Система постоянного тока высокого напряжения в Рио-Мадейре

Система Rio Madeira HVDC — это высоковольтная система передачи постоянного тока в Бразилии , построенная для экспорта электроэнергии с новых гидроэлектростанций на реке Мадейра в бассейне Амазонки в основные центры нагрузки юго-восточной Бразилии. Система состоит из двух преобразовательных станций в Порту-Велью в штате Рондония и Араракуара в штате Сан-Паулу , соединенных между собой двумя биполярными линиями электропередачи постоянного тока ±600 кВ мощностью 3150 мегаватт (4 220 000 л. с.) каждая. Помимо преобразователей для двух биполюсов, преобразовательная станция Порту-Велью также включает два 400-мегаваттных преобразователя для подачи электроэнергии в местную систему переменного тока 230 кВ. Таким образом, общая экспортная мощность станции Порту-Велью составляет 7100 МВт: 6300 МВт с двух биполюсов и 800 МВт с двух встречно-обратных преобразователей. Когда Bipole 1 начал коммерческую эксплуатацию в 2014 году, Рио-Мадейра стала самой длинной линией HVDC в мире, превзойдя систему Сянцзяба–Шанхай в Китае . По данным исследовательской организации по энергетике Empresa de Pesquisa Energética (EPE), ^[1] длина линии составляет 2375 километров (1476 миль).

Северная (Порту-Велью) преобразовательная станция подключена через коллекторную сеть переменного тока 500 кВ ( Coletora Porto Velho ) к новому комплексу гидроэлектростанций Рио-Мадейра. По состоянию на январь 2013 года он состоял из двух генерирующих станций: Санту-Антониу , недалеко от Порту-Велью, мощностью 3150 МВт, и Жирау , мощностью 3750 МВт, примерно в 100 километрах (62 мили) от него. Обе генерирующие станции являются низконапорными, так называемыми, русловыми , чтобы минимизировать воздействие проекта на окружающую среду. Они используют капсульные турбины, которые являются разновидностью горизонтально-осевой турбины Каплана . Они имеют очень низкую инерцию по сравнению с другими типами гидроэлектрогенераторов, и это привело к опасениям, что турбины могут быть повреждены из-за превышения скорости в случае внезапного прерывания передачи электроэнергии на линиях HVDC.

При таком большом расстоянии передачи (2375 км) HVDC, казалось бы, является естественным решением для транспортировки вырабатываемой энергии в центры нагрузки юго-восточной Бразилии, но, тем не менее, был проведен очень всесторонний технико-экономический анализ для оценки относительных преимуществ различных решений. Первоначально было рассмотрено в общей сложности 16 вариантов, включая три варианта полностью постоянного тока на 500 кВ, 600 кВ и 800 кВ, а также несколько вариантов полностью переменного тока и гибридных вариантов DC+AC. В конце концов, был сделан вывод, что предпочтительным вариантом является постоянный ток при напряжении передачи 600 кВ (таком же, как для схемы Итайпу на юге Бразилии). ^[2]

Тем не менее, два других варианта (вариант полностью переменного тока и гибридный вариант переменного тока+постоянного тока) также были выдвинуты на второй этап планирования проекта. Таким образом, для окончательного выбора было предложено три варианта: ^[1]

• Вариант полностью на постоянном токе: два двухполюсника передачи ±600 кВ, 3150 МВт, плюс два встречно-параллельных преобразователя мощностью 400 МВт
• Гибридный вариант переменного и постоянного тока: один двухполюсник передачи ±600 кВ, 3150 МВт плюс две линии переменного тока 500 кВ
• Вариант «Все переменный ток»: три линии переменного тока напряжением 765 кВ

Победитель из трех отобранных вариантов был определен на аукционе в ноябре 2008 года, и им оказался вариант ±600 кВ all-DC. Этот вариант был разделен на семь отдельных пакетов, именуемых Лоты 1–7: ^[1]

• Лот 1: Подстанция переменного тока 500 кВ Порту-Велью плюс два встречно-параллельных преобразователя мощностью 400 МВт
• Лот 2: Две преобразовательные станции ±600 кВ, 3150 МВт для Биполя 1
• Лот 3: Две преобразовательные станции ±600 кВ, 3150 МВт для Биполя 2
• Лот 4: Две линии электропередачи ±600 кВ, 3150 МВт для Биполя 1
• Лот 5: Две линии электропередачи ±600 кВ, 3150 МВт для Биполя 2
• Лот 6: Подстанция переменного тока приемного конца
• Лот 7: Усиление сетки на северной системе 230 кВ

Напряжение передачи ±600 кВ такое же, как и в проекте Итайпу , но для Рио-Мадейры преобразователи спроектированы только с одним двенадцатиимпульсным мостом на полюс.

Преобразовательная станция Порту-Велью содержит выпрямительные терминалы двух биполюсов ±600 кВ, а также два 400 МВт преобразователя «спина к спине». Преобразовательные станции Bipole 1 и два спина к спине были построены ABB ^[3] и введены в эксплуатацию в августе 2014 года. ^[4] Преобразовательные станции Bipole 2 были построены Alstom Grid ^[5] и по состоянию на февраль 2015 года все еще находятся в процессе ввода в эксплуатацию.

Все преобразователи HVDC используют тиристорные вентили с воздушной изоляцией и водяным охлаждением , подвешенные к потолку зала вентилей и использующие тиристоры диаметром 125 мм. Обе преобразовательные станции Bipole 2 ^[5] и преобразовательная станция Araraquara Bipole 1 используют однофазные двухобмоточные преобразовательные трансформаторы с тиристорными вентилями, расположенными в двойных вентилях , но преобразовательная станция Porto Velho Bipole 1 использовала однофазные трехобмоточные преобразовательные трансформаторы (потому что река сделала транспортировку более крупных трансформаторов осуществимой, чем в случае с Araraquara) и вентили, расположенные в квадриклапанах . ^[3]

Поскольку сеть 230 кВ в Рондонии и Акре очень слабая, встречно-обратные преобразователи реализованы как преобразователи с коммутацией конденсаторов (CCC). Тиристорные вентили намного меньше, чем у двухполюсников передачи, поэтому каждый встречно-обратный преобразователь можно было организовать всего в виде трех вентильных стеков по восемь вентилей в каждом ( октовентили ). ^[3]

Проектирование некоторых аспектов двух биполей (которые поставлялись разными производителями) требовало координации, чтобы избежать неблагоприятных взаимодействий управления или проблем с фильтрацией гармоник. Кроме того, необходимо было учесть значительное количество различных режимов работы, таких как параллельное включение преобразователей обоих биполей на одну линию передачи. Также существует требование к потоку мощности в направлении юг-север, хотя и только на пониженном уровне. Эти аспекты, наряду со сложной структурой проекта с несколькими инжиниринговыми компаниями, вовлеченными одновременно, привели к некоторым задержкам в проекте.

• ABB вводит в эксплуатацию самую длинную в мире линию электропередачи в Бразилии