Преобразовательная подстанция HVDC - HVDC converter station

An Преобразовательная подстанция HVDC (или просто преобразовательная станция) является специализированным типом подстанция который образует оконечное оборудование для постоянный ток высокого напряжения (HVDC) линия передачи.^[1] Он преобразует постоянный ток в переменный ток или наоборот. В добавок к конвертер, станция обычно содержит:

трехфазный выключатель переменного тока
трансформаторы
конденсаторы или синхронные конденсаторы для реактивной мощности
фильтры для подавления гармоник, и
коммутационный аппарат постоянного тока.

Составные части

Конвертер

Клапанный зал на преобразовательной станции Анди, часть Система передачи постоянного тока на реке Нельсон в Канада.

Преобразователь обычно устанавливается в здании, называемом клапанный зал. Используемые ранние системы HVDC ртутно-дуговые клапаны, но с середины 1970-х годов твердотельные устройства, такие как тиристоры был использован. Преобразователи с тиристорами или ртутно-дуговыми клапанами известны как преобразователи с линейной коммутацией. В преобразователях на основе тиристоров многие тиристоры соединены последовательно, образуя тиристорный вентиль, и каждый преобразователь обычно состоит из шести или двенадцати тиристорных вентилей. Тиристорные вентили обычно сгруппированы парами или группами по четыре и могут стоять на изоляторах на полу или свешиваться на изоляторах с потолка.

Преобразователи с линейной коммутацией требуют напряжения от сети переменного тока для коммутации, но с конца 1990-х годов преобразователи с питанием от источника начали использоваться для HVDC. Преобразователи напряжения используют биполярные транзисторы с изолированным затвором вместо тиристоров, и они могут обеспечивать питание обесточенной системы переменного тока.

Почти все преобразователи, используемые для HVDC, могут работать с преобразованием мощности в любом направлении. Преобразование мощности из переменного в постоянный называется исправление а преобразование из постоянного в переменный называется инверсия.

Оборудование постоянного тока

Концевая заделка кабеля HVDC и сглаживающий реактор постоянного тока на Балтийский кабель Линия HVDC.

Оборудование постоянного тока часто включает катушка (называется реактор) что добавляет индуктивность последовательно с линией постоянного тока, чтобы помочь сгладить постоянный ток. Индуктивность обычно составляет 0,1 ЧАС и 1 Н. Сглаживающий реактор может иметь либо воздушный сердечник, либо железный сердечник. Катушки с железным сердечником выглядят как маслонаполненные трансформаторы высокого напряжения. Сглаживающие катушки с воздушным сердечником напоминают дроссельные катушки несущей частоты в высоковольтных линиях электропередачи, но значительно больше, чем изоляторы. Воздушные катушки имеют то преимущество, что они создают меньший акустический шум, чем катушки с железным сердечником, они устраняют потенциальную опасность для окружающей среды, связанную с разлитой нефтью, и они не насыщаются при переходных высоких токах. вина условия. В этой части завода также будут находиться приборы для измерения постоянного тока и напряжения.

Для устранения высокочастотных помех используются специальные фильтры постоянного тока. Такие фильтры необходимы, если линия передачи будет использовать связь по линии электропередач техники для связи и управления, или если воздушная линия будет проходить через населенные пункты. Эти фильтры могут быть пассивными LC фильтры или активные фильтры, состоящие из усилителя, соединенного через трансформаторы и защитные конденсаторы, который выдает сигнал, не совпадающий по фазе с сигналом помех в линии, тем самым подавляя его. Такая система использовалась на Балтийский кабель Проект HVDC.

Преобразователь трансформатор

Однофазный трехобмоточный преобразовательный трансформатор.

Конвертер трансформаторы активизировать Напряжение сети переменного тока. Использование звезды-дельты или "звезда-дельта «Соединение обмоток трансформатора, преобразователь может работать с 12 импульсами для каждого цикла в сети переменного тока, что устраняет многочисленные составляющие гармонического тока. Изоляция обмоток трансформатора должна быть специально спроектирована так, чтобы выдерживать большой потенциал постоянного тока относительно земли. Преобразователи трансформаторов могут быть построены до 300 мега вольт ампер (МВт ) как единое целое. Транспортировать трансформаторы большего размера непрактично, поэтому, когда требуются более высокие номиналы, несколько отдельных трансформаторов подключаются вместе. Могут использоваться либо два трехфазных блока, либо три однофазных блока. В последнем варианте используется только один тип трансформатора, что делает поставку запасного трансформатора более экономичной.

Преобразовательные трансформаторы работают с мощными ступенями с большим магнитным потоком в четырех ступенях преобразователя за цикл и поэтому производят больше акустического шума, чем обычные трехфазные силовые трансформаторы. Этот эффект следует учитывать при размещении преобразовательной подстанции HVDC. Могут быть применены шумопоглощающие кожухи.

Реактивная сила

Когда используются преобразователи с линейной коммутацией, преобразовательной подстанции потребуется от 40% до 60% номинальной мощности в качестве реактивной мощности. Это может быть обеспечено батареями коммутируемых конденсаторов или синхронные конденсаторы, или если подходящий электростанция находится недалеко от статической инверторной установки, генераторов на электростанции. Потребность в реактивной мощности может быть снижена, если преобразовательные трансформаторы оснащены переключателями ответвлений под нагрузкой с достаточным диапазоном ответвлений для регулирования напряжения переменного тока. Некоторая часть требуемой реактивной мощности может быть обеспечена компонентами фильтра гармоник.

Преобразователи с питанием от источника напряжения могут генерировать или поглощать как активную, так и реактивную мощность, и дополнительное оборудование для реактивной мощности обычно не требуется.

Гармонические фильтры

Фильтры гармоник необходимы для устранения гармонических волн и для выработки реактивной мощности на преобразовательных подстанциях с коммутацией линий. На предприятиях с коммутируемыми преобразователями с шестью импульсными линиями необходимы сложные фильтры гармоник, поскольку присутствуют нечетные гармоники порядков. $6 п + 1$ и $6 п - 1$ производимые на стороне переменного тока и даже гармоники порядка $6 п$ на стороне постоянного тока. На 12-импульсных преобразовательных подстанциях только гармонические напряжения или токи порядка $12 п + 1$ и $12 п - 1$ (на стороне переменного тока) или $12 п$ (на стороне постоянного тока) результат. Фильтры настроены на ожидаемые частоты гармоник и состоят из последовательных комбинаций конденсаторов и катушек индуктивности.

Преобразователи с питанием от источника напряжения обычно производят гармоники меньшей интенсивности, чем преобразователи с линейной коммутацией. В результате фильтры гармоник обычно меньше по размеру или их можно вообще не использовать.

Помимо фильтров гармоник, также предоставляется оборудование для устранения паразитных сигналов в диапазоне частот несущего оборудования линии электропередачи в диапазоне от 30 кГц до 500 кГц. Эти фильтры обычно находятся рядом с клеммой переменного тока статического инверторного трансформатора. Они состоят из катушки, пропускающей ток нагрузки, и параллельного конденсатора, образующего резонансный контур.

В особых случаях можно использовать исключительно машины для выработки реактивной мощности. Это реализуется на терминале HVDC Волгоград-Донбасс расположен на Волжская ГЭС.

Распределительное устройство переменного тока

Выключатель трехфазного переменного тока преобразовательной подстанции аналогичен коммутационному устройству подстанции переменного тока. Он будет содержать Автоматические выключатели для максимальной токовой защиты преобразовательных трансформаторов, разъединителей, заземляющих переключателей и измерительных трансформаторов для управления, измерения и защиты. На станции также будет молниеотводы для защиты оборудования переменного тока от молния скачки напряжения в системе переменного тока.

Другие

Требуемая площадь

Площадь, необходимая для преобразовательной подстанции, намного больше, чем у обычного трансформатора, например, площадка с мощностью передачи 600 мегаватт и напряжением передачи 400 кВ составляет приблизительно 300 x 300 метров (1000 x 1000 футов). Для установок с более низким напряжением может потребоваться несколько меньшая площадь земли, поскольку потребуется меньшее воздушное пространство вокруг наружного высоковольтного оборудования.

Факторы местоположения

Преобразовательные станции создают акустический шум. Преобразовательные станции могут создавать серьезные радиочастотные помехи, поэтому необходимо предусмотреть конструктивные особенности для контроля этих излучений. Стены могут обеспечивать защиту от шума. Как и на всех подстанциях переменного тока, масло из оборудования должно быть предотвращено от загрязнения грунтовых вод в случае разлива. Для воздушных линий электропередачи может потребоваться значительная площадь, но ее можно уменьшить, если использовать подземный кабель.