Hvdc

HVDC Present by •

นายชาญณรงค์ หนูอินทร์

Overviews การใช้ประโยชน์จากไฟฟ้ าแรงสูง HVAC และ HVDC • การไหลของกำาลังไฟฟ้ า • ทฤษฎีของคอนเวอร์เตอร์ • ชนิ ดของ HVDC • แบบจำาลองสถานี คอนเวอร์เตอร์ • Project Example (ไทย - มาเลเซีย) •

1.การใช้ประโยชน์จาก ไฟฟ้ าแรงสูง HVAC

 ประโยชน์ o ส่งและจำาหน่ ายพลังงานไฟฟ้ าจำานวนมากๆ o ทดสอบอุปกรณ์และวัสดุฉนวน o แรงดันตกในสายน้อยลง ึ้ และเสถียรภาพความเชื่อถือต่อระบบ o ประสิทธิภาพของสายส่งดีขน สายส่งสูงขึน ้  ข้อเสีย o สายส่งระยะทางไกลมาก ๆ ต้องใช้คาปาซิเตอร์, รีแอกเตอร์ หรือ Synchronous Machine เป็ นตัวแก้แรงดันตก และแก้ Power factor , o สายส่งเกิด Corona ได้ง่ายกว่า DC ที่แรงดันเท่ากัน o AC cable ถูกจำากัดโดย Charging currentV =V = 2 ⋅V V max( AC )

rms

max( DC )

rms

1.การใช้ประโยชน์จาก ไฟฟ้ าแรงสูง HVDC

 ประโยชน์ o ประหยัดกว่า (Loss และ Voltage drop น้อยกว่า) o สามารถใช้นำ้าทะเลเป็ นสายดินเป็ นทางกลับของไฟฟ้ าได้ ี ำาลังสูญเสียในฉนวน เนื่ องจากการสลับขั้วของรูปคลื่นแรงดัน o ไม่มก o เชื่อมโยงระบบแหล่งจ่าย AC ที่มีความถี่ไม่เหมือนกัน o เป็ นตัวเชื่อมระบบไฟฟ้ าแรงสูงที่ไม่เท่ากัน เช่น ไทย 230 kV มาเลเซีย 275 kV  ข้อเสีย o ระบบ DC ไม่สามารถส่งจ่ายกำาลังไฟฟ้ า ชนิ ดรีแอกตีฟได้ ่ มีราคาแพง o ต้องมีสถานี เปลี่ยนระบบแรงดันเป็ น AC คือ inverter station ซึง และเป็ นตัวปั ญหาในการกำาเนิ ด harmonics ทางไฟฟ้ า

เปรียบเทียบราคาค่าก่อสร้าง ระบบสายส่ง AC-DC  DC line cost < AC line cost

 DC terminal cost > AC termina

 Break even distance : => Total DC cost < Total AC co - 800 ~ 1000 km (Over Head L - 50 km (Submarine Line)

Example Losses & Tower Structures

2. การไหลของกำาลัง ไฟฟ้ า

 การไหลของกำาลังไฟฟ้ า HVAC คำานวณเพื่อหา o ค่าขนาดและมุมในแต่ละบัส o P และ Q ที่ไหลในสายส่ง

 การไหลของกำาลังไฟฟ้ า HVDC คำานวณเพื่อหา o การควบคุมสถานีคอนเวอร์เตอร์ o แรงดันไฟฟ้ าดีซี o กระแสไฟฟ้ าดีซี o P ที่ไหลในสายส่ง

2. การไหลของกำาลัง ไฟฟ้ า (ต่อ)

ac i , sch

P

=P −P ac Gi

ac Di

ac i , sch

Q

= Q −Q ac Gi

ac Di

2. การไหลของกำาลัง ไฟฟ้ า (ต่อ) แบบจำาลองระบบไฟฟ้ าเอซี

กำำลังไฟฟ้ ำที่ไหลจำกบัส

ac ac S = P − jQ i ไปบัสij j ij ac* ij

= Pสjiac i− jQ ac กำำลังไฟฟ้ ำที่ไหลจำกบัส jSไปบั ji ac* ji

2. การไหลของกำาลัง ไฟฟ้ า (ต่อ) แบบจำาลองระบบไฟฟ้ าดีซี

dc P = Vdi gสij (V กำำลังไฟฟ้ ำที่ไหลจำกบัส iji ไปบั j di − Vdj )

dc P = Vdj gสij (V กำำลังไฟฟ้ ำที่ไหลจำกบัส jij ไปบั i dj − Vdi )

3. ชนิ ดของ HVDC 1. Monopolar & Bipolar 2. HVDC back-to-back station 3. HVDC multi-terminal system

3. ชนิ ดของ HVDC HVDC Link-Diagram (ต่อ)

3. ชนิ ดของ HVDC • 1. Monopolar(& ต่Bipolar อ) ขั้วเดี่ยว

Equivalent DC circuit

พื้นดิน, นำ้ำทะเล หรือโลหะ

3. ชนิ ดของ HVDC (ต่อ)

ควบคุมกระแส

ควบคุมแรงดัน

3. ชนิ ดของ HVDC • 1. Monopolar(& ต่Bipolar อ) กรำวด์ กรำวด์ สองขั้ว

กรำวด์หรือโลหะ ขั้วเหมือนกัน

3. ชนิ ดของ HVDC • 2. HVDC back-to-back (ต่อ) station

-

ควำมถี่เท่ำกันหรือต่ำงกัน ระดับแรงดันเท่ำกันหรือต่ำงกัน แต่ละสถำนีทำำงำนสลับโหมด Rectifier และ Inverter ได ต้องมี smoothing reactor

3. ชนิ ดของ HVDC • 3. HVDC multi-terminal (ต่อ) system

- มีควำมซับซ้อน ในกำรควบคุมมำก

3. ชนิ ดของ HVDC • 3. HVDC multi-terminal (ต่อ) system •

3.1 แบบอนุกรม

ไดอะแกรมของระบบ

กำรเชื่อมโยงสถำนี

3. ชนิ ดของ HVDC • 3. HVDC multi-terminal (ต่อ) system •

3.2 แบบขนาน แบบโครงข่าย (Mesh)

ไดอะแกรมของระบบ

กำรเชื่อมโยงสถำนี

3. ชนิ ดของ HVDC • 3. HVDC multi-terminal (ต่อ) system •

3.3 แบบขนาน แบบรัศมี (Radial)

ไดอะแกรมของระบบ

กำรเชื่อมโยงสถำนี

4. ทฤษฎีของคอนเวอร์ เตอร์ 6-Pulse bridge o o o o o

เปลี่ยนแปลงระบบไฟฟ้ าระหว่างเอซีและดีซี ควบคุมการไหลของกำาลังไฟฟ้ า (Power Flow) 12-Pulse bridge อุปกรณ์หลัก คือ Valve Bridge และ Converter Transformer มี Smoothing reactor ปรับเรียบ ทำางานแบ่งเป็ น 2 แบบ คือ Rectifier mode และ Inverter mode

4. ทฤษฎีของคอนเวอร์ เตอร์Valves (ต่อ): LTT Thyristor (Light-Triggered Thyristor)

Silicon wafer and housing

optical gate pulse

4. ทฤษฎีของคอนเวอร์ เตอร์Converter (ต่อ) HVDC - 30° หรือ 150° Transformer - Vector groups : Yy0 และ Yd5.

12-Pulse bridge

4. ทฤษฎีของคอนเวอร์ เตอร์Converter (ต่อ) HVDC - ลด Xc ด้าTransformer น AC (เกิดมุมเหลื่อมลำ้า)

4. ทฤษฎีของคอนเวอร์ เตอร์ ( ต่ อ ) o Rectifier mode 0 ° < α < 90° o Inverter mode 90 ° < α < 180°

5. แบบจำาลองสถานี คอนเวอร์เตอร์

( Pi ac ) k = Pdc ( Pi ac ) k = (sgn) k (k1ak Vi I dk cos Φ k ) (Qiac ) k = k1ak Vi I dk sin Φ k

Mode Θ Rec. γak Inv. k

k

3 Vdk = (ak Vi cos Θ k − X ck I dk )(sgn) k π Pdk = Vdk I dk Qdk = 0

(sgn) k

+1 -1

Φk

φk

(π − φk )

k1

0.995

ตัวอย่างของสถานี คอน เวอร์เตอร์

Converter Stations

6. Project Example : ไทย - มาเลเซีย AC 230kV/DC 300kVAC 275kV/DC 300kV

DC 300 MW 300 kV 1000 A ระยะทาง 110 km

THAILAND MALAYSIA

6. Project Example : ระบบแรกเริม ่ : ไทย - มาเลเซี ย : Converter Station Monopolar Power Transfer Capacity : 300 MW วางแผนในอนาคต : Converter Station : Bipolar Power Transfer Capacity : 300 MW Total Transfer Capability : 600 MW.

...ขอ ขอบคุณ.. .