HVAC与HVDC技术的优势

　　HVDC和HVAC是两种不同的技术，具有相同的目的，但每种技术都用于不同的情况。高压直流输电和暖通空调相辅相成，为电力传输创造终极解决方案。

　　在规划传输系统时，选择传输方式至关重要。

　　高压直流 （HVDC） 和高压交流 （HVAC） 输电系统旨在实现相同的目的 - 以最小的损耗长距离传输电力。考虑的因素包括传输经济性、系统可靠性、技术性能和环境影响。

　　交流与直流的经济性

　　经济学由两件事组成，系统组件成本和损失成本。直流线路中使用的两根电缆可以与三相交流输电中使用的三条输电线路具有相同的额定功率。出于同样的原因，在架空输电的情况下，输电塔在高压直流输电中的设计更简单。

　　此外，与交流线路相比，直流线路中的电晕效应相对可以忽略不计。因此，在相同的载流能力下，直流线路的导体尺寸将小于交流线路导体的尺寸。交流系统还需要功率补偿和许多终端设备。

　　另一方面，在交流电中达到高压水平比在直流电中便宜得多。直流系统的成本在换流站。用于转化和过滤的组件成本高昂。

　　直流电缆受趋肤效应的影响比交流电缆小，介电损耗可以忽略不计。因此，直流输电线路的功率损耗远小于交流电，考虑到两组，每距离成本曲线在交流和直流输电成本之间的交点处将具有盈亏平衡距离。

　　成本因素还应包括对项目估计寿命内的当前价值和年度利息的经济研究。

　　

　　比较HVAC与HVDC系统的初始投资以及两个系统在距离内的成本变化的图表。盈亏平衡距离是交流曲线和直流曲线之间的交点。

　　暖通空调与高压直流输电技术性能

　　高压直流输电的技术性能比暖通空调具有许多优势。由于HVDC是一种基于转换器的技术，因此传输的功率是完全受控的。高压直流输电链路还可以帮助控制暖通空调网络的瞬变和稳定性。

　　在三相HVAC网络中，功率传输取决于每个相位之间的角度差。角度在高距离时增加，这会在系统中造成不稳定。高压直流输电具有正极性和负极性线，因此没有相量角，这意味着没有稳定性约束。

　　暖通空调线路在传输中需要无功功率。这会导致电压降，需要补偿。浪涌阻抗负载和分流补偿是这个问题的解决方案。

　　高压直流输电线路不需要无功功率，因此，直流系统不需要电容器组或SIL。这为水下电缆传输创造了一种解决方案。

　　高压直流输电的另一个主要优点是能够在少数情况下使用接地导体作为返回导体。其优势在于压扁输电损耗并降低初始安装成本。在某些情况下，它可以在故障期间用作替代回油管。由于高电感效应，接地线在交流系统中的传输中未使用。

　　

　　比较高压直流输电和暖通空调系统输电能力的图表。在长距离上，HVAC系统的电力传输和系统的稳定性会降低，而典型的HVDC系统在长距离上具有更高的潜力。

　　传动系统可靠性

　　随着光激活晶闸管的发展，HVDC系统的可靠性得到了提高。保护和控制的改进使高压直流输电系统高度可靠。要计算系统的可靠性，必须考虑两个指标：能量可用性和瞬态可靠性。

　　能源可用性是系统运行的总时间中断时间的百分比。

　　［能量，可用性=100（frac{1-中断，时间}{总计，时间}）%］

　　能源可用性 = 100 （（ 1 次中断时间）/（总时间））%

　　瞬态可靠性是指定 DC 系统在相关 AC 系统发生故障期间性能的一个因素。

　　［瞬态，可靠性==100-数量，正常，高压直流，链路，性能，期间，故障}{数量，数量，可记录，交流，故障}

　　瞬态可靠性 =（故障期间正常高压直流链路性能的 100 个数量）/（可记录交流故障数量）

　　为了检查高压直流输电系统的可靠性，平均故障时间（MTTF）和平均修复时间（MTTR）是由高压直流输电系统先前停电的统计数据决定的两个重要因素。

　　MTTF 是系统在两次独立中断之间保持的时间。MTTR 是用于修复中断的时间。在高压直流输电系统中，特别是在过去二十年的进步之后，在大多数情况下，高压直流输电系统的大多数组件的MTTF都很高，而大多数故障的MTTR很低。

　　

　　显示平均修复时间和平均故障时间之间差异的图表，平均修复时间从系统中断开始，到系统重新联机时结束。平均故障时间是安装系统与第一次中断之间的时间或两次中断之间的时间。

　　根据所有统计数据，高压直流输电链路比HVAC输电系统更可靠。

　　输电线路的环境影响

　　近年来，输电线路对环境的影响已经显现出来。无线电和电视信号干扰、可听噪声、视觉冲击和电场成为电网运营商和研究人员寻找这些问题解决方案的责任。

　　电场

　　电场的两个主要来源是导致空间电荷云的导体电晕效应以及导体与大地之间的电位差。天气和湿度也会加强电场。当预计会出现高电场时，应将其周围的区域围起来并标记为危险区域，以防止地面上的冲击电流。

　　直流系统在稳态运行时没有位移电流;因此，高压直流输电系统中的电场比暖通空调系统中的电场更不严重。

　　Id=E0dΦEdtId=E0dΦEdt此方程计算位移电流，其中 Id 是位移电流。E0是周围的介电常数，dΦE是电通量变化，dt是时间的变化。

　　辐射干扰

　　高压直流输电系统在从千赫兹区域到兆赫兹区域的高频波中引起干扰。原因是换流变压器的运行和高频开关。电磁屏蔽用于控制这个问题，并在换流站周围建造覆盖有金属丝网的钢筋混凝土。

　　输电线路表面的电晕效应是辐射噪声的主要原因;它在HVAC输电线路上具有高度可观察性，并且高度依赖于输电线路的电场强度和表面直径。

　　在高压直流输电线路中观察到无线电干扰，但其水平低于HVAC输电线路。

　　

　　阀厅屏蔽的典型屏蔽效果。

　　噪声

　　转换站、发电厂和变电站产生的声音称为噪声。工厂允许的噪音取决于当地标准。这些标准的示例包括 BS 4142：2014 和 IEC TS 61973：2012/AMD1：2019。

　　高压直流电站的噪声源是换流变压器、电抗器和滤波电容器。变压器从铁芯的磁通密度中产生噪声。标准变压器在空载时会产生可听见的噪声，满载时可能会高出 20 dB。在换流变压器中，满载时的噪声比空载时高约10 dB。

　　电抗器将噪声辐射为交流谐波的函数，电容器由于多个单独的点源而产生噪声。

　　有几种方法可以减少来自其来源的噪声。降噪的原因是要符合地方当局制定的标准。

　　1.购买静音设备。虽然这种解决方案是最好的，但它可能不是最可行或最具成本效益的。

　　2.将设备封闭起来进行噪声衰减，例如建筑物的墙壁和设备周围的噪声阻尼器。这是长距离降噪的良好解决方案，但对于短距离降噪来说非常昂贵。

　　3.独立的嘈杂设备。另一种方法是在反射噪声路径中屏蔽其他设备。

　　视觉冲击

　　视觉冲击主要针对架空输电线路和塔架结构。三相交流线路需要更大的塔架和它们之间的间距。因此，高压直流输电线路的视觉和空间影响低于HVAC输电。

　　输电公司正在从暖通空调转换为高压直流输电。当然，这取决于在计划和计算所有要求之后上述所有因素。这些因素都应该考虑在内，无论是经济性、性能、可靠性还是环境影响。　　

      审核编辑：彭静