ELEC-E8419 syksyllä 2016 Sähkönsiirtojärjestelmät 1

Transkriptio

1 ELEC-E8419 syksyllä 2016 Sähkönsiirtojärjestelmät 1 Suurjännitteiset tasasähköyhteyet Perioit I II, 5 opintopistettä Liisa Haarla

2 Luennon yinasiat Suurjännitteinen tasasähköyhteyen komponentit, perusyhtälöt, tehon muoostuminen, loisteho, sääöt, Verkkokommutoivalla suuntaajalla eli virtalähesuuntaajalla varustettu tasasähköyhteyet ovat perinteisiä tasasähköyhteyksiä (LCC HVDC = Line Commutate Converter High Voltage Direct Current) Jännitelähesuuntaajalla varustetun tasasähköyhteyen (VSC HVDC) ominaisuuet (VSC = Voltage Source Converter HVDC), tuotenimiä mm. HVDC Light (ABB) ja HVDC Plus (Siemens) Mukava tietää: Tasasähköyhteyksiä maailmalla: Aineistoa: Elovaara ja Haarla: : Sähköverkot 1: luvut , Sähköverkot 2: luku 4.7

3 Vaihtosähköavojohot Tehonjako muoostuu tuotannon, kulutuksen ja johtojen impeanssien funktiona (itseohjautuva, ei tarvitse säätöä), Yksittäisen johon tehoa ei voi ohjata ilman erikoislaitteita, Johoilla reaktanssit ominoivat, tehonsiirto vaati jännitteien kulmaeron Johot tuottavat tai kuluttavat loistehoa, mikä vaikuttaa jännitteeseen, Siirtokapasiteetti: stabiilius määrää siirtokapasiteetin pitkillä johoilla, terminen kapasiteetti määrää kapasiteetin lyhyillä johoilla, erittäin pitkillä johoilla tehonsiirto ei onnistu (esim km pitkä 400 kv:n johto: kulmaero 30 > P ~ 400kV 400kV 0,5/300W = 267 MW, terminen raja voisi olla MVA, (+30 )) Voiaan rakentaa silmukoituja verkkoja, helppo lisätä väliasemia keskelle johtoa Johtojen elinikä jopa 70 vuotta

4 Miksi tasasähkövoimansiirto? Tasasähköavojohto maksaa vähemmän kuin saman siirtotehon vaihtojännitejohto (tasasähkö: 2 johinta (meno- ja paluujohtimet / vaihtosähkö: 3 johinta (johin / vaihe), vastaavat tehot: P AC = 3 UI, P DC = 2UI Jos siirtoyhteys pitää rakentaa meren poikki (Fenno-Skan, Konti-Skan, Swe-Pol, Norne), ei vaihtosähköä voia käyttää pitkillä matkoilla (~80 km). Tätä piemmillä yhteyksillä kaapelin tuottama loisteho kuormittaa sen täyteen eikä pätötehoa voia siirtää. Joskus tasasähköyhteys liittää toisiinsa verkot, joita ei voi liittää yhteen synkronisesti. Esimerkiksi 50 Hz:n ja 60 Hz:n verkot, Suomen ja Venäjän verkot. Suomen ja Venäjän verkoilla on sama taajuus, mutta tehon vaihtelut Venäjän verkossa vaikuttaisivat liikaa pohjoismaiseen verkkoon, jos ne kytkettäisiin yhteen vaihtosähköyhteyellä. Tasasähkömuuttaja-asemat ovat kalliita, joten lyhyellä siirtoyhteyellä voi vaihtosähköjohto olla eullisempi

5 Tasasähköyhteyen ominaisuuksia Tasasähköyhteyen suuntaaja-asemat ovat kalliita ja monimutkaisia Perinteinen tasasähkö (verkkokommutoitu) kuluttaa paljon loistehoa, mikä pitää tuottaa suuntaaja-asemalla (Q ~ ½ P) Jännitelähesuuntaajalla voiaan säätää erikseen haluttu pätö- ja loisteho Tasasähköyhteyttä pitää aina säätää, mutta sääöillä voiaan auttaa vaihtosähköverkkoa Jännitelähesuuntaajan häviöt isommat kuin verkkokommutoiun suuntaajan häviöt

6 Tasasähköyhteyen ominaisuuksia Tasasähköjoholla tai -kaapelilla ei tarvita loistehon kompensointia, koska virta on tasavirtaa Tasasähköyhteyen tehoa voiaan säätä nopeasti ja siksi sitä voiaan käyttää häiriötehoreservinä ja taajuuensääössä, voiaan myös rakentaa erityissäätöjä kuten tehon moulointisäätö, mikä parantaa heilahtelujen vaimennusta. Tasasähköyhteys ei kasvata verkon oikosulkutehoa, koska se ei syötä vikavirtaa Tasasähköyhteyellä ei ole stabiiliusongelmia, terminen kapasiteetti ja eristyskoorinaatio määräävät siirrettävän maksimitehon

7 Tasasähköyhteys meren ali Meren yli voi tasasähköyhteys olla kannattavaa jo lyhyillä matkoilla. Vaihtosähkö ei voia siirtää kaapelissa pitkiä matkoja ilman kompensointilaitteita. Kompensointilaitteita tarvitaan noin km:n välein. Merta voiaan käyttää paluujohtimena, mutta meressä kulkeva virta aiheuttaa korroosiota metalliesineissä.

8 Tasasähköyhteys, historiaa ja esimerkkejä Ensimmäinen kaupallinen tasasähköyhteys vuonna 1954 Gotlannin ja Ruotsin välille, 100 kv, 20 MW, elohopeahöyryventtiilit. Itaipu-yhteys Brasiliassa. Kaksi 6300 MW:n yhteyttä, jännite ± 600 kv DC, käyttöönotto Sähkö käytetään pääasiasiassa Brasiliassa (60 Hz), siirtomatka voimalaitokselta Sao Paoloon ja Rio e Janeiroon noin 800 km, siirrettävä teho on iso, generaattoreien taajuus on 50 Hz (Paraguayn taajuus) Isoja projekteja Kiinassa: Jinping Sunan 7200 MW:n ja 800 kv:n UHVDC-yhteys, noin 2000 km:n pituinen siirtomatka vesivoimalaitoksilta Shanghaihin: 9fea4.aspx Xiangjiaba Shanghai, 800 kv UHV DC-yhteys:

9 VERKKOKOMMUTOITU TASASÄHKÖYHTEYS

10 Verkkokommutoitu tasasähköyhteys LCC HVDC, LCC: Line commutate converter siirrettävän tehon suuruus hoietaan ohjauksella toisin kuin vaihtosähköjohoilla, ohjausjärjestelmä välttämätön vaatii muuntajat, tasa- ja vaihtosuuntaussillat eli asemaratkaisut ovat kalliita joholla ei stabiiliusongelmia tasavirran ansiosta, erittäin pitkät yhteyet mahollisia kuluttaa loistehoa noin puolet pätötehosta, tuottaa yliaaltoja, tasa- ja vaihtosuuntaus tyristorisiltojen avulla -> vaatii verkolta tarpeeksi oikosulkutehoa, jotta verkkokommutointi toimii ilman kommutointihäiriöitä ( equiistant firing system ) Suurimmat tehot voivat olla 3000 MW (yksinapaisella yhteyellä) ja suurimmat tasajännitteet 800 kv

11 Verkkokommutoiun linkin teho P 2 virta I P 1 9 V 1 W 10V vaihtosuuntaaja, ohjauskulma 180 g tasasuuntaaja, ohjauskulma a 10V - 9V) I = = 1A 1W P 1 P 2 = 1A 10V = 10W = 1A 9V = 9W P P HÄVIÖT 2 = P 1 = (1A ) - P 2 HÄVIÖT 1W = 1W = 10W -1W = 9W

12 Verkkokommutoiun linkin teho tasasuuntaajan ohjauskulma a P 2 virta I P 1 vaihtosuuntaaja, ohjauskulma 180 g 1 W 10 V -9V - 9V - (-10V) I = = 1A 1W P 1 P 2 = -1A (-9V) = -1A (-10V) = 9W = 10W P P HÄVIÖT 1 = P 2 = (1A ) - P 2 HÄVIÖT 1W = 1W = 10W -1W = 9W

13 Pääkomponentit Suuntaaja-asemilla (muuttaja-asemilla) vaihtosähkö muutetaan tasasähköksi (tasasuuntaaja) tai tasasähkö muutetaan vaihtosähköksi (vaihtosuuntaaja) Tasasähköjohto tai -kaapeli tarvitaan tasavirran siirtoon Muuttaja-asemalla on vaihtosähkökisko, muuntajat, 6-pulssisillat, vaihtosähkösuoattimet, kompensointikonensaattorit, tasasähkösuoattimet, säätöjärjestelmä ja tasasähköjohon tasoituskuristin

14 Erilaisia tasasähköyhteyksiä Monopolaariyhteys Bipolaariyhteys. Teho on kaksinkertainen monopolaariyhteyteen verrattuna.

15 Erilaisia tasasähköyhteyksiä Tavallisin tapaus: tasa- ja vaihtosuuntaajat ovat eri asemilla. Niien välissä on avojohto tai kaapeli. Fenno-Skan on tällainen. Back-to-back -yhteys: tasa- ja vaihtosuuntaaja ovat molemmat samalla asemalla eikä tasasähköjohtoa tai kaapelia tarvita. Suomen ja Venäjän välinen tasasähköyhteys Viipurissa on back-to-back tasasähköyhteys.

16 Tyristoreilla toteutettu 6-pulssisilta R U RS U ST X s X s X s U TR U Tasajännitteen keskiarvo ohjaamattomassa sillassa U 0 U i 0 = 3 2 π U a on ohjauskulma eli sytytyskulma, U on vaihtosähköverkon pääjännite. Ohjatun sillan tasajännite U U 3 2 = U (cosa + cos( a + m) 2π Tasasuuntaajalla a < 90, vaihtosuuntaajalla a > 90, m on kommutointikulma

17 6-pulssisillan tasajännitteen keskiarvo 6-pulssisillalle tasasuunnatun jännitteen keskiarvo kun ohjauskulma a = 0 eikä kommutointia oteta huomioon: U i0 π 6 1 = 2U cos 2π / 6 ò π - 6 x x = 6 2U 2π (sin π 6 p + sin( - )) 6 = 3 2U π sin π 6 = 2 3 U π» 1,35U

18 6-pulssisillan tasajännitteen keskiarvo 6-pulssisillalle tasasuunnatun jännitteen keskiarvo kun ohjauskulma a > 0 eikä kommutointia oteta huomioon: U i0 2U π 2U π 2U π é π êsin( )cosa + cos ë 6 é1 ê cosa + ë2 cosa π + a 6 1 = 2U cos x x 2π / 6 ò π - + a π 6 sina -sina 6 2U = 2π sina - sina cos π (sin( π 6 ù cosa ú = û + a) - sin( - + cosa sin π 6 π 6 ù ú û + a)) = =

19 6-pulssisillan virta ja teho I Tasajännite U kun kommutointi otetaan huomioon X s U 3 2 π 1 2 = U (cosa + cos( a + m)» U RS X s U TR U P = U I U ST X s X s on kommutointireaktanssi

20 3-pulssisillan jännite, kun ohjauskulma a on yhessä toimivat tyristorit -U ST -U TR -U RS U UST U -U ST RS TR sillan jännite = suurin pääjännite U i

21 Tyristorit 5 ja 6 johtavat, a = U ST U = U ST U ST 6 Tasajännite on positiivinen

22 Tyristorit 1 ja 6 johtavat, a = 0 1 U RS U RS U = U RS 6 Tasajännite on positiivinen

23 Tyristorit 1 ja 2 johtavat, a = 0 1 -U TR U TR U = U TR 2 Tasajännite on positiivinen jne

24 U, kun ohjauskulma a = 15 a =

25 3-pulssisillan jännite, jos ohjauskulma a on 180 tyristorien sytytystä on viivästytetty yhessä toimivat tyristorit U i sillan jännite = suurin pääjännite U ST U TR U RS -UTR U ST -U RS -U ST -U RS

26 Tyristorit 5 ja 6 johtavat, a = U ST U = U ST U ST 6 Tasajännite on negatiivinen

27 Tyristorit 1 ja 6 johtavat, a = U RS U = U RS 6 U RS Tasajännite on negatiivinen

28 Tyristorit 1 ja 2 johtavat, a = U TR U = U TR 2 Tasajännite on negatiivinen U TR jne

29 Kommutointimarginaali Oikeasti ohjauskulma ei vaihtosuuntauskäytössä voi olla 180, vaan enintään 180 g, jossa kulma g on kommutointimarginaali. Tämä marginaali tarvitaan, että tyristori kestää myötäsuuntaisen jännitteen johtamatta virtaa. Tyristori tarvitsee pienene ajan varausten purkamiseen, että se ei joha jännitteen kääntyessä myötäsuuntaiseksi. Kommutointimarginaali g riippuu tasavirran ja kommutointireaktanssi suuruuesta. Mitä suurempi g, sitä enemmän silta kuluttaa loistehoa Jos g on liian pieni, kommutointi voi epäonnistua ja tyristori voi jäää johtamaan, vaikka seuraava tyristori on sytytetty. Tätä sanotaan kommutointihäiriöksi. Useat kommutointihäiriöt puottavat siirretyn pätötehon arvon nollaan. Kommutointihäiriöitä aiheuttavat verkon viat (mm. maasulut, muuntajan kytkentävirtasysäys)

30 Tehon muoostuminen: kaksi 6- pulssisiltaa vaihtosuuntaaja, sammutuskulma g I, P tasasuuntaaja, ohjauskulma a U 2 U 2 U 1 U 1 Kaksi 6-pulssisiltaa sarjassa -> tasajännite on kaksinkertainen yhteen 6-pulssisiltaan nähen U I π R 3 2» 2 U p U = DC 1 + U R DC cosa cosa + [ U cosa + U cos(180 - g )] » π R 2 DC U U 1 2 3» 2 2 π U 6 2 π R 2 DC [ cos(180 - g )] U 2 [ cos(180 - g )] Virran suuruuteen vaikuttavat vaihtosähköpuolen jännitteet, (muuntajien käämikytkimet) ja ohjauskulmat =

31 Verkkokommutoiun tasasähköyhteyen säätö Yleisin säätötapa on vakiotehosäätö. Vakiovirta-säätö on myös mahollinen. Sääön tehtävänä on pitää teho asetellussa arvossa. Eellisen sivun yhtälöistä nähään, että säätämällä muuntajien käämikytkimiä ja siltojen ohjauskulmia saaaan teho halutuksi. Käämikytkimellä asetellaan haluttu toimintapiste ja ohjauskulman säätö pitää tehon halutussa arvossa Verkkojännitteen vaihtelusta aiheutuva tasavirran vaihtelu on saatava mahollisimman pieneksi Tasa- ja vaihtosuuntaajan välillä on oltava tieonsiirtoyhteys, jotta säätö toimisi hyvin.

32 Verkkokommutoiun tasasähköyhteyen säätö U C tasas. a = a min jännite normaali G B A vaihtosuuntaaja: g = g min Tasasuuntaajan jännite alentunut vaihtosuuntaajan virta DI H tasasuuntaajan virta E F D I I

33 Säätö Normaali toimintapiste on A Vaihtosuuntaaja: g = g min eli jännite on vakio Tasasuuntaaja: I = vakio Jos tasasuuntaajan jännite laskee (katkoviiva G H D), uueksi toimintapisteeksi tulee B ja vaihtosuuntaaja alkaa toimia vakiovirtasääöllä, jonka virtaohje on DI :n verran pienempi kuin tasasuuntaajan virtaohje Normaalisti vaihtosuuntaaja määrää jännitteen ja tasasuuntaaja virran -> saaaan haluttu vakioteho

34 Tyristorisillan yliaallot U RS X s X s U TR U 6-pulssisilta aiheuttaa vaihtosähköverkkoon yliaaltovirtoja. Harmonisten järjestysluku n: n = k6 ±1 U ST X s k = 1,2, pulssisilta aiheuttaa tasasähköjohtoon yliaaltojännitteitä. Harmonisten järjestysluku n: n = k6

35 Kaksi 6-pulssisiltaa sarjassa Nykyiset suuntaajat ovat rakenteeltaan 12- pulssisiltoja. Muuntajan toisiokäämien kytkennöiksi on valittu tähti ja kolmio, jotta saaaan 30 asteen vaihesiirto osasiltojen välille. Näin saaaan kumoutumaan vaihtosähköpuolen 5. ja 7. yliaallot sekä tasasähköpuolen 6. harmoninen.

36 Tasasähkösuoatin ja tasoituskuristin Tasoituskuristin tasasähköjoholla pienentää tasavirran sykkeisyyttä ja vähentää yliaaltoja. Se myös rajoittaa virran nousunopeutta tasasähköjohon vioissa ja kommutointihäiriöissä Tasasähkösuoatin vähentää tasasähköjohon yliaaltoja, jotka voivat aiheuttaa häiriöitä puhelinjohoissa. Jos tasavirta kulkee merenalaisessa kaapelissa, ei tasasähkösuoatinta välttämättä tarvita

37 Vaihtosähkösuoattimet Koska tasasähköyhteys tuottaa vaihtosähköpuolelle harmonisia jännitteitä, tarvitaan tasasähköasemalle suoattimia Vaihtosähköpuolen suoattimet viritetään 12- pulssisillan ollessa kyseessä yleensä 11. ja 13. yliaallolle, joskus myös 23. ja 25. yliaallolle. Nämä suoattimet ovat normaalisti katkaisijalla kytkettäviä ja niitä ohjataan tasasähköyhteyen pätötehon mukaan koska ne myös tuottavat loistehoa

38 Vaihtosähkösuoattimet C L Yhelle taajuuelle viritetyn piirin resonanssitaajuus f r f r = 2π 1 LC R

39 Verkkokommutoiun tasasähköyhteyen loisteho Tasasähkökonvertterin perusosa on venttiili. Normaali 6-pulssisilta koostuu kuuesta venttiilistä kuvan 1 mukaisesti. Kun teho virtaa siltaan päin (a < 90 ), se toimii tasasuuntaajana, ja kun tehon virtaus on sillasta verkkoon (a > 90 ), ollaan vaihtosuuntauskäytössä. Kun ohjauskulma a kasvaa, virran ja jännitteen välille tulee vaihesiirto. Tämä merkitsee loistehon kulutuksen kasvua. Suurimmillaan loistehon kulutus on kun a = 90

40 Verkkokommutoiun tasasähköyhteyen suuntaajaasema tyristorisillat suuntaajamuuntajat vaihtosähkökisko tasoituskuristin tasasähköavojohto tai -kaapeli S vaihtosähkösuoattimet tasasähkösuoatin vaihtosähköverkko elektroi katkaisija

41 Verkkokommutoiun tasasähköyhteyen loisteho P Q P = U» U I i0 I = sina = P cosa 1 2 U i0 I U sina = (cosa + cosa I cosa i cos a = 2 cos a P cos( a + m)» U sina = 1-1 = 2 cos a i0 P I cosa æu ç è U i0 ö ø 2-1 Normaalikäytössä loistehon kulutus on noin puolet siirretystä pätötehosta. Loistehon kompensointia varten muuttaja-asemilla on oltava loistehon kompensointilaitteet, rinnakkaiskonensaattorit tai synkronikompensaattorit tai SVC. Lähe: -124, s. 311

42 Sillan jatkuvan tilan yhtälöt Perustehoksi valitaan konvertterimuuntajan nimellisteho S b = SN = 2 U IN I N on nimellistasavirta, U on konvertterimuuntajan sillan puoleisen vaihtojännitteen pääjännite. X s on kommutointireaktanssi. Yleensä X s on 0,10 0,15 pu, kun perustehona on konvertterimuuntajan nimellisteho. Tehokerroin cosj on Tasasuuntaaja Vaihtosuuntaaja cosj = cosj = cosa - 0,5 X cosg - 0,5 X s s ( I ( I / / I I N N ) ) Woofor s

43 Verkkokommutoiun linkin pätö- ja loisteho Ohjauskulma a on tavallisesti ja vaihtosuuntaajan kommutointimarginaali g on noin 18. Kulma j voiaan laskea, kun tieetään tasasuuntaajan virta. Sillan pätöteho P ja loisteho Q voiaan laskea kun virta ja cosj tieetään: P = I U Q = P tanj P Q = U» U I i0 I» U i0 I sina cosa

44 Oikosulkusuhe Kun verkko on vahva, sillä on suuri oikosulkuteho ja jännitteen muutokset ovat pieniä kuorman muuttuessa ja vikojen aikana. Jännitteien pysyminen tahissa ja oikean suuruisena on välttämätöntä verkkokommutoiun tasasähköyhteyen kommutoinnin onnistumiselle Oikosulkusuhe: SCR = S SC / P HVDC, missä S SC = vian oikosulkuteho (MVA), P HVDC on tasasähköyhteyen pätöteho Vahva verkko: SCR > 3, ei ongelmia Hyvin heikko verkko SCR < 2, ootettavissa ongelmia (kommutointihäiriöitä) Ekvivalenttinen oikosulkusuhe ESCR on verkon oikosulku-tehon ja tasasähköyhteyen tehon suhe. Ekvivalenttinen: suoattimien ja kompensointikonensaattorien vaikutus on jätetty huomiotta Lähe: Cigre 2001

45 Mahollisia lisäsäätöjä Tasasähköyhteyellä voi olla myös muita säätöjä Näitä säätöjä ovat taajuussäätö (frequency control), pätötehon moulointisäätö (power moulation control), hätätehon säätö (emergency control), SSR-säätö. Fenno-Skan-yhteyellä on nämä sääöt. Taajuuensäätöä käytetään vain, jos Ruotsin ja Suomen verkot ovat erossa toisistaan. Viipurin linkillä on taajuuensäätö. Jos tasasähköyhteys yhistää verkot, jotka eivät ole synkronisesti yhessä, tasasähköyhteyellä voiaan säätää taajuutta. Sähkömekaanisia heilahteluja voiaan vaimentaa mouloimalla tasasähköyhteyen tehoa. Jos verkko on vaikeuksissa, voiaan pätöteholla auttaa verkkoa selviämään viasta Tasasähköyhteyellä voi olla myös SSR-säätö. SSR= subsynchronous resonance, aliharmoninen resonanssi), mikä estää lähellä olevan turbogeneraattorin akselin vaurioitumisen resonanssin takia

46 Fenno-Skan moulointisäätö f Ruotsi f Suomi 1 1+sT Kuollut alue min max K st 1 (1+sT )(1+sT ) 1 2 x y = sign(x) K 2 x a P min P max P mo (MW) Fenno-Skan yhteyen moulointisäätö: Jos Suomen ja Ruotsin verkkojen välille tulee heilahteluja, tasasähkölinkin tehoa mouloiaan. Sisäänmenoina ovat taajuuet Suomessa ja Ruotsissa.

47 Fenno-Skan moulointisäätö, käyttöönottokoe Power / MW Without control 400 With Time /s control kv johto Letsi Petäjäskoski avattiin ilman moulointisäätöä ja moulointisääön kanssa. Johon teho oli 290 MW. Kokeen Aikana vienti oli 650 MW Ruotsiin pohjoisessa ja 400 MW Fenno-Skanilla

48 JÄNNITELÄHDESUUNTAAJALLA VARUSTETTU TASASÄHKÖYHTEYS

49 Jännitelähesuuntaajalla varustettu tasasähköyhteys VSC, voltage source converter Jännitelähekonverttereilla toteutettu tasasähköyhteys, jossa käytetään esim. IGB-transistoreja esimerkiksi tai muita sellaisia tehopuolijohteita, jotka voiaan kytkeä päälle ja pois päältä riippumatta vaihtojännitteen hetkellisarvosta Etuja: ei vaai verkolta suurta oikosulkutehoa. Voiaan käynnistää vaikka verkko olisi jännitteetön, voi tuottaa vaihekohtaisesti sääetyt jännitteet Tasajännitteen napaisuus ei vaihu Pätö- ja loistehoa voiaan säätää toisistaan riippumatta, tehoalue Bipolaarinen (tarvitaan kaksi virran kulkutietä), Ei tarvita tieonsiirtoyhteyttä suuntaaja-asemien välille

50 Jännitelähesuuntaajalla varustettu tasasähköyhteys Ensimmäinen jännitelähesuuntaajalla varustettu tasasähköyhteys oli Ruotsissa vuonna 1997*. Sen teho oli 3 MW ja jännite ±10 kv Pienemmät tehot kuin verkkokommutoivilla suuntaajilla Huomattavasti suuremmat häviöt kuin perinteisellä tasasähköyhteyellä (~2% / suuntaaja-asema) Perinteisellä tasasähköyhteyellä häviöt ovat noin 0,8 % / suuntaaja-asema Yhteyttä ei ole saatavilla avojoholla, vaan ainoastaan kaapeleilla Avojohto mahollinen, mutta avojohon ja kaapelin sarjaankytkentä ei ole mahollinen, koska muovieristeiset kaapelit eivät kestä salamaniskun aiheuttamaa polariteetin muutosta * 20evelopment%20of%20VSC.pf

51 Jännitelähesuuntajalla varustettu tasasähköyhteys Siirrettävän tehon suuruus hoietaan ohjauksella, Pätö- ja loistehoa voiaan säätää toisistaan riippumatta. Pätö- ja loistehorajat määrää sallitun virran suuruus eli se mille teholle laite on mitoitettu Pulssinleveysmoulointi, suuri kytkentätaajuus, suuret häviöt Monitasosuuntaajat: vähemmän häviöitä ja yliaaltoja Voiaan liittää heikkoon verkkoon ja sitä voiaan käyttää jopa jännitteen antoon kylmään verkkoon, Suurimmat tehot ovat 1800 MW:n luokkaa ja jännitteet 500 kv (lähe: )

52 Toimintaperiaate 1) Varataan konensaattori 2) Tuotetaan vaihtojännite kytkemällä transistoria Kummassakin päässä tarvitaan konensaattorit ja aina tarvitaan kaksi kaapelia

53 Suuntaaja-asema Tehopuolijohekytkinsilta vaihtosähkökisko Suuntaajan muuntaja tai reaktori tasasähköjohto tai -kaapeli +U /2 +U DC U /2 U DC vaihtosähkösuoatin vaihtosähköverkko Tasasähkökonensaattorit katkaisija

54 Pulssinleveysmoulointi +U /2 +U /2 0 -U /2 -U /2

55 Monitasosuuntaaja +u c -U /2 +u c + 0 +u c + +u c +u c u c U ac u c + U 0 + +u c + +u c + +u c + +u c + +u c + +u c + +u c + 0 +

56 HVDC-valmistajia ABB: HVDC Classic (LCC, line commutate converter, verkkokommutoiva suuntaaja), HVDC Light (VSC, voltage source converter, jännitelähesuuntaaja) Siemens, tuotenimet: HVDC, HVDC Plus (VSC) Gri Solutions (ennen GE ja Alstom) HVDC Back-to-Back, HVDC MaxSineTM, HVDC Point-to-Point Inlan Only, HVDC MaxSine TM (VSC) Tietoa netissä:

57 Suomen tasasähköyhteyet Fenno-Skan 1 (LCC) Etelä-Suomen ja Etelä-Ruotsin välillä 1989, 550 MW, 400 kv Fenno-Skan 2 (LCC) Etelä-Suomen ja Etelä-Ruotsin välillä 2011, 800 MW, 500 kv noin 300 miljoonaa euroa, lainaa Euroopan Investointipankilta (EIB) 150 miljoonaa euroa Fingriille Estlink 1 (VSC) 350 MW, tasajännite ±150 kv, käyttöönotto 2006 Suomen ja Viron välillä Vaihtojännite 330 kv (Viro), 400 kv (Suomi) Maanalaisen tasasähkökaapelin pituus: 2 x 31 km Meressä kulkevan tasasähkökaapelin pituus: 2 x 74 km

58 Suomen tasasähköyhteyet Estlink 2 (LCC) 650 MW, käyttöönotto pituus noin 170 km, 14 km on avojohtoa Suomessa, noin 145 km merikaapelia ja noin 11 km maakaapelia Virossa. sahkoyhteys/sivut/efault.aspx Viipurin linkki (LCC) MW, 85 kv, Venäjältä Suomeen, 2-suuntainen siirto valmisteilla Back-to-back-yhteys eli tasa- ja vaihtosuuntaaja ovat samalla asemalla. Viipurista teho siirretään kahella 400 kv:n joholla Suomeen. Fingri, Venäjän verkot -yhtiö Rosseti, Venäjän verkkoyhtiö Feeral Gri Company ja Venäjän verkko-operaattori System Operator valmistelevat teknisiä ja kaupallisia ehtoja kaksisuuntaisen kaupan toteuttamiseksi Suomen ja Venäjän välillä.

59 Viipurin muuttaja-asema 0,1 H Yliaaltosuoattimet 400 kv:n johto Kymiin F1 F2 F F 0,1 H 0,1 H 0,1 H 0,1 H Synkronikompensaattori 1 Synkronikompensaattori 2 F 0,1 H 400 kv:n johto Yllikkälään F 0,1 H 0,1 H

60 Eurooppalainen verkkosääntö ENTSO-E valmistelee verkkosääntöä tasasähköyhteyksistä:

61 Lisätietoja Cigre WG 14.20: Brochure 186, 2001, Economic Assessment of HVDC links, Cigre WG B4.37, VSC Transmission, Electra No 219, April 2005, Cigre WG B4.37, Brochure 269, VSC Transmission, April 2005, Fingri. Tasasähkövoimansiirto, o.aspx

62 Kirjallisuutta ja lisätietoja S. G. Johansson, L. Carlsson, G. Russberg: Explore the Power of HVDC Light, a webbase system interaction tutorial, Article in ABB Review 4/ M. Szechtman, W. F. Long, M. Zavahir, J. Jyrinsalo: The Role of SC B4 HVDC an Power Electronics in Developing the Power Gri for the Future, Cigre, Electra, 14 N Juin 2008, ss D Woofor: HVDC Transmission