Güç Sistemlerinde HVDC İletim
Tanım: Yüksek voltajlı doğru akım (HVDC) güç sistemleri, uzun mesafelerde toplu güç iletimi için DC kullanır. Uzun mesafeli güç iletimi için, HVDC hatları daha ucuzdur ve kayıplar, AC iletimine kıyasla daha azdır. Farklı frekans ve özelliklere sahip ağları birbirine bağlar.
AC iletiminde, her milisaniyede bir yönünü değiştiren alternatif voltaj ve akım dalgaları hat içinde hareket eder; bu nedenle ısı kayıpları meydana gelir. AC hatlarının aksine, voltaj ve akım dalgaları DC’de yönlerini değiştirmez. HVDC hatları, gücün hızla aktarılmasından dolayı iletim hatlarının verimliliğini arttırır.
Birleşik bir AC ve DC sisteminde, üretilen AC voltajı, gönderen uçta DC’ye dönüştürülür. Ardından, DC voltajı dağıtım amacıyla alıcı uçta AC’ye çevrilir. Böylece hattın iki ucunda da dönüştürme ve ters çevirme ekipmanına ihtiyaç duyulmaktadır. HVDC iletimi, yalnızca uzunluğu 600 km’den fazla olan uzun mesafeli iletim hatları ve 50 km’den uzun yer altı kabloları için ekonomiktir.
HVDC iletim sistemi nasıl çalışır?
Trafo merkezi oluşturulurken, bir redresör kullanılarak DC’ye dönüştürülebilen AC gücü üretilir. HVDC trafo merkezinde veya konvertör trafo merkezinde redresörler ve invertörler bir hattın her iki ucuna yerleştirilir. Doğrultucu terminali AC’yi DC’ye değiştirirken, inverter terminali DC’yi AC’ye dönüştürür.
DC, havai hatlarla birlikte akar ve kullanıcı tarafında yine DC, dönüştürücü trafo merkezine yerleştirilen inverterler kullanılarak AC’ye dönüştürülür. Hattın gönderme ve alma uçlarında güç aynı kalır. DC, kayıpları azalttığı ve verimliliği artırdığı için uzun mesafelerde iletilir.
İkiden fazla dönüştürücü istasyonu ve bir iletim hattına sahip bir sistem, “iki terminal DC sistemi” veya “noktadan noktaya sistem” olarak adlandırılır. Benzer şekilde, trafo merkezi ikiden fazla dönüştürücü istasyona ve birbirine bağlı DC terminal hatlarına sahipse, buna çok terminalli DC trafo merkezi denir.
HVDC iletim hatları için Ekonomik Mesafe
DC hatlar, AC hatlardan daha ucuzdur, ancak DC terminal ekipmanının maliyeti, AC terminal kablolarına kıyasla çok yüksektir (aşağıdaki grafikte gösterilmiştir). Dolayısıyla HVDC iletim sisteminde başlangıç maliyeti yüksek, AC sisteminde ise düşüktür.
İki eğrinin kesiştiği noktaya başabaş mesafesi denir. Başabaş mesafesinin üzerinde, HVDC sistemi daha ucuz hale gelir. Baş üstü iletim hatlarında başabaş mesafesi 500 ile 900 km arasında değişmektedir.
HVDC iletimin avantajları
- Daha az sayıda iletken ve izolatör gerekir, böylece genel sistemin maliyeti azalır.
- Daha az fazdan faza ve topraktan toprağa bağlantı gerektirir.
- Kuleleri daha az maliyetli ve daha ucuzdur.
- Daha az korona kaybı, benzer güce sahip HVAC iletim hatlarına kıyasla daha azdır.
- Güç aktarımı için daha az sayıda hat gerektiğinden güç kaybı DC ile azaltılır.
- HVDC sistemi toprak dönüşünü kullanır. Bir kutupta herhangi bir arıza meydana gelirse, ‘toprak dönüşlü’ diğer kutup bağımsız bir devre gibi davranır. Bu, daha esnek bir sistemle sonuçlanır.
- HVDC ile asenkron bağlantıya sahip iki AC istasyon birbirine bağlanabilir; yani, gücün iletimi, frekansları alıcı uç frekanslara göndermekten bağımsızdır. Bu nedenle, farklı frekanslara sahip iki trafo merkezini birbirine bağlar.
- HVDC hattında frekans olmaması nedeniyle sistemde yüzey etkisi ve yakınlık etkisi gibi kayıplar oluşmaz.
- Herhangi bir reaktif güç üretmez veya absorbe etmez. Dolayısıyla reaktif güç kompanzasyonuna gerek yoktur.
- Kaliteli ve kayıpsız güç, DC bağlantısı üzerinden akar.
HVDC iletimin dezavantajları
- Dönüştürücü trafo merkezleri, iletim hatlarının hem gönderen hem de alan tarafına yerleştirilir ve bu da maliyetin artmasına neden olur.
- Evirici ve doğrultucu terminalleri, yine çok pahalı olan aktif filtreler kullanılarak azaltılabilen harmonikler üretir.
- AC trafo merkezinde bir arıza meydana gelirse, yakınına yerleştirilen HVDC trafo merkezi için elektrik kesintisine neden olabilir.
- Dönüştürücü trafo merkezlerinde kullanılan eviricinin aşırı yük kapasitesi sınırlıdır.
- HVDC’de devre kesiciler için de devre kesiciler kullanılmaktadır ki bu da oldukça pahalıdır.
- Gerilim seviyelerini değiştirmek için trafoları yoktur.
- Dönüştürücü trafo merkezinde aktif soğutma sistemi kullanılarak azaltılması gereken ısı kaybı meydana gelir.
- HVDC bağlantısının kendisi de çok karmaşıktır.
Sonuç
DC’nin tüm avantajları göz önüne alındığında, HVDC hatlarının AC hatlardan daha verimli olduğu görülmektedir. Ancak, HVDC trafo merkezinin başlangıç maliyeti çok yüksektir ve trafo merkezi ekipmanı oldukça karmaşıktır. Bu nedenle, uzun mesafeli iletim için gücün AC’de üretilmesi ve iletim için DC’ye dönüştürülmesi ve ardından son kullanım için tekrar AC’ye dönüştürülmesi tercih edilir. Bu sistem ekonomiktir ve aynı zamanda sistemin verimini de arttırır.
Kaynak: Circutglobe
