AC 전송 애플리케이션

AC 전송 애플리케이션에서 긴 지하 또는 해저 케이블의 용량성 효과는 훨씬 덜하지만 AC 오버헤드 라인에도 적용된다. 그럼에도 불구하고, 긴 AC 오버헤드 전송 라인의 경우, 라인 캐패시턴스를 충전하기 위한 전류 흐름이 상당할 수 있으며, 이로 인해 원격 단부의 부하에 유용한 전류를 전달하는 라인의 기능이 저하된다. AC 라인의 유용한 전류 전달 능력을 떨어뜨리는 또 다른 요인은 피부 효과이며, 이로 인해 도체의 단면적에 걸쳐 전류가 불균일하게 분포된다. 직류로 작동하는 변속기 라인 컨덕터는 두 가지 제약에 모두 시달리지 않다. 따라서 동일한 도체 손실(또는 가열 효과)의 경우, 주어진 도체가 AC보다 HVDC로 작동할 때 부하에 더 많은 전력을 전달할 수 있다. 마지막으로, HVDC로 작동하는 오버헤드 라인 절연의 성능과 환경 조건에 따라, 주어진 전송 라인이 설계 및 절연된 피크 AC 전압과 거의 동일한 일정한 HVDC 전압으로 작동할 수 있다. AC 시스템에서 공급되는 전력은 AC 전압의 루트 평균 제곱(RMS)으로 정의되지만 RMS는 피크 전압의 약 71%에 불과하다. 따라서, HVDC 라인이 AC 등가 라인의 피크 전압과 동일한 HVDC 전압으로 연속적으로 작동할 수 있다면, 주어진 전류(여기서 HVDC 전류는 AC 라인의 RMS 전류와 동일)에 대해, HDC로 작동할 때의 전력 전송 능력은 작동 시 용량보다 약 40% 더 높다. HVDC는 동기화되지 않은 AC 배전 시스템 간에 전력 전송을 허용하기 때문에, 계단식 장애가 더 넓은 전력 전송 그리드의 한 부분에서 다른 부분으로 전파되는 것을 방지함으로써 시스템 안정성을 높이는 데 도움이 될 수 있다. AC 네트워크의 일부가 동기화되지 않고 분리되는 부하의 변화는 비슷하게 DC 링크에 영향을 미치지 않을 것이며, DC 링크를 통한 전력 흐름은 AC 네트워크를 안정화시키는 경향이 있을 것이다. DC 링크를 통과하는 전력 흐름의 크기와 방향을 직접 제어할 수 있으며, DC 링크의 양쪽 끝에 있는 AC 네트워크를 지원하기 위해 필요에 따라 변경할 수 있다. 이로 인해 많은 전력 시스템 운영자들이 안정성 이점만을 위해 HVDC 기술의 광범위한 사용을 고려하게 되었다. HVDC의 단점은 변환, 스위칭, 제어, 가용성 및 유지 보수이다. HVDC는 주로 추가 변환 장비 때문에 교류(AC) 시스템보다 신뢰성이 낮고 가용성이 낮다. 단극 시스템의 가용성은 약 98.5%이며, 다운타임의 약 1/3은 고장으로 인해 예정되지 않은 상태이다. 무장애 쌍극 시스템은 링크 용량의 50%에 대해 고가용성을 제공하지만 전체 용량의 가용성은 약 97%~98% 이다. 필요한 컨버터 스테이션은 비싸고 과부하 용량이 제한된다. 전송 거리가 작을 경우, 변환기 스테이션의 손실은 동일한 거리의 AC 전송 라인에서보다 더 클 수 있다. 전환기 원가는 회선 공사비의 감소와 하부 회선 손실로 상쇄되지 않을 수 있다. HVDC 시스템은 AC 시스템보다 표준화가 덜 되고 기술이 더 빠르게 변화하기 때문에 HVDC 체계를 작동하려면 많은 예비 부품을 보관해야 하며, 종종 한 시스템 전용으로 보관해야 한다. AC 시스템과 대조적으로, 다중 터미널 시스템을 실현하는 것은 (특히 회선 정류 변환기를 사용하는) 복잡하며, 이는 기존 체계를 다중 터미널 시스템으로 확장하는 것이다. 다중 단자 DC 시스템에서 전력 흐름을 제어하려면 모든 단자 간의 통신이 양호해야 한다. 전력 흐름은 AC 전송 라인의 고유 임피던스 및 위상각 특성에 의존하는 대신 컨버터 제어 시스템에 의해 능동적으로 조절되어야 한다. 다중 터미널 시스템은 드물다. 2012년 현재 Radisson, Sandy Pond 및 Nicolet 간 Hydro Québec – New England 전송과 1989년에 Corsica 섬에 전력을 공급하기 위해 수정된 Sardinia-Mainland Italy 연결망 두 개만 서비스되고 있다. HVDC 회로 차단기는 아크로 인해 제작하기 어렵다. AC에서는 전압이 역전되며, 이 과정에서 초당 수십 번씩 0V가 교차한다. AC 호는 잠재적 차이가 없는 호가 있을 수 없기 때문에 이러한 영 교차점 중 하나에서 "자체 소멸"된다. DC는 0V를 교차하지 않으며 자가 소화가 되지 않으므로 DC에서 호 거리와 지속 시간이 동일한 전압 AC보다 훨씬 크다. 즉, 전류가 0으로 흐르게 하고 아크를 소화할 수 있도록 회로 차단기에 일부 메커니즘을 포함해야 한다. 그렇지 않으면 아치 및 접촉 마모가 너무 커서 신뢰할 수 있는 개폐가 불가능하다. ABB는 2012년 11월 세계 최초로 초고속 HVDC 회로차단기 개발을 발표했다. 기계식 회로 차단기는 다른 애플리케이션에서 수년간 사용되었지만 HVDC 그리드에서 사용하기에는 너무 느리다. 반대로 반도체 차단기는 속도가 빠르지만 정상 작동 시 전도, 에너지 낭비, 열 발생 시 저항이 높다. ABB 차단기는 반도체 차단기와 기계 차단기를 결합하여 정상 작동 시 빠른 차단기와 낮은 저항을 모두 갖춘 "하이브리드 차단기"를 생성한다. 하이브리드 차단기는 기존의 반도체 차단기("메인 차단기")를 기반으로 하며, 고속 차단기, 최대 전압 및 전류 공차뿐만 아니라 수행할 때의 저항도 특징적이다. 이 메인 차단기는 고속 기계식 스위치("초고속 차단기")와 직렬로 연결된 소형 반도체 차단기("부하 정류 스위치")와 병렬로 배치된다. 로드 정류기의 두 요소 모두 라인의 전체 전압을 차단할 수 없지만, 로드 정류기는 메인 차단기보다 저항 손실이 낮은 정상 작동 전류를 안전하게 전달할 수 있다. 마지막으로, 라인을 완전히 분리할 수 있는 느린 기계식 스위치가 있다. 라인에 전원이 공급되면 열 수 없지만 전류 누출과 열 발생 없이 라인을 완전히 분리한다. 정상 작동에서는 모든 스위치가 닫히고(ON) 대부분의 전류가 고저항 메인 차단기 대신 저저항 부하 정류기를 통과한다. 분리가 필요한 경우 첫 번째 단계는 부하 정류자의 연결을 끊는 것이다. 즉, 저전압 반도체 차단기가 열리면서 메인 차단기를 통해 거의 모든 전류가 전환된다. 주 차단기는 여전히 전도 중이므로 부하 정류기는 라인의 전체 전압을 인식하지 못하고 고전압 주 차단기가 완벽한 도체가 되지 못해 발생하는 전압 강하만 볼 수 있다. 부하 정류 스위치가 열려 있기 때문에 초고속 단로기는 고전류에 노출되지 않으며 아크로 인해 손상되지 않고 열 수 있다. 기계 스위치가 열리면 로드 정류자가 완전히 분리된다. 반도체 스위치에서 열이 발생되지 않고 전체 라인 전압도 이를 통과할 수 없다. 이제 모든 전류가 메인 차단기를 통과한다. 이제 메인 차단기가 열리고 전류가 차단된다. 그러면 전류가 0에 가까운 수준으로 떨어지지만 메인 차단기 및 로드 정류기의 전압이 거의 전체 라인 전압으로 증가한다. 일반적으로 Alstom, Siemens 및 ABB와 같은 HVDC 시스템 제공업체는 특정 프로젝트의 비용 세부사항을 명시하지 않다. 제공자와 고객 사이의 상업적 문제로 간주될 수 있다. 비용은 프로젝트의 세부 사항(전력 정격, 회로 길이, 간접비 대 케이블 경로, 토지 비용, 현장 지진학 및 각 터미널에서 요구되는 AC 네트워크 개선 등)에 따라 크게 달라진다. DC 대 DC의 상세한 비교. DC에 대한 명확한 기술적 이점이 없는 상황에서는 AC 전송 비용이 필요할 수 있으며 경제적인 이유만으로도 선택이 가능하다. 그러나 일부 실무자는 다음과 같은 정보를 제공했다. 2010년 4월 스페인과 프랑스 간 2,000MW, 64km 노선에 대한 발표는 7억 유로로 추산된다. 여기에는 피레네 강을 통과하는 터널 비용도 포함된다.