Klassisk HVDC och HVDC Light - en stor stark och en liten snabbfotad i likströmsvärlden
I Kina väljer kunden traditionell klassisk HVDC för kraftöverföring från Three Gorges. I Norge väljer kunden HVDC Light för överföring av el till en oljeplattform. Varför det ena eller det andra?
1954 invigdes den första likströmsöverföringen med HVDC mellan Gotland och fastlandet. För långa överföringar på land och över hav har klassisk HVDC, så kallad LCC-HVDC, vunnit många kunder.
1997 invigdes den första likströmsöverföringen med HVDC Light, som baseras på spänningsstyva strömriktare, på engelska ”voltage-sourced converters” eller VSC-HVDC. I överföringens båda strömriktarstationer arbetade ny teknik i form av IGBT-transistorer, krafthalvledare, istället för klassisk HVDC:s tyristorer. HVDC Light utvecklades ur det faktum att IGBT-transistorer med tillräcklig kapacitet blev tillgängliga.
IGBT hade börjat användas i växelriktare för industrimotorer och Hitachi Energy utvecklade ett sätt att koppla många IGBT-transistorer i serie, något som behövs när man ska klara de höga spänningarna för HVDC. IGBT-transistorerna hade en viktig egenskap: de var snabba på att förvandla växelström till likström, mycket snabbare än tyristorerna..
Långsammare eller snabbare
Skillnaden mellan en strömriktarstation laddad med IGBT-transistorer och en med tyristorer är flerfaldig. De båda teknikerna för att förvandla växelström till likström och omvänt är helt olika och med delvis olika fördelar.
En tyristor är i sin funktion beroende av det närvarande växelnätets sinuskurva. Den tänder och släpper igenom ström när som helst men kan bara släcka när spänningen är noll, när den passerar från plus till minus. Det innebär att tyristorn agerar 50 eller 60 gånger per sekund beroende på nätfrekvensen.
IGBT-transistorn är oberoende av nätets växelspänning. Den kan tända och släcka 2 000 gånger per sekund om så behövs och dessutom, tillsammans med övriga komponenter i anläggningen, bilda en perfekt sinuskurva. Denna egenskap gör att HVDC Light kan arbeta även om det mottagande nätet skulle ha havererat. HVDC Light skickar över likström och gör sedan själv den nödvändiga sinuskurvan. Klassisk HVDC kräver att mottagande nät har en befintlig sinuskurva, det vill säga har fullgod spänning.
Dessutom ger IGBT-transistorerna en mycket snabb reglering av både aktiv och reaktiv effekt vilket gör att HVDC Light också blixtsnabbt kan stabilisera elnätet vid störningar, exempelvis från ett stålverk. Den funktionen säljs under namnet SVC Light.
Starkare eller klenare
En annan tydlig skillnad är kapaciteten i överföring. HVDC Light är ännu inte utvecklad för de riktigt stora effektnivåerna, den största levererade klarar 800 MW. De stora kraftöverföringarna exempelvis i Kina och Indien kräver klassisk HVDC med förmågan 3 000 - 8 000 MW eller mer.
Skillnader finns också när det gäller kablarna. HVDC Light är alltid tvåpolig med två kablar, klassisk HVDC kan ha en kabel och återledare genom jord eller vatten. Kablarna är dessutom konstruerade med olika teknik.
För klassisk HVDC tillverkas kabel med isolation av oljeimpregnerat papper vilket gör skarvningen besvärlig. HVDC Light har kabel av polymer som är mycket enklare att skarva. Skarvarna har betydelse när det gäller att gräva ner kabel på land. Då blir det många skarvar eftersom kabeln fraktas på en trumma som rymmer cirka 800 meter. Till sjöss läggs kabel med fartyg som kan bära flera mil kabel i en enda längd.
För de stora och för de små
I de högre effektområdena är den stora starka klassiska HVDC självklar men för lägre effektöverföringar är valet mellan klassisk HVDC och HVDC Light inte alldeles enkelt. För en anläggning med nedgrävd landkabel väljs i stort sett uteslutande HVDC Light.
Annat som talar för HVDC Light är bland annat bättre möjligheter att reglera reaktiv effekt och höja elkvaliteten, viktigt exempelvis för el från vindkraftverk. HVDC Light har också mindre strömriktarstationer som passar bra för offshore eller i stora städer.
