Преимущества высоковольтных линий передачи электроэнергии постоянного тока в сравнении с эквивалентными высоковольтными системами передачи переменного тока

Высоковольтные линии передачи электроэнергии постоянного тока (HVDC) более эффективны для передачи энергии на большие расстояния, поскольку энергопотери в них меньше, чем в эквивалентных высоковольтных системах передачи переменного тока (HVAC).

В связи с отсутствием требования компенсации реактивной мощности вдоль линии передачи электроэнергии линии HVDC характеризуются более высокой эффективностью за счёт сокращения расходов на передачу, что способствует экономической конкурентоспособности источников зелёной энергии на рынке электроэнергии. Высоковольтные системы передачи постоянного тока также обеспечивают повышение стабильности энергосистем, позволяют эксплуатирующим коммунальным предприятиям полностью регулировать поток электроэнергии и дают возможность интегрировать ресурсы ветровой энергетики. Высоковольтные линии HVDC занимают меньшие площади, чем линии передачи HVAC. В отличие от напряжения переменного тока, напряжение постоянного тока не меняет направление несколько раз в секунду, и ток течёт по всему проводнику, а не только по его поверхности. 

Основные преимущества систем передачи HVDC заключаются в более низких капитальных затратах и способности передавать значительные объёмы энергии на большие расстояния. Потери энергии составляют всего лишь около 3% на каждые 1000 км в зависимости от конструкции системы и уровня напряжения. Источники производства электроэнергии, расположенные в удалённых местах, также могут использовать преимущества систем передачи HVDC. 

Основные области, в которых системы передачи HVDC доказали свою более высокую эффективность по сравнению с системами передачи HVAC:

• Передача энергии на большие расстояния от конечной точки до конечной точки, например, в удалённых районах, без промежуточных ответвлений.
• Морские кабели передачи энергии, характеризующиеся большими значениями ёмкости, что приводит к дополнительным потерям мощности переменного тока. Например, 600-км кабель Nor Ned, соединяющий Нидерланды и Норвегию, и 250-км кабель в Балтийском море, соединяющий Германию и Швецию.
• Усиление сети линий электропередачи в тех энергосистемах и в тех случаях, когда трудно добавить больше проводов, или же может быть достаточно затратно строить новые системы передачи и стабилизировать такие несинхронизированные системы распределения энергии переменного тока.
• Создание соединения между расположенными в удалённых районах электростанциями и центрами потребления электроэнергии или системами распределения электроэнергии. Примером такого соединения является система передачи постоянного тока на реке Нельсон Nelson River Bipole (Канада). 

Системы передачи HVDC могут стабилизировать крупномасштабную энергосистему переменного тока без увеличения допустимого значения тока короткого замыкания, и у них нет многочисленных фаз, как у систем HVAC, а также они требуют меньшее число проводников. 

В системах HVDC отсутствует явление поверхностного эффекта (скин-эффект), которое наносит вред сетям HVAC, где ток в проводнике распределяется таким образом, что плотность тока самая большая возле поверхности проводника и уменьшается в геометрической прогрессии по слоям ближе к центру проводника. В результате в системах HVDC можно использовать более тонкие проводники, и такие системы могут поддерживать передачу электроэнергии между различными странами, работающими с разными частотами и напряжениями. 

Длина подводных линий HVAC ограничена, потому что вся ёмкость токонесущих жил полностью может быть использована для подачи зарядного тока. Однако таких ограничений нет в случае кабелей передачи постоянного тока, которые способны также передавать больше энергии по каждой отдельной линии, так как при определённой номинальной мощности постоянное напряжение линии постоянного тока меньше, чем максимальное напряжение линии переменного тока. 

Напряжение постоянного тока имеет постоянно более высокое значение, поэтому кабели для передачи электроэнергии могут иметь жилы одного размера. Изоляция токопроводящих жил кабелей для линий HVDC даёт возможность передавать на 100% больше энергии, чем позволяет напряжение переменного тока в районах, потребляющих большие объёмы электроэнергии, что также способствует сокращению расходов на передачу. 

Системы передачи HVDC обеспечивают повышение стабильности энергосистемы, предотвращая распространение каскадных аварий от одного участка крупной энергосистемы к другому участку, и поддерживают передачу мощности в несинхронизированных системах распределения энергии на переменном токе. 

Ещё одно существенное преимущество систем HVDC состоит в том, что изменения нагрузки не оказывают отрицательного влияния на синхронизацию. Схема и масштаб потока энергии по соединительным системам HVDC могут непосредственным образом изменяться в пользу систем переменного тока на обоих концах такой соединительной системы. Многие энергетические компании рассматривают возможность широкого использования только систем HVDC, учитывая их преимущества в плане стабильности. 

Недостатки систем передачи HVDC, в основном, связаны с их управлением, коммутированием, преобразованием, общим техобслуживанием. Для них требуются статические преобразователи, которые достаточно дорогостоящие и обладают ограниченной способностью работать с перегрузкой. При передаче электроэнергии на короткие расстояния потери энергии в таких преобразователях могут быть больше, чем в системах HVAC. Стоимость этих преобразователей не может быть скомпенсирована за счёт более низких потерь энергии и уменьшения расходов на проектирование линий передачи.