В первых линиях передач электрической энергии, созданных во второй половине ХIХ века, использовался постоянный ток. С увеличением мощности линий росли также их стоимость, габариты и вес. Эти недостатки оказались критическими для развития сетевого хозяйства на текущем технологическом уровне. В конце указанного столетия проблемы были решены путем внедрения целого ряда изобретений в сферах генерации, преобразования и использования электрической энергии. В итоге в «войне токов» победил переменный ток, что и определило пути дальнейшего развития электроэнергетики на последующие сто лет.
Вместе с тем, уже в первой половине ХХ века один из основоположников трехфазной системы М.О. Доливо-Добровольский обозначил физические пределы применения переменного тока и указал, что наиболее эффективным методом транспортировки электроэнергии на дальние расстояния являются технологии на базе постоянного тока (ПТ).
Достоинства и недостатки передачи ПТ. Передача постоянным током ППТ), в отличие от переменного, не связана с волновыми электромагнитными процессами, поэтому ППТ обладает качественно иными характеристиками.
Системы передачи постоянным током более надежны, устойчивы, экономичны и эффективны. Линии и вставки постоянного тока позволяют создавать гибкие и безопасные силовые сети мега-регионального и трансконтинентального масштаба. Системы ППТ способны:
- повысить эффективность управления энергосистемой большой мощности и протяженности из одного центра;
- создать наиболее благоприятные условия функционирования межрегиональных и межгосударственных оптовых рынков электроэнергии и мощности;
- объединять энергосистемы переменного тока, работающие с номинальной частотой 50 или 60 Гц и различной идеологией поддержания частоты;
- безынерционно изменять величину и направление потока мощности в общей энергосистеме и ее отдельных частях, т.е. осуществлять передачу электроэнергии по заданной программе, в том числе в прямом и обратном направлениях;
- повысить эффективность управления графиками нагрузки путем накопления электрической энергии в периоды избыточной генерации и выдачи в периоды роста потребления;
- сократить количество противоаварийного оборудования с сохранением высокой надежности и маневренности (расширяются возможности аварийной взаимопомощи систем);
- снизить нагрузку на окружающую среду за счет уменьшения габаритов опор ЛЭП, сокращения в 1,5 раза зоны отчуждения земли для трассы линии ПТ, более высокой безопасности для человека, растительного и животного мира ввиду отсутствия волновых эффектов:
- обеспечить минимально низкую пропускную способность межсистемных связей, исключить проблему слабых связей;
- повысить эффективность передачи мощности от крупных и средних ГЭС за счет оптимизации скорости вращения роторов гидрогенераторов, что увеличивает КПД электростанции;
- существенно облегчить интегрирование в локальные сети генерирующего оборудования на базе возобновляемых источников электроэнергии (ВИЭ) постоянного напряжения - солнечных батарей, ветрогенераторов малой и средней мощности, а также топливных элементов – накопителей энергии из-за отсутствия необходимости их взаимной синхронизации.
Создание и эксплуатация линий ПТ и ВПТ сопряжены с рядом технических проблем, решение которых требует дополнительных финансовых затрат. В числе основных из них:
- необходимость компенсации высших гармоник и реактивной мощности преобразователей при преобразовании постоянного тока в переменный;
- сложность управления тиристорными вентилями (при использовании тиристоров в преобразователях);
- малое внутреннее сопротивление тиристоров, находящихся в открытом состоянии, разброс технических характеристик этих приборов, что является причиной неравномерности распределения напряжений по отдельным элементам, включенным последовательно;
- низкая устойчивость работы инверторов при несимметричных режимах работы электропередачи (приводит к усложнению конструкции подстанций, что снижает их надежность, увеличивает стоимость).
За последние 60 лет в сфере ППТ накоплен значительный опыт. Ключевые проблемы передачи постоянным током детально изучены на практике и успешно преодолеваются, хотя многие конструктивные решения пока остаются дорогостоящими.
Полный текст статьи опубликован на моем сайте:
http://matveev-igor.ru/articles/354343
Благодарю за внимание!
Не забывайте подписываться на канал.
