cada método. Si la frecuencia no coincide, las tensiones de unión suelen llamarse tensiones de unión asíncronas. Sin embargo, dentro del sistema de CC, la frecuencia no es la corriente.

Desventajas de la línea de transmisión HVDC

  • Se utilizan convertidores y filtros en cada extremo de la línea de transmisión. Y el precio de estas herramientas puede ser muy excesivo.
  • El precio de un disyuntor de CC puede ser muy excesivo comparado con el de un disyuntor de CA. Es un conocimiento creciente y, sin embargo, no está creciendo.
  • Los transformadores se utilizan para variar el grado de tensión en los métodos de CA. Sin embargo, es extremadamente problemático variar el grado de tensión, sobre todo en caso de tensión excesiva para los métodos de CC.
  • En situaciones irregulares, es muy difícil regular el convertidor. Y requiere información y conocimientos superiores sobre la electrónica de potencia. Y además, hay un inconveniente con la refrigeración de los interruptores de la electrónica de potencia utilizados en el convertidor.
  • Los convertidores no pueden funcionar en una situación de sobrecarga. Así que esta técnica no puede funcionar en una situación de sobrecarga.

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