Перегляд вихідного коду сторінки Високовольтна лінія постійного струму

'''Високовольтна лінія постійного струму''' (ВЛПС; {{lang-en|HVDC}})&nbsp;— система передавання електричної енергії, що використовує [[постійний струм]] на відміну від поширеніших систем [[Змінний струм|змінного струму]]. Для передавання на великі відстані ВЛПС є дешевшою та має менші електричні втрати. Для підводних силових кабелів ВЛПС дозволяє уникнути великих струмів зарядки та розрядки ємності кабелю під час кожного циклу. Для коротких дистанцій, вища ціна обладнання для перетворення в постійний струм, порівняно зі змінним струмом, є досі виправданою, якщо брати до уваги переваги постійного струму. ВЛПС використовує напруги між 100 кВ та 800 кВ, з ланкою в 1,100 кВ в Китаї, що повинна запрацювати в 2019.

ВЛПС дозволяє передавати електроенергію між [[Синхронізація (змінний струм)|несинхронізованими]] системами. Оскільки потужність через ВЛПС ланку може контролюватися незалежно від різниці [[Фаза (коливання)|фаз]] між джерелом та навантаженням, це дозволяє стабілізувати мережу під час раптових змін в енергосистемі. ВЛПС також дозволяє передавати електроенергію між мережами з різними частотами, наприклад 50 [[Гц]] та 60 Гц. Це підвищує стабільність та ощадливість кожної енергомережі, дозволяючи обмін електроенергією між двома несумісними мережами.

Сучасна форма ВЛПС використовує технології розроблені в 1930 роки в [[Швеція|Швеції]] ([[АСЕА|ASEA]]) та в [[Німеччина|Німеччині]]. Перші комерційні мережі включали в себе першу в Радянському Союзі систему, створену у 1951 між Москвою та Каширою, та систему (100 кВ, 20 МВт) між островом [[Готланд]] та континентальною Швецією (1954).<ref>Narain G. Hingorani in ''[http://ieeexplore.ieee.org/iel3/6/10407/00486634.pdf?tp=&arnumber=486634&isnumber=10407 IEEE Spectrum]'' magazine, 1996.</ref> Найдовша ВЛПС лінія у світі&nbsp;— {{нп|Ріо Мадейра (ВЛПС)|Ріо Мадейра||Rio Madeira HVDC system}} в Бразилії, що складається з двох ліній 600 кВ, 3150 МВт кожна, які з'єднують [[Порту-Велью]] в штаті [[Рондонія]] та регіон Сан-Паолу. Довжина лінії постійного струму складає 2,375&nbsp;км.

В липні 2016, [[ABB]] отримала в Китаї контракт будівництва наземної надвисоковольтної лінії постійного струму напругою 1,100 кВ, довжиною 3,000&nbsp;км та потужністю 12 ГВт, встановивши рекорди у найбільшій напрузі, найбільшій дистанції та найбільшій потужності. Оскільки потужність, втрачена внаслідок нагрівання проводів, прямо пропорційна квадрату струму, подвоєння напруги зменшує втрати в лінії в 4 рази. Хоча втрати можуть бути зменшені за допомогою збільшення діаметру провідника, але це збільшить вагу провідника та ціну.

Висока напруга не може бути використана для освітлення та моторів, тому напруга повинна бути зменшена для кінцевого споживача. [[Трансформатор]]и використовують для зміни напруги [[Змінний струм|змінного струму]].

== Високовольтна передача ==
Висока напруга використовується для передачі електричної енергії для зменшення енергетичних втрат через опір в дротах. Для певної потужності збільшення напруги вдвічі передає таку саму потужність при вдвічі меншому струмі. Трансформатори роблять напругу зручною для використання, а генератори змінного струму більш ефективні ніж генератори постійного струму. Ці переваги призвели до повного витіснення постійного струму в 20му столітті.

Зручне перетворення між постійним і змінним струмом стало можливим з розробкою таких пристроїв як [[Ртутний випрямляч|ртутні випрямлячі]] і, починаючи з 1970рр, напівпровідникових пристроїв як [[тиристор]]и, IGCT-тиристори, [[IGBT|IGBT-транзистори]].

== Історія ==

=== Електромеханічні (Турі) системи ===
Першу передачу електроенергії на довгу дистанцію постійним струмом було продемонстровано у 1882 році на {{li|Місбах-Мюнхенській лінії|Q=Q833344}}, але передано було тільки 1.5 кВт. Ранній метод передачі через ВЛПС було розроблено швейцарським інженером {{li|Рене Турі|Q=Q124383}} і його метод було реалізовано у 1889 році в Італії компанією ''Acquedotto De Ferrari-Galliera.'' Ця система використовувала послідовно з'єднані комплекти [[мотор-генератор]]ів для збільшення напруги. Кожен комплект був ізольований від землі та приводився в дію ізольованим валом головного двигуна. Лінія передачі працювала з напругою до 5000 вольт на кожну машину, деякі машини мали по два комутатори для зменшення напруги на кожному. Ця система передавала 630 кВт при напрузі 14 кВ постійного струму на відстань 120&nbsp;км.<ref>{{Cite web|title=ACW's Insulator Info - Book Reference Info - History of Electrical Systems and Cables|url=https://www.myinsulators.com/acw/bookref/histsyscable/|website=www.myinsulators.com|accessdate=2022-02-06|archive-date=7 лютого 2022|archive-url=https://web.archive.org/web/20220207000352/https://www.myinsulators.com/acw/bookref/histsyscable/}}</ref> {{li|Лінія Ліон-Мутьє|Q=Q1530363}} передавала 8600 кВт електроенергії з гідроелектростанції на дистанцію 200&nbsp;км, включаючи 10&nbsp;км підземного кабелю. Ця система використовувала 8 послідновно з'єднаних генераторів з подвійними комутаторами з загальною напругою в 150 кВ між мінусом і плюсом та працювала з 1906 до 1936 рік. До 1913 в роботі знаходилося вже 15 систем Турі. Інші системи Турі, що працювали з постійною напругою до 100 кВ, працювали до 1930рр, але механізми вимагали частого обслуговування і мали високі втрати. Різні інші {{li|Механічний випрямляч|text=механічні випрямлячі|Q=Q4292140}} тестувалися впродовж першої половини 20 століття з невеликим комерційним успіхом.

Однією з технік, яку спробували для перетворення постйного струму високої напруги у низьку напругу було заряджання послідовно з'єднаних батарей. Потім перемикання батарей в паралель для роботи. Хоча принаймні дві комерційні установки були випробувані приблизно на рубежі 20-го століття, ця технологія, як правило, не була корисною через обмежену ємність батарей, труднощі з перемиканням між послідовним і паралельним з'єднанням, а також притаманну енергетичну неефективність циклу розряду/заряду акумуляторів. (Сучасні [[Акумуляторна електростанція|акумуляторні електростанції]] включають трансформери та інвертори для зміни струму зі змінного на постійний з потрібною напругою.)

=== Ртутні випрямлячі ===
Вперше запропонований у 1914 році<ref>Rissik, H., Mercury-Arc Current Converters, Pitman. 1941, chapter IX.</ref>, керований мережевий [[Ртутний випрямляч|ртутно-дуговий вентиль]] став доступним у період з 1920 по 1940 рік для виконання функцій [[Випрямлення змінного струму|випрямляча]] та [[інвертор]]а, пов'язаних із передачею постійного струму. Починаючи з 1932 року [[General Electric]] випробовувала ртутні випрямлячі та ЛЕП постійного струму 12 кВ, які також служили для перетворення струму 40&nbsp;Гц від генераторів для живлення навантаження на частоті 60&nbsp;Гц в [[Меканіквілл (Нью-Йорк)|Механіквіллі, Нью-Йорк]]. У 1941 році було розроблене підземне кабельне з'єднання 60&nbsp;МВт, ±200&nbsp;кВ, 115&nbsp;км для міста [[Берлін]] з використанням ртутно-дугових вентилів, відоме як {{Li|проєкт «Ельба»|Q=Q830592}}, але через крах [[Третій Рейх|німецького уряду в 1945 році]] проект так і не був завершений.<ref>{{Cite web|url=http://www.rmst.co.il/HVDC_Proven_Technology.pdf|title="HVDC TransmissionF"|archive-url=https://web.archive.org/web/20080408011745/http://www.rmst.co.il/HVDC_Proven_Technology.pdf|archive-date=8 квітня 2008|url-status=dead}}</ref> Номінальним обґрунтуванням проекту було те, що під час війни заглиблений кабель буде менш помітним як мета бомбардування. Обладнання було перевезено до [[Союз Радянських Соціалістичних Республік|Радянського Союзу]] та введено в експлуатацію як система {{Li|Высоковольтна лінія постійного струму Кашира – Москва|Q=Q6915560|text=Кашира – Москва}}.<ref>[http://www.ieee.org/organizations/history_center/Che2004/DITTMANN.pdf IEEE&nbsp;— IEEE History Center] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20060306135751/http://www.ieee.org/organizations/history_center/Che2004/DITTMANN.pdf|date=6 березня 2006}}</ref> Система Москва–Кашира та з'єднання 1954 року групою {{Li|Уно Ламм|Q=Q542718|text=Уно Ламма}} в [[АСЕА]] між материковою частиною Швеції та островом [[Готланд]] ознаменували початок сучасної ери високовольтних ліній постійного струму.<ref name="guarnieri 7-3">{{Cite journal|last=Guarnieri|first=M.|year=2013|title=The Alternating Evolution of DC Power Transmission|journal=IEEE Industrial Electronics Magazine|volume=7|issue=3|pages=60–63|doi=10.1109/MIE.2013.2272238}}</ref>

Ртутно-дугові випрямлячі були звичайними в системах, розроблених до 1972 року, остання ртутно-дугова система високовольтна лінія постійного струму (система {{Li|Nelson River Bipole 1|Q=Q1627044}} у [[Манітоба|Манітобі]], Канада) була введена в експлуатацію поетапно між 1972 і 1977 роками.<ref>Cogle, T.C.J, The Nelson River Project&nbsp;— Manitoba Hydro exploits sub-arctic hydro power resources, Electrical Review, 23 November 1973.</ref> Відтоді всі системи з ртутно-дуговими вентилями були або закриті, або переведені на використання твердотільних пристроїв. Останньою системою високовольтних ліній постійного струму, яка використовує ртутно-дугові вентилі, була {{Li|Inter-Island HVDC|Q=Q16813}} між Північним і Південним островами [[Нова Зеландія|Нової Зеландії]], яка використовувала їх на одному з двох полюсів. Дугові ртутні вентилі були виведені з експлуатації 1 серпня 2012 року перед введенням в експлуатацію тиристорних перетворювачів.

=== Тиристорні випрямлячі ===
Розробка тиристорних вентилів для ВЛПС почалася в кінці 1960-х років. Першою повною тиристорною схемою перетворювальною підстанцією була схема {{Li|Eel River|Q=Q5347061}} у Канаді, яка була побудована компанією [[General Electric]] і була введена в експлуатацію в 1972 році.<ref name="eeh">{{Cite book
|url=https://books.google.com/books?id=qP7HvuakLgEC
|title=The electrical engineering handbook |last=Dorf
|first=Richard C.
|year=1997
|series=The electrical engineering handbook series
|edition=2
|page=1343
|format=illustrated
|isbn=978-0-8493-8574-2
}}</ref>

З 1977 року в нових системах ВЛПС використовуються [[Твердотільна електроніка|твердотільні пристрої]], в більшості випадків [[тиристор]]и. Як і ртутно-дугові вентилі, тиристори потребують підключення до зовнішнього кола змінного струму в системах ВЛПС для їх увімкнення та вимкнення. ВЛПС з використанням тиристорів також відомі як ''лінійно-комутований перетворювач'' (LCC) HVDC.

15 березня 1979&nbsp;р. був заживлений перетворювач постійного струму на базі тиристорів потужністю 1920&nbsp; МВт між {{Li|Кабора Басса|Q=Q1563622}} та [[Йоганнесбург]]ом (1410 км). Обладнання для перетворення було виготовлено в 1974 році компанією [[AEG|Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft AG (AEG)]], а [[Brown, Boveri & Cie]] (BBC) і [[Siemens]] були партнерами в проекті. Кілька років перерви в роботі були наслідком [[Громадянська війна в Мозамбіку|громадянської війни в Мозамбіку]].<ref name="Siemens 2019 at Cahora Bassa HVDC">{{Cite web|url=https://press.siemens.com/global/en/pressrelease/siemens-overhauls-15-converter-transformers-cahora-bassa-hvdc-link-mozambique|title=Siemens overhauls 15 converter transformers at Cahora Bassa HVDC link in Mozambique|date=2019-06-27|website=Press|access-date=2023-12-14}}</ref> Напруга передачі ±533&nbsp;кВ була найвищою на той час у світі.<ref name="guarnieri 7-3"/>

=== Конденсаторно-комутовані перетворювачі ===
Лінійно-комутовані перетворювачі мають деякі обмеження щодо використання в системах ВЛПС. Це є результатом необхідності періоду ''зворотної'' напруги, щоб вплинути на вимкнення. Спробою усунути ці обмеження є [[Capacitor-commutated converter|конденсаторно-комутований перетворювач]] (CCC). CCC має послідовні [[Електричний конденсатор|конденсатори]], вставлені в з'єднання лінії змінного струму. CCC залишився лише нішевим застосуванням через появу перетворювачів джерела напруги (VSC), які більш безпосередньо вирішують проблеми вимикання.

=== Перетворювачі-джерела напруги ===

Широко використовувані в {{Li|Система керування електродвигуном|Q=Q2214905|text=драйверах двигунів}} з 1980-х років перетворювачі-джерела напруги (VSC) почали з'являтися в ВЛПС у 1997 році під час експериментального проекту {{Li|Hellsjön–Grängesberg|Q=Q5636199}} у Швеції. До кінця 2011 року ця технологія захопила значну частку ринку ВЛПС.

Розробка [[IGBT|біполярних транзисторів з ізольованим затвором]] (IGBT), [[Запірний тиристор|запірних тиристорів]] (GTO) та {{Li|Тиристор з інтегрованим комутованим затвором|Q=Q1066563|text=тиристорів з інтегрованим комутованим затвором}} (IGCT) з більшою потужністю зробила системи ВЛПС більш економічними та надійними. Це пов'язано з тим, що сучасні IGBT включають режим короткого замикання при відмові, при якому, якщо IGBT виходить з ладу, він механічно замикається. Тому сучасні {{Li|Перетворювальна підстанція постійного струму високої напруги|Q=Q2356943|text=перетворювальні станції VSC HVDC}} розроблені з достатнім резервуванням, щоб гарантувати роботу протягом усього терміну служби. Виробник [[ABB|ABB Group]] називає цю концепцію ''HVDC Light'', тоді як [[Siemens]] називає подібну концепцію ''HVDC PLUS'' (''Power Link'' ''Universal System''), а [[Alstom]] називає свій продукт на основі цієї технології ''HVDC MaxSine''. Вони розширили використання ВЛПС до блоків потужністю кілька десятків мегават і повітряних ліній довжиною всього кілька десятків кілометрів. Існує кілька різних варіантів технології VSC: більшість установок, побудованих до 2012 року, використовують [[Широтно-імпульсна модуляція|широтно-імпульсну модуляцію]] в схемі, яка фактично є драйвером надвисокої напруги. Більш пізні інсталяції, включаючи HVDC PLUS і HVDC MaxSine, базуються на варіантах перетворювача під назвою ''Модульний багаторівневий перетворювач'' (MMC).

Багаторівневі перетворювачі мають ту перевагу, що вони дозволяють зменшити або повністю виключити обладнання для фільтрації [[Гармоніки (електротехніка)|гармонік]]. Для порівняння, фільтри гармонік змінного струму типових мережно-комутованих перетворювальних станцій покривають майже половину площі перетворювальної станції.

З часом системи перетворювача напруги, ймовірно, замінять усі встановлені прості системи на основі тиристорів, включаючи найвищі програми для передачі електроенергії постійного струму.<ref name="John Wiley and Sons">{{Cite book
|url=https://books.google.com/books?id=L8uVmGQrei4C
|title=Self-Commutating Converters for High Power Applications |last=Jos Arrillaga
|last2=Yonghe H. Liu
|last3=Neville R. Watson
|last4=Nicholas J. Murray
|date=9 жовтня 2009
|publisher=John Wiley and Sons
|isbn=978-0-470-74682-0
|access-date=9 квітня 2011
}}</ref>

== Порівняння з змінним струмом ==

=== Переваги ===

==== Кабелі ====
Довгі підводні або підземні {{Li|Високовольтний кабель|Q=Q1577470|text=високовольтні кабелі}} мають високу електричну [[Ємність (електрика)|ємність]] порівняно з повітряними лініями електропередачі, оскільки провідники під напругою всередині кабелю оточені відносно тонким шаром ізоляції ([[Діелектрики|діелектрика]]) і металевою оболонкою. Геометрія схожа на довгий коаксіальний [[Електричний конденсатор|конденсатор]]. Загальна ємність збільшується разом із довжиною кабелю. Ця ємність знаходиться в [[Послідовне і паралельне з'єднання провідників|паралельному ланцюзі]] з навантаженням. Якщо для передачі по кабелю використовується змінний струм, в кабелі повинен протікати додатковий струм, щоб зарядити цю ємність. Цей додатковий потік струму спричиняє додаткові втрати енергії через розсіювання тепла в провідниках кабелю, підвищуючи його температуру. Додаткові втрати енергії також виникають внаслідок діелектричних втрат в ізоляції кабелю. Для достатньо довгого кабелю змінного струму буде потрібна вся пропускна здатність провідника для забезпечення зарядного струму. Ця проблема з ємністю кабелю обмежує довжину та потужність кабелів живлення змінного струму.<ref>Donald G. Fink, H. Wayne Beatty, ''Standard Handbook for Electrical Engineers 11th Edition'', McGraw Hill, 1978, {{ISBN|0-07-020974-X}}, pages 15-57 and 15-58</ref>

Однак, якщо використовується постійний струм, ємність кабелю заряджається лише при першому включенні кабелю або при зміні рівня напруги; додатковий струм не потрібен. Кабелі живлення постійного струму обмежені лише підвищенням температури та [[Закон Ома|законом Ома]]. Хоча деякий струм витоку протікає ''через'' діелектричний [[Електроізолятор|ізолятор]], цей ефект також присутній у системах змінного струму та є невеликим порівняно з номінальним струмом кабелю.

Схема передачі ВЛПС типу «точка-точка» на довгі відстані зазвичай має менші загальні інвестиційні витрати та менші втрати, ніж еквівалентна схема передачі змінного струму. Незважаючи на те, що обладнання для перетворення на кінцевих станціях ВЛПС є дорогим, загальні витрати на лінію передачі постійного струму на великі відстані нижчі, ніж для лінії змінного струму такої ж відстані. ВЛПС вимагає менше провідників на одиницю відстані, ніж лінія змінного струму, оскільки немає потреби підтримувати [[Трифазна система електропостачання|три фази]] та немає [[скін-ефект]]у. Системи змінного струму використовують більш високу пікову напругу за тієї ж потужності, що збільшує вартість ізоляторів.

Залежно від рівня напруги та деталей конструкції, втрати при передачі по ВЛПС становлять 3,5&nbsp;% на 1000&nbsp;км, що приблизно на 50&nbsp;% менше, ніж по лінії змінного струму (6,7&nbsp;%) при тій самій напрузі.<ref>{{Cite book
|url=https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/bitstream/JRC97720/ld-na-27527-en-n.pdf
|title=HVDC submarine power cables in the world : state-of-the-art knowledge. |last=European Commission. Joint Research Centre. Institute for Energy Transport
|date=2017-04-28
|publisher=Publications Office of the European Union
|language=en
|doi=10.2790/023689
|isbn=9789279527852
|archive-url=https://web.archive.org/web/20190714165139/http://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/bitstream/JRC97720/ld-na-27527-en-n.pdf
|archive-date=2019-07-14
|url-status=live
|access-date=2021-02-24
}}</ref> Це пояснюється тим, що постійний струм передає лише активну потужність, що спричиняє менші втрати, ніж на змінному струмі, який передає як [[Реактивна потужність|активну, так і реактивну потужність]].

Передача по ВЛПС також може бути обрана заради інших технічних переваг. ВЛПС може передавати електроенергію між окремими мережами змінного струму. Передачу електроенергії по ВЛПС між окремими системами змінного струму можна автоматично контролювати для підтримки будь-якої мережі під час перехідних умов, але без ризику того, що серйозний [[Аварія в енергосистемі|збій енергосистеми]] в одній мережі призведе до збою в другій. Функція керованості також корисна, коли потрібне управління торгівлєю енергією.

Конкретні програми, де технологія передачі ВЛПС забезпечує переваги, включають:

* Схеми передачі по {{Li|Підводний силовий кабель|Q=Q4117949|text=підводному кабелю}} (наприклад, 720 км {{Li|North Sea Link|Q=Q5636209}}, 580&nbsp;км кабель {{Li|NorNed|Q=Q657166}} між Норвегією та [[Нідерланди|Нідерландами]],<ref>Skog, J.E., van Asten, H., Worzyk, T., Andersrød, T., Norned&nbsp;— World's longest power cable, [[International Council on Large Electric Systems|CIGRÉ]] session, Paris, 2010, paper reference B1-106.</ref> Італійський 420&nbsp;км кабель {{Li|SAPEI|Q=Q3943420}} між [[Сардинія|Сардинією]] та материком,<ref>{{Cite web|url=http://new.abb.com/systems/hvdc/references/sapei|title=SAPEI &#124; References &#124; ABB|archive-url=https://web.archive.org/web/20170415005900/http://new.abb.com/systems/hvdc/references/sapei|archive-date=2017-04-15|url-status=dead|access-date=2017-02-03}}</ref> 290 км {{Li|Basslink|Q=Q810536}} між материковою частиною Австралії та [[Тасманія|Тасманією]] та 250 км {{Li|Baltic Cable|Q=Q314180}} між [[Швеція|Швецією]] та [[Німеччина|Німеччиною]]<ref>[http://www.abb.com/hvdc ABB HVDC] website</ref>).
* Масова передача електроенергії від кінцевої точки до кінцевої точки без проміжних відводів, як правило, для підключення віддаленої електростанції до основної мережі (наприклад, {{Li|система передачі постійного струму річки Нельсон|Q=Q1627044}} у [[Канада|Канаді]]).
* Збільшення пропускної здатності існуючої лінії електропередачі в ситуаціях, коли встановлення додаткових проводів є складним або дорогим.
* Передача електроенергії та стабілізація між несинхронізованими мережами змінного струму, надзвичайним прикладом є можливість передачі електроенергії між країнами, які використовують змінний струм на різних частотах.
* Стабілізація мережі переважно змінного струму без збільшення {{Li|очікуваний струм короткого замикання|Q=Q7250838|text=очікуваного струму короткого замикання}}.
* Інтеграція відновлюваних ресурсів, таких як вітер, у основну електромережу. Повітряні лінії постійного струму для інтеграційних проектів наземної вітрової енергетики та кабелі ВЛПС для морських проектів були запропоновані в Північній Америці та Європі як з технічних, так і з економічних причин. Мережі постійного струму з кількома VSC є одним із технічних рішень для об'єднання офшорної вітрової енергії та передачі її до центрів навантаження, розташованих далеко на суші.<ref>[http://magazine.ieee-pes.org/files/2012/11/10mpe06-adapa-2213011-x.pdf] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20150904045746/http://magazine.ieee-pes.org/files/2012/11/10mpe06-adapa-2213011-x.pdf|date=2015-09-04}} website</ref>

==== Повітряні лінії ====
Ємнісний ефект довгих підземних або підводних кабелів у системах передачі змінного струму також стосується повітряних ліній змінного струму, хоча й у значно меншій мірі. Тим не менш, для довгої повітряної лінії електропередач змінного струму струм, що протікає лише для зарядки ємності лінії, може бути значним, і це зменшує здатність лінії передавати корисний струм до навантаження на віддаленому кінці. Іншим фактором, який знижує корисну струмопровідну здатність ліній змінного струму, є [[скін-ефект]], який викликає нерівномірний розподіл струму по площі поперечного перерізу провідника. Провідники лінії електропередач, що працюють з постійним струмом, не страждають від жодного обмеження. Таким чином, за однакових втрат у провіднику (або ефекту нагрівання) даний провідник може передавати більше потужності до навантаження під час роботи постійним струмом, ніж змінним струмом.<ref>{{Cite web|url=https://eepower.com/technical-articles/an-in-depth-comparison-of-hvdc-and-hvac/#|title=An In-depth Comparison of HVDC and HVAC|access-date=2024-03-10}}</ref>

Нарешті, залежно від умов навколишнього середовища та характеристик ізоляції повітряної лінії, що працює на постійному струмі, може бути можливим для даної лінії електропередачі працювати з постійною напругою, яка приблизно така ж, як пікова напруга змінного струму, для якої лінія розроблена та ізольована. Потужність, що постачається в системі змінного струму, визначається [[Середнє квадратичне|середньоквадратичною]] напругою змінного струму, але середня квадратична напруга становить лише близько 71&nbsp;% від пікової напруги. Таким чином, якщо ВЛПС може працювати безперервно з постійною напругою, яка є такою самою, як пікова напруга еквівалентної лінії змінного струму, то для заданого струму (де постійний струм дорівнює середньоквадратичному струму в лінії змінного струму), здатність передачі електроенергії при роботі постійним струмом приблизно на 40&nbsp;% вища, ніж при роботі змінним струмом.<ref>{{Cite web|url=https://www.eia.gov/analysis/studies/electricity/hvdctransmission/pdf/transmission.pdf|title=Assessing HVDC Transmission for Impacts of Non‐Dispatchable Generation|date=June  2018|publisher=[[U.S. Department of Energy]]|language=en|access-date=27 серпня 2024}}</ref>

==== З'єднання несинхронізованих систем ====
[[Файл:Henday-Converter-Station.JPG|міні|231x231пкс| {{Li|Вентильний зал|Q=Q7912831}} на перетворювальній станції Henday, що є частиною системи передачі постійного струму річки Нельсон у [[Канада|Канаді]].]]
Оскільки ВЛПС забезпечує передачу електроенергії між несинхронізованими системами розподілу змінного струму, це може допомогти підвищити стабільність системи, запобігаючи поширенню {{Li|Каскадний збій|Q=Q5048226|text=каскадних збоїв}} від однієї частини ширшої мережі електропередачі до іншої. Зміни в навантаженні, які призведуть до того, що частини мережі змінного струму стануть несинхронізованими та [[Острівкування|відокремляться]], не вплинуть подібним чином на ланку постійного струму, а потік потужності через ланку постійного струму матиме тенденцію стабілізувати мережу змінного струму. Величина та напрямок потоку потужності через ланку постійного струму можна безпосередньо контролювати та змінювати за потреби для підтримки мереж змінного струму на будь-якому кінці ланки постійного струму.<ref>{{Cite web|url=https://www.energy.gov/oe/articles/connecting-country-hvdc|title=Connecting the Country with HVDC|access-date=}}</ref>

=== Недоліки ===
Недоліки ВЛПС полягають у втратах при перетворенні струму (змінного в постійний і навпаки), складнощах комутації, управлінні, доступності та обслуговуванні.

Передача енергії за допомогою ВЛПС є менш надійною і має нижчу {{Li|Фактор доступності|Q=Q3740190|text=доступність}}, ніж системи змінного струму, головним чином через додаткове обладнання для перетворення. Монополярні системи мають готовність близько 98,5&nbsp;%, причому близько третини простоїв є незапланованими через несправності. Відмовостійкі біполярні системи забезпечують високу доступність для 50&nbsp;% пропускної здатності каналу зв'язку, але доступність повної пропускної здатності становить приблизно від 97&nbsp;% до 98&nbsp;%<ref>{{cite web|url=http://www.abb.com/industries/ap/db0003db004333/eb8b4075fb41252ec12574aa00409424.aspx |title=HVDC Classic reliability and availability |publisher=[[ABB Group|ABB]] |access-date=2019-06-14 |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20100330012511/http://www.abb.com/industries/ap/db0003db004333/eb8b4075fb41252ec12574aa00409424.aspx |archive-date=30 березня 2010 }}</ref>.

Необхідні перетворювальні станції є дорогими та мають обмежену здатність до перевантаження. На менших відстанях передачі, втрати в перетворювальних станціях можуть бути більшими, ніж у лінії електропередачі змінного струму на тій же відстані.<ref>{{Cite journal|last=Ghazal|first=Falahi|date=5 грудня 2014|title=Design, Modeling and Control of Modular Multilevel Converter based HVDC Systems. - NCSU Digital Repository|url=http://www.lib.ncsu.edu/resolver/1840.16/10105|access-date=2016-04-17}}</ref> Вартість перетворювачів може не компенсуватися зниженням вартості будівництва лінії та втратами у лінії електропередач.

Експлуатація схеми ВЛПС вимагає зберігання багатьох запасних частин, часто виключно для однієї системи, оскільки системи ВЛПС менш стандартизовані, ніж системи змінного струму, і технології змінюються швидше.

На відміну від систем змінного струму, реалізація багатотермінальних систем є складною (особливо з комутованими перетворювачами), як і розширення існуючих схем до багатотермінальних систем. Контроль потоку електроенергії в багатотермінальній системі постійного струму вимагає хорошого зв'язку між усіма терміналами; потік потужності повинен активно регулюватися системою керування перетворювачем замість того, щоб покладатися на власний імпеданс і властивості фазового кута лінії передачі змінного струму.<ref>{{Cite book
|url=https://archive.org/details/standardhandbook00fink
|title=Standard Handbook for Electrical Engineers |last=Donald G. Fink and H. Wayne Beaty
|date=25 серпня 2006
|publisher=McGraw-Hill Professional
|pages=[https://archive.org/details/standardhandbook00fink/page/n860 14]–37 equation 14–56
|isbn=978-0-07-144146-9
|url-access=limited
}}</ref> Тому багатотермінальні системи зустрічаються рідко. {{Станом на|2012}} тільки дві з них працюють: {{Li|Квебек – Нова Англія|Q=Q1563634}} між Редіссоном, Сенді Понд і Ніколет<ref>{{Cite web|url=http://www.abb.com/industries/ap/db0003db004333/87f88a41a0be97afc125774b003e6109.aspx|title=The HVDC Transmission Québec–New England|publisher=[[ABB Asea Brown Boveri]]|archive-url=https://web.archive.org/web/20110305134714/http://www.abb.com/industries/ap/db0003db004333/87f88a41a0be97afc125774b003e6109.aspx|archive-date=5 березня 2011|url-status=dead|access-date=2008-12-12}}</ref> і {{Li|Сардинія – материкова Італія|Q=Q2204736}}, яка була модифікована в 1989 році, щоб також забезпечити електроенергією острів [[Корсика]].<ref>''The Corsican tapping: from design to commissioning tests of the third terminal of the Sardinia-Corsica-Italy HVDC''
Billon, V.C.; Taisne, J.P.; Arcidiacono, V.; Mazzoldi, F.;
Power Delivery, IEEE Transactions on
Volume 4, Issue 1, Jan. 1989 Page(s):794–799</ref>

== Витрати ==
Як правило, постачальники систем HVDC, такі як {{Li|GE Vernova|Q=Q118957699}}, [[Siemens]] і [[ABB]], не вказують деталі цін на конкретні проекти; такі витрати зазвичай є конфіденційною інформацією між постачальником і клієнтом. Витрати значно відрізняються залежно від специфіки проекту (таких властивостей як номінальна потужність, довжина лінії, повітряний або кабельний маршрут, вартість землі, сейсмологія місця та вдосконалення мережі змінного струму, необхідні на будь-якому терміналі). Детальний аналіз витрат на передачу постійного струму та змінного струму може знадобитися в ситуаціях, коли немає очевидної технічної переваги постійного струму, а вибір залежить лише від економічних причин.

Однак деякі практики надали певну інформацію:
{{Blockquote|Для лінії потужністю 8&nbsp;ГВт довжиною 40 км, прокладеної під [[Ла-Манш]]ем, нижче подано приблизну вартість основного обладнання для 2000&nbsp;МВт 500&nbsp;кВ біполярного звичайного з’єднання HVDC (за виключенням приєднань, берегових робіт з укріплення, узгодження, проектування, страхування тощо)

* Конвертерні станції ~110 мільйонів фунтів (~120 мільйонів євро або 173,7 мільйонів доларів США)
* Підводний кабель + встановлення ~1 млн фунтів стерлінгів/км (1,6 млн фунтів стерлінгів/милю) (~1,2 млн євро або ~1,6 млн доларів США/км; 2 млн євро або 2,5 млн доларів США за милю)

Таким чином, для потужності 8&nbsp;ГВт між [[Сполученим Королівством|Британією]] і [[Францією]] за чотирма ланками мало що залишилося від 750 мільйонів фунтів стерлінгів на встановлені роботи. Додайте ще 200–300 мільйонів фунтів стерлінгів на інші роботи залежно від необхідних додаткових робіт на суші.<ref>Source works for a prominent UK engineering consultancy but has asked to remain anonymous and is a member of [http://www.claverton-energy.com/ Claverton Energy Research Group ]</ref>}}

Оголошення від квітня 2010 року про лінію 2000&nbsp;МВт, 64&nbsp;км між Іспанією та Францією оцінюється в 700 мільйонів євро. Сюди входить вартість тунелю через Піренеї.<ref>[http://social.csptoday.com/qa/spain-invest-heavily-transmisson-grid-upgrades-over-next-five-years Spain to invest heavily in transmission grid upgrades over next five years|CSP Today] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20111005233257/http://social.csptoday.com/qa/spain-invest-heavily-transmisson-grid-upgrades-over-next-five-years|date=2011-10-05}}. Social.csptoday.com (2010-04-01). Retrieved on 2011-04-09.</ref>

== Процес перетворення ==
{{Main|{{li|Перетворювальна підстанція постійного струму високої напруги||Q5636221}} }}

== Конфігурації ==

=== Монополярна ===
[[Файл:Hvdc_monopolar_schematic.svg|праворуч|міні|Структурна схема монополярної системи з зворотньою передачею по землі]]
У монополярній конфігурації одна з клем випрямляча підключена до заземлення. Інша клема з високою напругою відносно землі підключена до лінії електропередачі. [[Заземлення|Заземлену]] клему можна під'єднати до відповідного з'єднання на інвертуючий станції за допомогою другого провідника.

Якщо не встановлено металевий зворотний провідник, струм протікає в землі (або воді) між двома електродами. Таке розташування є типом [[Однопровідна розподільна мережа|однопровідної системи зі зворотною передачею по землі]].

Електроди зазвичай розташовані за кілька десятків кілометрів від станцій і підключаються до станцій через {{Li|Електродна лінія|Q=Q5357991|text=електродну лінію}} середньої напруги. Конструкція самих електродів залежить від того, чи розташовані вони на суші, на березі чи в морі. Для монополярної конфігурації з поверненням через землю потік струму на землю є односпрямованим, що означає, що конструкція одного з електродів ([[катод]]а) може бути відносно простою, хоча конструкція [[анод]]ного електрода досить складна.

Для передачі на великі відстані заземлення може бути значно дешевшим, ніж альтернативне використання спеціального нейтрального провідника, але це може призвести до таких проблем, як:

* Електрохімічна корозія металевих об'єктів, які довго знаходяться під землею, наприклад [[Трубопровід|трубопроводів]]
* Підводні зворотні електроди у морській воді можуть виробляти [[хлор]] або іншим чином впливати на хімічний склад води
* Незбалансований шлях струму може призвести до сумарного магнітного поля, яке може вплинути на магнітні [[Навігація|навігаційні]] [[компас]]и для кораблів, що проходять над підводним кабелем.<ref name=":0">{{Cite book
|url=https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/bitstream/JRC97720/ld-na-27527-en-n.pdf
|title=HVDC submarine power cables in the world : state-of-the-art knowledge. |last=European Commission. Joint Research Centre. Institute for Energy Transport
|date=2017-04-28
|publisher=Publications Office of the European Union
|language=en
|doi=10.2790/023689
|isbn=9789279527852
|archive-url=https://web.archive.org/web/20190714165139/http://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/bitstream/JRC97720/ld-na-27527-en-n.pdf
|archive-date=2019-07-14
|url-status=live
|access-date=2021-02-24
}}</ref>

Ці ефекти можна усунути, встановивши металевий зворотний провідник між двома кінцями монополярної лінії передачі. Оскільки одна клема перетворювачів підключена до землі, зворотний провідник не потрібно ізолювати для повної напруги передачі, що робить його менш дорогим, ніж високовольтний провід. Рішення про те, використовувати чи ні металевий зворотний провідник, ґрунтується на економічних, технічних і екологічних факторах.<ref>[http://www.rpdc.tas.gov.au/projects_state_signif/Basslink Basslink] project {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20030913224914/http://www.rpdc.tas.gov.au/projects_state_signif/Basslink|date=13 вересня 2003}}</ref>

Сучасні монополярні системи для чистих повітряних ліній зазвичай передають 1,5&nbsp;Гвт.<ref>[http://www.siemens.com/hvdc Siemens AG&nbsp;— HVDC] website {{dead link|date=June 2016|bot=medic}}</ref> Якщо використовуються підземні або підводні кабелі, типове значення становить 600&nbsp;МВт.

Більшість монополярних систем розроблені для майбутнього біполярного розширення. Опори лінії електропередачі можуть бути сконструйовані для перенесення двох провідників, навіть якщо лише один використовується спочатку для монопольної системи передачі. Другий провідник або не використовується, використовується як електродна лінія, або з'єднаний паралельно з іншим (як у випадку Baltic Cable).

==== Симетричний монополь ====
Альтернативою є використання двох високовольтних провідників, які працюють приблизно на половину напруги постійного струму, лише з одним перетворювачем на кожному кінці. У такому розташуванні, відомому як ''симетричний монополь'', перетворювачі заземлені лише через високий опір і відсутній струм землі. Симетричне монопольне розташування є рідкісним для лінійно-комутованих перетворювачів (інтерконектор {{Li|NorNed|Q=Q657166}} є рідкісним прикладом), але дуже поширене для перетворювачів-джерел напруги, коли використовуються кабелі.<ref name=":0" />

=== Біполярна ===
[[Файл:Hvdc_bipolar_schematic.svg|праворуч|міні|Блок-схема біполярної системи, яка також має зворотне заземлення]]
У біполярній передачі використовується пара провідників, кожен з яких має високий потенціал відносно землі, протилежної полярності. Оскільки ці провідники повинні бути ізольовані для повної напруги, вартість лінії електропередач вища, ніж монополярна із зворотним провідником. Однак біполярна передача має ряд переваг, які роблять її привабливою.<ref name=":0" />

* За нормального навантаження протікає незначний струм у заземленні, як у випадку монополярної передачі з металевим зворотним заземленням. Це зменшує втрати на зворотну передачу та вплив на навколишнє середовище.
* Коли в лінії виникає несправність, із зворотними електродами заземлення, встановленими на кожному кінці лінії, приблизно половина номінальної потужності може продовжувати надходити, використовуючи землю як зворотний шлях, працюючи в монополярному режимі.
* Оскільки для даної загальної номінальної потужності кожен провідник біполярної лінії пропускає лише половину струму монополярних ліній, вартість другого провідника зменшується порівняно з монополярною лінією того самого номіналу.
* У дуже несприятливому рельєфі другий провідник можна прокласти на незалежному наборі веж електропередачі, тому можна продовжувати передавати деяку потужність навіть якщо одна лінія пошкоджена.<ref name=":0" />

Біполярну систему також можна встановити з металевим заземленим зворотним проводом.

Біполярні системи можуть передавати до 4&nbsp;ГВт при напрузі ±660&nbsp;кВ з одним перетворювачем на полюс, як на проекті Ningdong–Shandong у Китаї. З потужністю 2000&nbsp;МВт на дванадцятиімпульсний перетворювач, перетворювачі для цього проекту були (станом на 2010 рік) найпотужнішими коли-небудь створеними перетворювачами постійного струму високої напруги.<ref>{{Cite conference|location=London}}</ref> Ще більшої потужності можна досягти, з'єднавши два чи більше дванадцятиімпульсних перетворювачі послідовно на кожному полюсі, як це використовується в ±800&nbsp;кВ проекті {{Li|Xiangjiaba–Shanghai|Q=Q3953084}} у Китаї, який використовує два дванадцятиімпульсних перетворювальні мости в кожному полюсі, кожен з номінальною напругою 400&nbsp;кВ постійного струму і 1600&nbsp;МВт.

Підводні кабельні установки, спочатку введені в експлуатацію у монополярному режимі, можуть бути модернізовані додатковими кабелями та працювати як біполярні.
[[Файл:4263517_High_voltage_direct_current_system_01.svg|міні| Блок-схема біполярної системи передачі постійного струму високої напруги між двома станціями, позначеними A і B. AC&nbsp;— представляє мережу змінного струму CON&nbsp;— представляє перетворювальний вентиль, або [[Випрямлення змінного струму|випрямляч]], або [[інвертор]], TR представляє силовий [[трансформатор]], DCTL&nbsp;— лінійний провідник передачі постійного струму, DCL&nbsp;— це [[Котушка індуктивності|індуктор]] фільтра постійного струму, BS&nbsp;— обхідний перемикач, а PM&nbsp;— [[Коефіцієнт потужності|коректор коефіцієнта потужності]] та мережі фільтрів гармонік, необхідні на обох кінцях зв'язку. Лінія електропередачі постійного струму може бути дуже короткою в прямому з'єднанні або простягатися на сотні кілометрів на опорах, під землею чи під водою. Один провідник лінії постійного струму можна замінити з'єднанням із [[Заземлення|землею]].]]
Біполярна схема може бути реалізована так, що полярність одного або обох полюсів може бути змінена. Це дозволяє працювати як дві паралельних монополярних схеми. Якщо один провідник виходить з ладу, передача може продовжуватися зі зниженою потужністю. Втрати можуть збільшитися, якщо заземлювальні електроди та лінії не розраховані на додатковий струм у цьому режимі. Для зменшення втрат у цьому випадку можуть бути встановлені проміжні комутаційні станції, на яких відрізки ліній можуть відключатися або розпаралелюватися. Це було зроблено на ВЛПС {{Li|Інга-Шаба|Q=Q586131}}.

=== Вставка постійного струму ===
'''Станція «back-to-back»''' (або скорочено B2B)&nbsp;— це завод, на якому обидва конвертери знаходяться в одній зоні, як правило, в одній будівлі. Довжина лінії постійного струму повинна бути якомога меншою. Станції HVDC back-to-back використовуються для

* з'єднання електричних мереж різної частоти (як у [[Електроенергетика в Японії|Японії]] та [[Південна Америка|Південній Америці]]; та інтерконнектор GCC між Саудівською Аравією (60&nbsp;Гц) та рештою країн РСАДПЗ (50&nbsp;Гц) завершено у 2009&nbsp;р.)
* з'єднання двох мереж однакової номінальної частоти, але без фіксованого співвідношення фаз (як до 1995/96 підстанції Etzenricht, Dürnrohr, Vienna та {{Li|Вставка постійного струму Виборг|Q=Q1411764|text=вставка постійного струму у Виборзі}}).
* різна частота і число фаз (наприклад, як заміна [[Тягова підстанція|тягових підстанцій]])

Напруга постійного струму в проміжному ланцюзі може вільно вибиратися на станціях вставках постійного струму через коротку довжину провідника. Напруга постійного струму зазвичай вибирається якомога нижчою, щоб створити невеликий {{Li|вентильний зал|Q=Q7912831}} і зменшити кількість тиристорів, з'єднаних послідовно в кожному вентилі. З цієї причини на станціях вставки постійного струму використовуються [[Вентиль (електротехніка)|вентилі]] з найвищим доступним номінальним струмом (у деяких випадках до 4500&nbsp;А).

=== Багатотермінальні системи ===
Найпоширеніша конфігурація ВЛПС складається з двох перетворювальних станцій, з'єднаних [[Повітряна лінія електропередачі|повітряною лінією електропередачі]] або підводним кабелем.

Багатотермінальні ВЛПС, які з'єднують більше двох точок, зустрічаються рідко. Конфігурація з кількома терміналами може бути послідовною, паралельною або гібридною (суміш послідовної та паралельної). Паралельна конфігурація зазвичай використовується для станцій великої потужності, а послідовна&nbsp;— для станцій меншої потужності. Прикладом є {{Li|Квебек - Нова Англія|Q=Q1563634|text=система електропередачі Квебек - Нова Англія}} потужністю 2000 МВт, запущена в 1992 році, наразі є найбільшою багатотермінальною системою ВЛПС у світі.<ref>[http://www.abb.com/GLOBAL/GAD/GAD02181.NSF/viewUNID/C1256D71001E0037C12568340029B5C4!OpenDocument ABB HVDC Transmission Québec&nbsp;— New England] website {{Недоступне посилання|date=June 2016}}</ref>

Системи з кількома терміналами важко реалізувати з використанням мережевих комутованих перетворювачів, тому що реверсування потужності здійснюється шляхом зміни полярності напруги постійного струму, що впливає на всі перетворювачі, підключені до системи. За допомогою перетворювачів напруги реверсування потужності досягається шляхом зміни напрямку струму, що значно полегшує керування паралельно з'єднаними системами з кількома клемами. З цієї причини очікується, що в найближчому майбутньому багатотермінальні системи стануть набагато більш поширеними.

Китай розширює свою мережу, щоб не відставати від зростаючого попиту на електроенергію, одночасно вирішуючи екологічні цілі. У 2011 році China Southern Power Grid розпочала пілотний проект ВЛПС з трьома терміналами з перетворювачами-джерелами напруги. Проект має розраховані рейтинги ±160&nbsp;кВ/200&nbsp;MW-100&nbsp;MW-50&nbsp;МВт і буде використовуватися для передачі енергії вітру, виробленої на острові Нанао, в енергомережу материкової частини Гуандуну через комбінації наземних кабелів, морських кабелів і повітряних ліній довжиною 32&nbsp;км. Цей проект введено в експлуатацію 19 грудня 2013 року<ref>[http://www.dnvgl.com/news-events/news/word-record-hvdc-transmission.aspx Three terminal VSC HVDC in China] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140208095726/http://www.dnvgl.com/news-events/news/word-record-hvdc-transmission.aspx|date=8 лютого 2014}}</ref>.

В Індії в 2015—2017 роках планується введення в експлуатацію багатотермінального проекту [[North-East Agra]] . Його номінальна потужність становить 6000 МВт, і він передає електроенергію по біполярній лінії ±800 кВ від двох перетворювальних станцій, у Бісванат Чаріалі та Аліпурдуарі, на сході, до перетворювача в [[Агра (місто, Індія)|Агрі]], на відстані 1728&nbsp;км.<ref>{{Cite web|url=http://www.ieee.ca/epec11/admin/04-0800-hvdc_plenary_jacobson.pdf|title=Developments in multterminal HVDC, retrieved 2014 March 17|archive-url=https://web.archive.org/web/20150803183739/http://www.ieee.ca/epec11/admin/04-0800-hvdc_plenary_jacobson.pdf|archive-date=2015-08-03|url-status=dead|access-date=2014-03-28}}</ref>

=== Інші домовленості ===
З 1993 року {{Li|Крос-Скагеррак|Q=Q264054}} складався з 3 полюсів, з яких 2 були включені паралельно, а третій використовував протилежну полярність з вищою напругою передачі. Ця конфігурація перестала існувати в 2014 році, коли полюси 1 і 2 знову були перебудовані для роботи в біполярному режимі, а стовп 3 (LCC) працює в біполярному режимі з новим стовпом 4 (VSC). Це перша ВПЛС, де полюси LCC і VSC взаємодіють у біполярному режимі.

Подібна схема була в ВЛПС {{Li|Inter-Island|Q=Q16813}} у [[Нова Зеландія|Новій Зеландії]] після модернізації потужності в 1992 році, в якій два оригінальні перетворювачі (з використанням ртутно-дугових випрямлячів) були включені паралельно та живили один полюс, а встановлений новий третій (тиристорний) перетворювач з більшою робочою напругою живив інший полюс. Ця конфігурація закінчилася в 2012 році, коли два старі перетворювачі були замінені одним новим тиристорним перетворювачем.

Схема, запатентована в 2004 році<ref name="FPO IP Research & Communities 2004">{{Cite web|url=http://www.freepatentsonline.com/6714427.html|title=Current modulation of direct current transmission lines - BARTHOLD LIONEL O.|date=30 березня 2004|website=FPO IP Research & Communities|access-date=19 липня 2018}}</ref> призначена для переведення існуючих ліній електропередачі змінного струму на ВЛПС. Два з трьох провідників кола працюють як біполярні. Третій провідник використовується як паралельний монополярний, оснащений реверсивними вентилями (або паралельними вентилями, з'єднаними в зворотній полярності). Це дозволяє пропускати сильні струми через біполярні провідники та повністю використовувати встановлений третій провідник для передачі енергії. Високі струми можуть циркулювати через провідники лінії, навіть коли навантаження низьке, для видалення льоду. {{Станом на|2012}}, жодних триполярних перетворень не працює, хоча лінію електропередачі в [[Індія|Індії]] було перетворено на біполярну ВЛПС (Sileru-Barsoor).

== Захист ==

Захист ВЛПС відрізняється від захисту ліній змінного струму відрізняється наступними особливостями:
* струм не переходить через нуль;
* ВЛПС характеризується високими струмами замикань, створеними ємністю лінії та конденсаторами у перетворювачах.

Тому захист ВЛПС повинен спрацьовувати щонайменше у 5-10 разів швидше, ніж у аналогічних ліній змінного струму, бажано за кілька мілісекунд.<ref name=":protection-0">{{Cite web|url=https://core.ac.uk/download/pdf/159617882.pdf|title=DC Line Protection for Multi-Terminal High Voltage DC (HVDC) Transmission Systems. A thesis submitted in partial fulfilment of the requirement of Staffordshire University for the degree of Doctor of Philosophy}}</ref><ref name=":protection-2">{{Cite news|url=https://arxiv.org/abs/1806.07546|title=Comparative Analysis of Hybrid DC Breaker and Assembly HVDC Breaker|last=Mitra|first=Bhaskar|last2=Chowdhury|first2=Badrul|date=2018|doi=10.48550/ARXIV.1806.07546|access-date=2024-08-31}}</ref>

Можливі види аварійних ситуацій ВЛПС включають:

* замикання між лініями;
* замикання лінії на землю;
* замикання обох ліній на землю;
* влучання [[Блискавка|блискавки]];
* розрив лінії (без замикання);
* торкання ліній змінного струму, що перетинають трасу ВЛПС.<ref>{{Cite news|url=https://pcmp.springeropen.com/articles/10.1186/s41601-020-00173-9|title=A comprehensive review of DC fault protection methods in HVDC transmission systems|last=Muniappan|first=Mohan|date=2021-01-11|pages=1|work=Protection and Control of Modern Power Systems|volume=6|doi=10.1186/s41601-020-00173-9|issn=2367-0983|issue=1|access-date=2024-08-31}}</ref><ref name=":protection-1">{{Cite news|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1364032121003270|title=Review of protection systems for multi-terminal high voltage direct current grids|last=Perez-Molina|first=M. J.|last2=Larruskain|first2=D. M.|last3=Eguia Lopez|first3=P.|last4=Buigues|first4=G.|last5=Valverde|first5=V.|date=2021-07-01|pages=111037|work=Renewable and Sustainable Energy Reviews|volume=144|doi=10.1016/j.rser.2021.111037|issn=1364-0321|access-date=2024-08-31}}</ref>
[[Файл:Схема_резисторно-конденсаторного_дільника_напруги.svg|280x280пкс|Схема резисторно-конденсаторного дільника напруги|альт=|міні]]Звичайні [[Трансформатор напруги|трансформатори напруги]] та [[Трансформатор струму|трансформатори струму]], які використовуються у [[Релейний захист|релейному захисті]] ліній змінного струму, не можуть бути застосовані для вимірювання характеристик постійного струму. Натомість для вимірювання напруги можуть застосовуватись резисторно-конденсаторні [[Дільник напруги|дільники напруги]] або оптичні давачі на основі [[Ефект Покельса|ефекту Покельса]]. Для вимірювання сили струму використовуються [[Шунт (електротехніка)|шунтуючі резистори]], давачі на основі [[Ефект Холла|ефекту Голла]], [[Магнітоопір|магніторезистивні]], [[Магнетострикція|магнітострикційні]] давачі, оптичні давачі на основі [[Ефект Фарадея|ефекту Фарадея]]. Використання перелічених давачів означає використання [[Мікропроцесорний РЗА|цифрових релейних механізмів]], а однією з основних характеристик давачів є [[частота дискретизації]]. Стандартом IEC 61869-9 визначена частота дискретизації 96 кГц.<ref>{{Cite news|url=https://ieeexplore.ieee.org/document/9248058/|title=Voltage and Current Measuring Technologies for High Voltage Direct Current Supergrids: A Technology Review Identifying the Options for Protection, Fault Location and Automation Applications|last=Tzelepis|first=Dimitrios|last2=Psaras|first2=Vasileios|last3=Tsotsopoulou|first3=Eleni|last4=Mirsaeidi|first4=Sohrab|last5=Dysko|first5=Adam|last6=Hong|first6=Qiteng|last7=Dong|first7=Xinzhou|last8=Blair|first8=Steven M.|last9=Nikolaidis|first9=Vassilis C.|date=2020|pages=203398–203428|work=IEEE Access|volume=8|doi=10.1109/ACCESS.2020.3035905|issn=2169-3536|access-date=2024-08-29}}</ref>

=== Методи виявлення аварійних ситуацій ===

==== За місцем застосування ====
Методи захисту поділяються на локальні, що спираються на вимірювання лише на одній стороні ВЛПС, та комунікаційні, що спираються на дані з усіх підстанцій, об'єднані в центрі керування. Локальні методи швидше, але менш селективні, відключають лінію в цілому. Комунікаційні методи спрацьовують довше, але мають кращу селективність, можуть відключити лише пошкоджену ділянку, що корисно для резервованих або розгалужених ліній. Комунікаційні методи, як правило застосовуються як резервні.<ref name=":protection-1" />

==== За характеристиками ====
Залежно від характеристик, які вимірюються, аварійні ситуації можуть виявлятися

* за струмом;
* за напругою;
* за характеристиками біжучої хвилі ({{Lang-en|traveling-wave-based methods}}).<ref name=":protection-1" /><ref name=":protection-0" />

Методи виявлення аварій за струмом використовують перевірку належності струму в лінії до проміжку допустимих значень, аналіз швидкості зміни струму в часі <math>dI / dt</math>, порівняння величин струмів (або їх похідних по часу) на кінцях однієї лінії (повздовжний [[диференціальний захист]]) або на полюсах перетворювача (поперечний диференціальний захист).<ref name=":protection-1" /><ref name=":protection-0" />

Методи виявлення аварій за напругою використовують перевірку напруги на лінії (як на перевищення норми, так і на падіння нижче норми), аналіз швидкості зміни напруги в часі <math>dV / dt</math>, збільшення падіння напруги на [[Струмообмежувальний реактор|струмообмежувальному реакторі]] або появу напруги на оболонці кабелю.<ref name=":protection-1" /><ref name=":protection-0" />

Методи виявлення аварій за характеристиками біжучої хвилі відслідковують появу основної гармоніки частоти, з якою відбувається [[широтно-імпульсна модуляція]] у перетворювачах. Для виявлення використовуються [[перетворення Фур'є]] та [[вейвлет-перетворення]] від послідовностей миттєвих значень струму та напруги.<ref name=":protection-1" /><ref name=":protection-0" />

=== Пристрої захисту ===

==== Розрядники ====
Для ВЛПС не використовуються [[розрядник]]и з іскровим проміжком, бо [[Дуговий розряд|дуга]] постійного струму не самозгасає, і погасити її важко. Натомість використовуються нелінійні [[Обмежувач перенапруг|обмежувачі перенапруг]] (метал-оксидні [[варистор]]и). Метал-оксидні обмежувачі перенапруг прийшли на заміну кремнійкарбідним у 1970-х. Обмежувачі перенапруг для ВЛПС повинні бути здатними розсіювати дуже велику потужність, оскільки при їх спрацьовуванні на них розряджається ємність лінії та конденсатори у перетворювачах. Тому обмежувачі перенапруг для ВЛПС помітно більші, ніж для ліній змінного струму з порівняними характеристиками.<ref>Oyama, M., Ohshima, I., Honda, M., Yamashita, M., Kojima, S.: ‘Life performance of zinc oxide elements under DC voltage’. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, June 1982, pp.1363-1368</ref>

==== Автоматичний вимикач постійного струму високої напруги ====
[[Автоматичний вимикач|Автоматичні вимикачі]] високовольтного постійного струму важко побудувати через дугу: у змінному струмі напруга інвертується і при цьому перетинає нуль вольт десятки разів на секунду. Дуга змінного струму самозгасне в одній із цих точок перетину нуля, оскільки не може бути дуги без різниці потенціалів. Постійний струм ніколи не перетинає нуль вольт і ніколи не самозгасає, тому відстань і тривалість дуги набагато більші при постійному струмі, ніж при тій самій напрузі змінного струму. Це означає, що в автоматичний вимикач повинен бути включений якийсь механізм, щоб примусово звести струм до нуля та погасити дугу, інакше дуга та знос контактів будуть занадто великими, щоб забезпечити надійне перемикання.

У листопаді 2012 року ABB анонсувала перший надшвидкий гібридний автоматичний вимикач постійного струму високої напруги.<ref name=":protection-3">{{Cite web|url=https://new.abb.com/news/detail/13081/abb-solves-100-year-old-electrical-puzzle-new-technology-to-enable-future-dc-grid|title=ABB solves 100-year-old electrical puzzle – new technology to enable future DC grid|date=7 листопада 2012|publisher=ABB|access-date=11 листопада 2012}}</ref><ref name="hvdc-breaker">{{Citation|url=http://new.abb.com/docs/default-source/default-document-library/hybrid-hvdc-breaker---an-innovation-breakthrough-for-reliable-hvdc-gridsnov2012finmc20121210_clean.pdf?sfvrsn=2|title=The Hybrid HVDC Breaker: An innovation breakthrough for reliable HVDC grids|first=Magnus|last=Callavik|first2=Anders|last2=Blomberg|first3=Jürgen|last3=Häfner|first4=Björn|last4=Jacobson|publisher=ABB Grid Systems|date=November 2012|access-date=18 листопада 2012|archivedate=3 February 2013|archiveurl=https://web.archive.org/web/20130203133448/http://new.abb.com/docs/default-source/default-document-library/hybrid-hvdc-breaker---an-innovation-breakthrough-for-reliable-hvdc-gridsnov2012finmc20121210_clean.pdf?sfvrsn=2|url-status=dead}}</ref> Механічні автоматичні вимикачі надто повільні для використання в мережах постійного струму високої напруги, хоча вони роками використовуються в інших сферах застосування.<ref name=":protection-4">{{Cite news|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2352484722005388|title=Topology and control of a novel hybrid HVDC circuit breaker with self-powered capability|last=Xiao|first=Huangqing|last2=Liu|first2=Bicheng|last3=Huang|first3=Xiaowei|last4=Cai|first4=Zexiang|last5=Zhang|first5=Yongjun|date=2022-08-01|pages=1165–1173|work=Energy Reports|volume=8|doi=10.1016/j.egyr.2022.02.291|issn=2352-4847|access-date=2024-08-31}}</ref> Навпаки, напівпровідникові вимикачі досить швидкі, але мають високий опір під час проведення, витрачаючи енергію та виробляючи тепло в нормальній роботі. Вимикач ABB поєднує в собі напівпровідникові та механічні вимикачі для створення ''гібридного вимикача'' з коротким часом відключення та низьким опором у нормальній роботі.<ref name=":protection-3" /><ref name="hvdc-breaker" />

Гібридні вимикачі складаються з паралельно з'єднаних швидкодіючого механічного вимикача, напівпровідникового вимикача на тиристорах або IGBT та обмежувача перенапруг. У робочому режимі струм протікає в основному через механічний вимикач, оскільки його опір мінімальний. При розімкненні спочатку розмикається механічний вимикач, і струм починає текти через напівпровідниковий вимикач. Потім розмикається напівпровідниковий вимикач.<ref name=":protection-4" /><ref name=":protection-2" />

== Досягнення надвисоковольтного постійного струму ==
Надвисоковольтний постійний струм (UHVDC&nbsp;— ultrahigh-voltage direct-current) найшовіша технологія у високовольтній передачі постійного струму. UHVDC визначено як передача постійного струму з напругою більше ніж 800 кВ (високовольтна передача&nbsp;— 100—800 кВ)

Одна з проблем з UHVDC мереж це&nbsp;— хоч витрати менше ніж в передачі змінним струмом, але досі великі на високих відстанях. Типові витрати для 800 кВ лінії 2.6&nbsp;% на 800 кілометрів.<ref>{{Cite web|url=https://www.siemens.com/press/pool/de/events/2012/energy/2012-07-wismar/factsheet-hvdc-e.pdf|title = HVDC Factsheet from Siemens|archive-url=https://web.archive.org/web/20180730045905/https://www.siemens.com/press/pool/de/events/2012/energy/2012-07-wismar/factsheet-hvdc-e.pdf |archive-date=2018-07-30}}</ref> Збільшення передачі напруги на таких лініях зменшує втрати, але до недавного часу, інтерконектори, які були потрібні для з'єднання сегментів мереж, були надто дорогими. Однак з розвитком виробництва стає все більш доцільним будувати лінії UHVDC.

В 2010, [[ABB]] побудувала першу в світі 800 кВ UHVDC в Китаї. Жундонг-Ванан лінія з напругою 1100 кВ, довжиною 3400 кілометрів і потужністю 12 ГВт була завершена в 2018. На 2020 рік було збудовано щонайменше 13 {{li|Лінії UHVDC в Китаї|text=ліній UHVDC в Китаї|Q=Q7880332}}.

Хоча більшість впроваджених технологій UHVDC в Китаї, вони також розміщени в Південній Америці, а також в інших регіонах Азії. В Індії 1830 кілометрова лінія, 800 кВ, 6 ГВт лінія між містами Райгарх і Пугалур. В Бразилії {{li|Сінгу-Естреіто лінія|Q=Q48970740}} довжиною більше 2076 кілометрів, 800 кВ і потужністю 4 ГВт було закінчено в 2017. На 2020 рік ліній UHVDC в Європі чи Північній Америці не побудовано.

== Примітки ==
{{примітки}}
[[Категорія:Лінії електропередачі]]