高壓直流輸電 (HVDC)

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HVDC 是一種流行的高壓輸電系統，在智慧電網中用於以直流形式傳輸電力。由於電力需求不斷增長，以及現有電網效率和可靠性有限，因此產生了對 HVDC 系統進行電力傳輸的需求。

與傳統的交流輸電系統相比，HVDC 具有多種優勢，例如損耗低、超長距離傳輸、更高的電力傳輸能力等。

什麼是高壓直流輸電？

高壓直流輸電或HVDC 系統是一種現代輸電技術，在智慧電網中用於長距離傳輸大量電力。由於一些技術和經濟原因，該技術涉及將交流電 (AC) 轉換為直流電 (DC) 以進行電力傳輸。

關於 HVDC 最重要的一點是，它用於高功率和長距離傳輸應用。在智慧電網中，它非常普遍地用於將可再生能源連線到電網。

HVDC 系統的主要組成部分

HVDC 系統涉及使用 AC-DC 變換器、輸電網路和許多其他元件。下圖給出了其元件的框圖和功能。

HVDC 系統不同元件的功能如下：

換流站

這些基本上是電網變電站，使用 AC-DC 變換器將交流電轉換為直流電，以及將直流電轉換為交流電。一個典型的 HVDC 系統由兩個換流站組成，一個位於傳送端，另一個位於接收端。

換流器

換流器是換流站中使用的電力電子裝置，用於執行交流電轉換為直流電和直流電轉換為交流電的轉換。將交流電轉換為直流電的換流器稱為整流器，它用於傳送端換流站。而將直流電轉換回交流電的換流器稱為逆變器，並安裝在接收端換流站。

直流輸電線路

這些是用於將直流電力從傳送端傳輸到接收端（超長距離）的高壓輸電線路。這些大多是架空線路。

濾波器

這些裝置用於去除傳輸過程中可能在交流電到直流電轉換過程中產生的諧波。

控制和保護系統

這些是元件系統，用於控制和管理電力流動，穩定電壓和其他引數，以及防止故障和其他異常情況。

HVDC 系統的工作原理

現在讓我們透過以下步驟瞭解 HVDC 系統的工作原理或執行方式：

• 階段 1 - 電力以交流電的形式在發電站（例如火電廠、水電廠、核電廠等）中產生。它使用電力變壓器升壓到非常高的電壓（例如 800 kV）以進行傳輸。
• 階段 2 - 在此階段，高壓交流電力使用交流到直流轉換器或整流器轉換為高壓直流電力。
• 階段 3 - 然後，轉換後的高壓直流電力透過直流輸電線路（大多是架空電力線）傳輸到接收端。
• 階段 4 - 在接收端，高壓直流電力使用稱為逆變器的直流到交流轉換器轉換回交流電力。此交流電力可以降壓到不同的電壓等級，以供進一步傳輸或分配。

這就是典型的 HVDC 系統如何執行和長距離傳輸直流電力的方式。

HVDC 在智慧電網中的重要性

在智慧電網技術中，HVDC 系統非常重要，因為它提高了電力傳輸的效率、可靠性和靈活性。它是可再生能源和智慧電網中使用最廣泛的輸電技術。

在智慧電網中使用 HVDC 的主要原因如下：

• 將可再生能源無縫整合到電網中。
• 減少電力傳輸過程中的功率損耗和電壓波動。
• 透過平衡供需等提高電網穩定性。

HVDC 系統的優點

以下是高壓直流輸電的一些主要優點：

• HVDC 輸電系統在長距離電力傳輸過程中的損耗較低。
• HVDC 輸電系統具有高電力傳輸能力。
• HVDC 輸電系統可以更好地控制線路引數，如電壓、頻率、功率流等。它確保了更高的穩定性。
• 對於超長距離電力傳輸，HVDC 輸電更經濟。

HVDC 系統的缺點

HVDC 輸電系統也存在一些缺點，其中一些主要缺點列舉如下：

• 由於需要安裝換流站和高壓輸電線路，因此開發 HVDC 基礎設施的初始成本很高。
• 由於 HVDC 系統需要將交流電轉換為直流電，反之亦然。因此，它在技術上更復雜，需要先進的技術和熟練的技術人員進行操作和維護。
• 對於短距離電力傳輸，由於基礎設施成本高，HVDC 系統並不具有優勢且不經濟。
• HVDC 系統在交流電到直流電轉換過程中會產生諧波，需要濾波器來去除。

結論

HVDC 輸電系統是長距離電力傳輸最有效和可靠的輸電技術之一。它在智慧電網中得到廣泛應用，因為它具有多種優勢，例如傳輸過程中的損耗低、高電力傳輸能力、增強的穩定性、對功率流的更好控制等等。

HVDC 對於將可再生能源整合到電網中也很重要。然而，建立 HVDC 基礎設施的初始成本相對較高，但在智慧電網技術的發展中，它更具優勢。

讓我們進入智慧電網技術的下一章，學習智慧電網中的廣域監測 (WAM)。