Högspänd likströmsöverföring (HVDC) – definition och fördelar

Lär dig vad högspänd likström (HVDC) är, hur tekniken fungerar och vilka fördelar den ger — effektiv långdistansöverföring, lägre förluster och stabilare elnät.

Högspänd likström (HVDC) är ett överföringssystem som använder likström (DC) för att överföra elektricitet. Det är mer effektivt över långa avstånd än den vanliga högspänningsväxelströmmen (HVAC) och används i dag för att koppla ihop kraftsystem, föra el från kraftverk (t.ex. vindkraft till havs) till land, och för långa undersjöiska kabelförbindelser mellan länder.

Hur HVDC fungerar

Ett HVDC-system består i huvudsak av två konverterstationer (omvandlare) och ledningsförbindelsen däremellan, som kan vara högspänningskabel eller luftledning. I en konverterstation omvandlas växelström (AC) till likström (DC) vid sändarsidan och tillbaka till AC vid mottagarsidan. De viktigaste tekniska delarna är:

• Konverterstationer: Innehåller kraftomriktare som använder antingen line-commutated converters (LCC, tyristorbaserade) eller voltage-source converters (VSC, IGBT-baserade).
• Ledning: Kan vara isolerad kabel (vanligt för undersjö- eller jordkablar) eller luftledning (för längre landöverföringar).
• Jord- eller havselektroder: Används i vissa topologier för returledning vid monopolar drift.

Typer av HVDC-system

• Monopolar: En enda DC-ledare och retur via mark eller separat returledare.
• Bipolar: Två ledare med motsatt polaritet; ökar tillförlitligheten och minskar markretur.
• Back-to-back: Konverterstationer kopplade direkt utan lång ledning, används för att koppla samman två asynkrona nät på samma plats.
• VSC vs LCC: VSC ger bättre styrbarhet, kan mata svaga nät och stödja svartstart, medan LCC är väl beprövat och effektivt för mycket höga effekter.

Fördelar

• Högre överföringseffektivitet över långa avstånd och lägre energiförluster än HVAC vid kritiska avstånd (för luftledning ofta över några hundra kilometer, vanligtvis 600–800 km; för sjökablar redan från ungefär 50–100 km).
• Möjliggör direkt koppling av asynkrona nät utan synkronisering, vilket underlättar handel och stabilitet mellan länder.
• Lägre behov av flera parallella kablar för samma effekt jämfört med AC, vilket gör undersjöförbindelser och långa landkablar ekonomiskt fördelaktiga.
• VSC-HVDC kan bidra med nätstöd som reaktiv effektstyrning, spänningsreglering och svartstartsfunktioner.
• Reducerad överföringsledningsdiameter och rättighetsföringspåverkan jämfört med breda AC-korridorer.

Nackdelar och utmaningar

• Höga initiala investeringskostnader för konverterstationer (kraftelektroniken är kostsam).
• Komplex skyddsteknik och krav på särskilda manövreringsstrategier vid fel.
• Ljud- och harmoniska störningar från vissa omriktartyper kräver filter och kompensering.
• Underhållskraven för kraftomvandlare och komponenter kan vara höga jämfört med rena AC-lösningar.

Tillämpningar

• Internationella sammankopplingar (exempelvis för effektutbyte och marknadsintegration).
• Undersjöiska kablar mellan länder eller öar (t.ex. för att föra el från offshore-vindparker).
• Långa landförbindelser där HVAC skulle bli dyrare eller svårare att anlägga.
• Integration av stora förnybarresurser långt från konsumtionscentra.

Sammanfattning

HVDC är en nyckelteknik för effektiv, kontrollerbar och långdistansöverföring av elektricitet. Genom att använda likström och avancerade konverterlösningar kan man minska förluster, knyta ihop asynkrona nät och möjliggöra robusta undersjöförbindelser. Valet mellan HVDC och traditionell högspänningsväxelströmmen bygger på tekniska, ekonomiska och geografiska faktorer — men för många moderna applikationer, särskilt undervatten- och mycket långa distanser, är HVDC ofta det mest kostnadseffektiva alternativet.

Tekniska detaljer

Omvandlare

Omvandlaren i HVDC-systemet omvandlar växelström till likström eller vice versa. När växelströmmen omvandlas till likström fungerar den som en likriktare. Vid omvandling av likström till växelström fungerar den som en växelriktare.

Typer av HVDC-omvandlare:

• Linjekommuterade omvandlare (LCC).
• Spänningsomvandlare (VSC)

Transformator för omvandlare

Transformatorn vid omvandlarstationen säkerställer att stationen är isolerad från det växelströmssystem som är anslutet till HVDC-systemet. Den ger också rätt spänningsnivå som kommer att omvandlas till likspänning.

Harmoniskt filter

Eftersom övertoner alltid produceras i elektronisk utrustning används övertonfilter vid växelströmsanslutningen på omvandlaren. DC-harmoniska filter kan också användas på DC-ledningen efter AC/DC-omvandlingen.

Elektrode

Elektroden ger en jordåterföring för linjeström i monopolär konfiguration och obalanserad ström i bipolär konfiguration.

 
Transformator för HVDC-omvandlare  


HVDC-omvandlare  

Konfigurationer

Monopole

I HVDC-monopolkonfiguration är en av likriktarens terminaler ansluten till jord. Den andra terminalen är ansluten till överföringsledningen. Den jordade terminalen kan anslutas till motsvarande anslutning vid omformningsstationen med hjälp av en andra ledare.

Bipolär

I en bipolär HVDC-konfiguration används ett par ledare som var och en har en hög potential i förhållande till jord i motsatt polaritet. Likströmmen går via den positiva polen och återvänder via den negativa polen. Anslutningspunkten mellan den positiva och negativa polen är jordad.

I denna konfiguration flyter praktiskt taget ingen jord- eller neutralström. När en pol bryts är hälften av dess överföringsförmåga fortfarande tillgänglig.

Bak till baksida

En back-to-back HVDC-station är en HVDC-station där båda konverterarna är placerade i samma byggnad där likströmsledningens längd hålls så kort som möjligt.

 
HVDC bipolär konfiguration  


Konfiguration av HVDC-monopolen  

Frågor och svar

F: Vad är högspänd likström?

F: Hur skiljer sig en högspänd likström från en högspänd växelström?

F: Vad är fördelen med att använda högspänd likström?

F: Vilken typ av ström använder en högspänd likström?

F: Varför är högspänd likström mer effektiv över långa avstånd?

F: Vad används vanligtvis för att överföra elektricitet över långa avstånd?

F: Vad står HVDC för?

Sök med bokstav