فرآیند جابجایی توان الکتریکی را انتقال انرژی الکتریکی گویند. این فرآیند معمولاً شامل انتقال انرژی الکتریکی از مولد یا تولید کننده به پستهای توزیع نزدیک شهرها یا مراکز تجمع صنایع است و از این پس یعنی تحویل انرژی الکتریکی به مصرف کننده‌ها در محدوده توزیع انرژی الکتریکی است.

 انتقال انرژی الکتریکی به ما اجازه میدهد تا به راحتی و بدون متحمل شدن هزینه حمل سوختها و همچنین جدای از آلودگی تولید شده از سوختن سوختها در نیروگاه، از انرژی الکتریکی استفاده کنیم. حال آنکه در بسیاری موارد موارد انتقال منابع انرژی مانند باد یا آب سدها غیر ممکن است و تنها راه ممکن انتقال انرژی الکتریکی است.

به علت زیاد بودن میزان توان مورد بحث، ترانسفورماتورها معمولاً در ولتاژهای بالایی کار میکنند(۱۱۰ کیلوولت یا بیشتر). انرژی الکتریکی معمولاً در فواصل طولانی به وسیله خطوط هوایی اتقال مییابد. از خطوط زیر زمینی فقط در مناطق پر جمعیت شهری استفاده میشود و این به دلیل هزینه بالای راهاندازی و نگهداری و همچنین تولید توان راکتیو اضافی در این گونه خطوط است.

امروزه خطوط انتقال ولتاژ، بیشتر شامل خطوطی با ولتاژ بلاتر از ۱۱۰ کیلوولت می‌شوند. ولتاژهای کمتر، نظیر ۳۳ یا ۶۶ کیلوولت به ندرت و برای تغذیه بارهای روشنایی در مسیرهای طولانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. ولتاژهای کمتر از ۳۳ کیلوولت معمولاً برای توزیع انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از ولتاژهای بیشتر از ۲۳۰ کیلوولت با نام "ولتاژهای بسیار بالاً (extra high voltage) یاد می‌شود چراکه بیشتر تجهیزات مورد نیاز در این ولتاژها با تجهیزات ولتاژ پایین کاملاً متفاوتند.

یک خط انتقال در نزدیکی هلسیکی در فنلاندمحتویات

۱ تاریخچه

۲ انتقال انرژی در مقیاس‌های کلان

۲.۱ توان ورودی شبکه

۲.۲ خروجی شبکه انتقال

۲.۳ محدودیت‌ها

۳ HVDC

۴ خط انتقال هوایی

۵ اتصالات بین شبکه‌های جریان متناوب

۶ نگرش کلی

۷ دستگاه میگر HVDC Tester

[ویرایش]

تاریخچه

سال‌ها پیش یعنی در سال‌های آغازین استفاده از انرژی الکتریکی، انتقال توان با همان ولتاژمصرف کننده‌ها انجام می‌گرفت و این به دلیل استفاده از توان الکتریکی به صورت DC بود، چراکه در آن زمان هیچ راهی برای افزایش ولتاژ DC وجود نداشت و از آنجا که انواع مختلف مصرف کنندهها مثل لامپها یا موتورها نیازمند ولتاژهای مختلفی بودند برای هر یک باید از ژنراتوری جداگانه استفاده میشد که این خود امکان استفاده از یک شبکه بزرگ برای تغذیه کلیه مصرف کننده‌ها را از بین می‌برد.

در جلسه گروه AIEE در ۱۶ می‌۱۸۸۸ نیکولا تسلا مقالهای را با نام «سیستم جدید موتورها و ترانسفورماتورهای متناوب» ارایه کرد و به بیان مزایای استفاده از این سیستم پرداخت. مدتی بعد شرکت «وستینگ هوس» پیشنهاد ساخت اولین سیستم جریان متناوب را داد.

با استفاده از ترانسفورماتور امکان اتصال مولدها به خطوط انتقال ولتاژ بالا و همچنین امکان اتصال خطوط ولتاژ بالا به شبکههای محلی توزیع فراهم شد. با انتخاب فرکانسی مناسب امکان تغذیه انواع بارها از جمله روشناییها و موتورها ایجاد میشد. مبدل‌های گردان و بعدها لامپهای قوس جیوه و دیگر یکسو کنندههای جریان امکان اتصال مصرف کنندههای DC را با استفاده از یک نوع یکسو ساز به شبکه مهیا می‌ساختند. حتی مصرف کنندههای با فرکانسهای متفاوت هم میتوانستند با استفاده از مبدل‌های گردان به شبکه متصل شوند. با استفاده از نیروگاههای متمرکز برای تولید برق همچنین امکان صرفهجویی به وسیله تولید انبوه فراهم شد و ضریب بار در هر نیروگاه امکان تولید با راندمان بالاتر را نیز ایجاد کرد به طوریکه امکان استفاده از برق با قیمت کمتری برای مصرف کنندهها فراهم شد. بدین ترتیب امکان به وجود آمدن یک شبکه بزرگ برای تغذیه انواع مختلفی از مصرف کننده‌ها پدید آمد.

با استفاده از نیروگاههای چند برابر بزرگ‌تر که به منطقه بزرگی اتصال داده شده بودند، قیمت تمام شده تولید برق کاهش یافت و امکان استفاده از نیروگاههای با راندمان بالاتر فراهم شد که میتوانستند بارهای مختلف را تغذیه کنند. همچنین بدین ترتیب ثبات تولید برق افزایش پیدا کرد و هزینه سرمایه گذاری در این بخش کاهش یافت و در نهایت امکان استفاده از منابع انرژی دور افتاده مثل نیروگاههای هیدروالکتریک و یا زغال سنگ معادن دور دست، بدون نیاز به پرداخت هزینه حمل و نقل سوختها فراهم شد.

در خطوط انتقال ابتدایی از مقره‌های «pin-and-sleeve» استفاده می‌شد. این مقره‌ها شبیه مقره‌هایی هستند که امروزه برای خطوط تلفن هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده از این مقره‌ها دارای محدودیت بود چراکه تا ولتاژ ۴۰ کیلوولت قابل استفاده بودند. در سال ۱۹۰۷ ابداع مقره‌های بشقابی به وسیله هارولد باک (Harold W. Buck) از شرکت «Niagara Falls Power» امکان استفاده از مقره‌ها در ولتاژهای بالاتر را هم فراهم آورد به طوری که اولین خط انتقال برای مقادیر بالای انرژی الکتریکی در ایالات متحده بین نیروگاه هیدروالکتریک آبشار نیاگارا و «بافالو» در نیویورک به وجود آمد. هم اکنون تندیس نیکولا تسلا برای قدردانی از همکاری او در راه انتقال انرژی الکتریکی در کنار آبشار نیاگارا قرار دارد.

در طول قرن بیستم ولتاژ انتقال رفته رفته افزایش یافت. در سال ۱۹۱۴ پنجاه پنج خط انتقال با ولتاژ بیش از ۷۰ کیلوولت درحال استفاده بودند که در این میان بیشترین ولتاژ انتقال ۱۵۰ کیلوولت بود. اولین خط انتقال سه فاز نیز با ولتاژ ۱۱۰ کیلو در آلمان بین لاچهامر و ریزا در سال ۱۹۱۲ راه‌اندازی شد. در هفدهم آوریل ۱۹۲۹ اولین خط انتقال ۲۲۰ کیلوولت در آلمان به بهره‌برداری رسید که در مسیرش از نزدیکی چهار شهر عبور می‌کرد. در این خط دکل‌ها برای افزایش ولتاژ احتمالی تا ۳۸۰ کیلو ولت ساخته شده بودند. اولین خط انتقال ۳۸۰ کیلوولت در سال ۱۹۵۷ ساخته شد، ده سال بعد یعنی در سال ۱۹۶۷ اولین خط انتقال با ولتاژ بسیار بالای ۷۳۵ کیلوولت ساخته شد. در نهایت در سال ۱۹۸۲ در اتحاد جماهیر شوروی خط انتقالی با ولتاژ ۱۲۰۰ کیلوولت ساخته شد؛ این ولتاژ بیشترین ولتاژ مورد استفاده قرار گرفته در خطوط انتقال در جهان است. علت استفاده از چنین ولتاژ در شوروی پهناور بودن این کشور نسبت به تراکم شهرها بود.

شتاب بالای صنعتی شدن در قرن بیستم به سرعت انرژی الکتریکی را به یکی از زیر بناهای مهم اقتصادی در کشورهای صنعتی بدل کرد. بدین گونه ژنراتورهای محلی و شبکه‌های کوچک توزیع به سرعت جای خود را به شبکه‌های بزرگ تولید و انتقال انرژی دادند. با آغاز جنگ جهانی اول به شتاب این تغییرات افزوده شده و دولت‌ها به سرعت شروع به ساخت نیروگاه‌های بزرگ برای تولید انرژی الکتریکی مورد نیاز در کارخانه‌های اسلحه سازی کردند. بعدها از این نیروگاه‌ها برای تغذیه مصرف کننده‌های شهری استفاده شد.

یک دکل برق برای انتقال برق AC به صورت تک فاز (110kv 16.67Hz) در آلمان

[ویرایش]

انتقال انرژی در مقیاس‌های کلان

مهندسین طراح خطوط انتقال در محاسبات مربوط به طراحی این خطوط، میزان توان انتقال یافته را تا جای ممکن افزایش می‌دهند، البته ملاحظات و محدودیت‌هایی نیز مانند ایمنی شبکه، امکان گسترش شبکه، محدودیت‌های مربوط به مسیر و... در طراحی شبکه‌ها مدنظر قرار داده می‌شود.

راندمان خطوط انتقال با افزایش ولتاژ افزایش می‌یابد، چراکه این کار باعث کاهش یافتن جریان می‌شود. در انتقال توان با مقیاس زیاد راندمان دارای اهمیت بسیار بالایی است و تلفات بیشتر از استاندارد می‌تواند خسارت زیادی به یک شبکه وارد کرده و یا حتی اسفاده از آن را غیر اقتصادی کند و این اهمیت محاسبات و استانداردهای مربوط به تلفات را افزایش می‌دهد. بنابر این تلفات خطوط انتقال از پارامترهای اصلی محاسبات شبکه هستند.

به طور کلی شبکه انرژی الکتریکی از نیروگاه یا تولیدکننده، مدار یا شبکه انتقال و پست‌های تغییر ولتاژ تشکیل شده‌است. انرژی معمولاً در طول خطوط انتقال به صورت سه فاز AC جابه‌جا می‌شود. استفاده از جریان DC برای انتقال نیازمند تجهیزات پرهزینه برای تبدیل نوع جریان است. البته استفاده از این تجهیزات برای بعضی طرح‌های بزرگ قابل توجیه‌است. استفاده از انرژی الکتریکی به صورت تک فاز AC تنها در توزیع به مصرف کننده‌های خانگی و اداری کاربرد دارد چراکه در صنایع به دلیل استفاده از موتورهای سه فاز استفاده از انرژی الکتریکی به صورت سه فاز به‌صرفه‌تر است. البته استفاده از سیستم‌های با بیشتر از سه فاز نیز برای برخی کاربردهای خاص رایج است.

[ویرایش]

توان ورودی شبکه

نوشتار اصلی: تولید انرژی الکتریکی

در نیروگاه‌ها توان الکتریکی با ولتاژ نسبتاً کمی (در نهایت ۳۰ کیلوولت) تولید می‌شود و سپس به وسیله ترانسفورماتورهای پست قدرت با توجه به طول مسیر و دیگر ملاحظات شبکه تا ولتاژی بین ۱۱۵ تا ۷۶۵ کیلوولت (در ایران این ولتاژ معمولاً ۴۰۰ کیلو ولت است) افزایش می‌یابد تا امکان انتقال آن در طول مسیرهای طولانی فراهم شود.

[ویرایش]

خروجی شبکه انتقال

نوشتار اصلی: توزیع انرژی الکتریکی

با نزدیک شدن خطوط انتقال به شهرها و مراکز تجمع جمعیت برای ایجاد ایمنی، ولتاژ در چند مرحله کاهش می‌یابد. مراحل کاهش یافتن ولتاژ در شبکه‌های استاندارد ایران به ترتیب از kV۲۳۰/۴۰۰، kV۱۳۲/۲۳۰، kV۶۳/۱۳۲ و kV۲۰/۶۳ است. در مرحله نهایی یا مرحله توزیع ترانسفورماتورهای توزیع ولتاژ را از kV۲۰ به برق مصرفی یا ۲۳۱/۴۰۰ ولت کاهش می‌دهند. در دیگر کشورها نیز ولتاژ مصرف‌کننده‌ها بین ۱۰۰ تا ۶۰۰ ولت است.

[ویرایش]

محدودیت‌ها

مقدار توان قابل انتقال در یک خط انتقال یک مقدار محدود است و این محدودیت به ویژه با توجه به طول خط انتقال تغییر می‌کند. برای یک خط انتقال کوتاه حرارت تولید شده بر اثر عبور جریان محدودیتی را ایجاد می‌کند چراکه هرچه حرارت سیم‌ها بیشتر شود بیشتر خم می‌شوند و بیشتر به زمین نزدیک می‌شوند که این نزدیکی به زمین در نهایت می‌تواند خطر آفرین شود همچنین ممکن است هادی‌ها بر اثر عبور جریان بالا ذوب شوند.

برای خطوط انتقال با طول متوسط (حدود ۱۰۰ کیلومتر) محدودیت بیشتر دررابطه با میزان افت ولتاژ در طول خط است و در خطوط انتقال طولانی مهمترین مسئله حفظ ثبات در شبکه‌است. زاویه بین فازها در یک سیستم سه فاز مقدیری ثابت است که تغییر بیش از حد آن در قسمتی از شبکه می‌تواند به بی‌ثباتی در کل شبکه الکتریکی بیانجامد و در طول خطوط انتقال بسیار طولانی اختلاف فاز با توجه به توان و تولید شبکه تغییر می‌کند و این نکته موجب محدودیت در میزان جریان قابل انتقال در یک خط طولانی انتقال خواهد شد. برای بهبود ضریب توان در طول خطوط انتقال از تجهیزات اصلاح ضریب توان مانند خازن‌ها استفاده می‌شود. در خطوط انتقال HVDC محدودیتی در رابطه با ضریب توان خط وجود ندارد و تنها محدودیت مربوط به افت ولتاژ و تلفات ژولی خط می‌شود.

[ویرایش]

HVDC

نوشتار اصلی: انتقال انرژی الکتریکی به صورت DC

انتقال با جریان مستقیم یا HVDC برای انتقال انرژی الکتریکی در مقیاس‌های بسیار بزرگ و در طول مسیرهای طولانی یا برای اتصال دو شبکه ناهماهنگ AC مورد استفاده قرار می‌گیرد. زمانی که انتقال انرژی الکتریکی باید در مسیرهای طولانی صورت گیرد، انتقال به صورت DC به علت کمتر بودن تلفات اقتصادی‌تر است. در این حالت کاهش تلفات و هزینه‌های مربوط به آن می‌تواند هزینه تبدیل انرژی الکتریکی از AC به DC را جبران کند.

از دیگر مزایای استفاده از با ثبات کردن دو شبکه اتصال AC متفاوت است. در صورتی که دو شبکه AC متفاوت برای مثال متعلق به دو کشور متفاوت به هم اتصال پیدا می‌کنند به علت ناهماهنگی شبکه‌ها ممکن است این اتصال با مشکلاتی نظیر ایجاد بی ثباتی در شبکه همراه باشد اما با استفاده از سیستم HVDC این مشکل بر طرف خواهد شد، بدین ترتیب که در کشور فروشنده انرژی، انرژی الکتریکی به صورت DC درآمده و پس از طی مسیر انتقال در کشور مصرف کننده دوباره به صورت AC بازمی‌گردد.

[ویرایش]

خط انتقال هوایی

نوشتار اصلی: خطوط انتقال هوایی

خط انتقال هوایی نوعی از خط انتقال است که در آن از دکل‌ها و تیرها برای نگه داشتن کابل‌ها بالای سطح زمین استفاده می‌شود. از انجایی که در این گونه خطوط از هوا به عنوان عایق کابل‌ها استفاده می‌شود این روش انتقال یکی از کم هزینه‌ترین و رایج‌ترین روش‌های انتقال است. دکل‌ها و تیرهایی که برای نگهداشتن کابل‌ها استفاده می‌شود می‌توانند از جنس چوب، فولاد، بتون، آلمینیوم و در برخی موارد پلاستیک مسلح باشند. به طور کلی کابل‌ها مورد استفاده در خطوط هوایی از جنس آلمینیوم هستند (که البته با نواری از فولاد در داخل مسلح شده‌اند). از کابل‌های مسی در برخی خطوط انتقال ولتاژ متوسط و ولتاژ پایین و محل اتصال به مصرف‌کننده استفاده می‌شود.

انتقال HVDC تاریخچه

اولین روش برای انتقال انرژی الکتریکی با جریان مستقیم توسط یک مهندس سویسی با نام رن تیوری (Rene Thury) ارایه شد. در این سیستم با سری کردن ژنراتورها و در نتیجه جمع جبری ولتاژهای تولیدی ولتاژ افزایش می‌یافت. هر ژنراتور در جریان ثابت می‌توانست انرژی الکتریکی تا ولتاژ ۵۰۰۰ ولت تولید کنند. بعضی از ژنراتورها دارای دو ردیف کلکتور بودند تا ولتاژ وارده بر روی هر کلکتور را کاهش دهند. این سیستم در سال ۱۸۸۹ در ایتالیا به وسیله شرکت Acquedotto de Ferrari-Galliera مورد استفاده قرار گرفت. در این خط انتقال توانی برابر ۶۳۰ کیلووات با ولتاژ ۱۴ کیلوولت تا مسافت ۱۲۰کیلومتر منتقل می‌شد. سیستم Moutiers-Lyon با همان مکانیزم به وسیله هشت ژنراتور متصل شده با دو ردیف کلکتور می‌توانست ولتاژ را تا ۱۵۰ کیلوولت افزایش دهد. این سیستم از سال ۱۹۰۶ تا ۱۹۳۶ مورد استفاده قرار گرفت. دیگر سیستم‌های از این دست نیز تا دهه ۱۹۳۰ مورد استفاده قرار می‌گرفتند. عیب این سیستم‌ها در این بود که ماشین‌های گردان (مولدها و مبدل‌های گردان) به تعمیر و نگهداری زیادی نیاز داشتند و در ضمن تلفات در این ماشین‌ها زیاد بود. استفاده از ماشین‌های مشابه دیگر نیز تا اواسط قرن بیستم ادامه داشت، ولی با موفقیت کمی همراه بود.

یکی از روش‌هایی که برای کاهش ولتاژ مستقیم گرفته شده از خطوط انتقال مورد آزمایش قرار گرفت، استفاده از ولتاژ برای شارژ کردن باتری‌های سری بود. پس از شارژ شدن باتری‌ها در حالت سری آن‌ها را در حالت موازی به هم اتصال می‌دادند و از آنها برای تغذیه بارها استفاده می‌کردند. با این حال از این روش فقط در دو طرح انتقال استفاده شد چراکه این روش به دلیل محدودیت ظرفیت باتری‌ها، مشکلات مربوط به تغییر وضعیت باتری‌ها از سری به موازی و پسماند انرژی در هر سیکل شارژ و دشارژ در باتری‌ها اصلاً اقتصادی نبود.

در طول سال‌های ۱۹۲۰ تا ۱۹۴۰ رفته رفته امکان استفاده از شبکه‌های کنترل شده به وسیله لامپ‌های قوس جیوه فراهم آمد. در ۱۹۴۱ در یک شبکه ۶۰ مگاوات به طول ۱۱۵ کیلومتر از لامپ‌های جیوه استفاده شد. این شبکه که یک شبکه کابلی برای تغذیه شهر برلین بود هرگز به بهره‌برداری نرسید چراکه در ۱۹۴۵ با فروپاشی آلمان فاشیستی طرح نیمه‌کاره رها شد. توجیه استفاده از خطوط زیرزمینی دیده نشدن آنها در حملات هوایی بود. با پایان یافتن جنگ جهانی دوم این طرح توجیه نظامی خود را از دست داد، تجهیزات و تأسیسات طرح نیز به شوروی برده شد و در آنجا مورد استفاده قرار گرفت.

مزایا :

بزرگ‌ترین مزیت سیستم جریان مستقیم، امکان انتقال مقدار زیادی انرژی در مسافت‌های زیاد است و با تلفات کمتر (در مقایسه با روش انتقال AC) است. بدین ترتیب امکان استفاده از منابع و نیروگاه‌های دور افتاده مخصوصا در سرزمین‌های پهناور به وجود می‌آید.

برخی از شرایطی که استفاده از سیستم HVDC به‌صرفه‌تر از انتقال AC است عبارت‌اند از:

کابل‌های زیرآبی، به ویژه زمانی که به علت بالا بودن میزان توان خازنی(capacitance)، تلفات در سیستم AC بیش از حد زیاد می‌شود.(برای مثال شبکه کابلی دریای بالتیک به طول ۲۵۰ کیلومتر بین آلمان و سوئد) انتقال در مسافت‌های طولانی و در مکان‌های بن‌بست به طوری که در یک مسیر طولانی شبکه فاقد هیچگونه اتصال به مصرف کننده‌ها یا دیگر تولید کننده‌ها باشد. افزایش ظرفیت شبکه‌ای که به علت برخی ملاحظات امکان افزایش سیم در آن پر هزینه یا غیر ممکن است. اتصال دو شبکه AC ناهماهنگ که در حالت AC امکان برقراری اتصال در آنها وجود ندارد. کاهش دادن سطح مقطع سیم مصرفی و همچنین دیگر تجهیزات لازم برای برپاکردن یک شبکه انتقال در یک توان مشخص. اتصال نیروگاه‌های دور افتاره مانند سدها به شبکه الکتریکی. خطوط طولانی زیرآبی دارای ظزفیت خازنی زیادی هستند. در سیستم DC این ظرفیت خازنی تأثیر کمی بر روی عملکرد شبکه دارد اما از انجایی که در مدارهای AC، خازن در مدار تقریباً به صورت یک مقاومت عمل می‌کند ظرفیت خازنی در خطوط زیرآبی موجب ایجادشدن تلفات اضافی در مدار می‌شود و این استفاده از جریان DC را رد خطوط زیر آبی به صرفه می‌کند.

در حالت کلی نیز جریان DC قادر به جابجایی توان بیشتری نسبت به جریان AC است چراکه ولتاژ ثابت در DC از ولتاژ پیک در AC کمتر است و بدین ترتیب نیاز به استفاده از عایق‌بندی کمتر و همچنین فاصله کمتر در بین هادی‌ها است که این عمر موجب سبک شدن هادی و کابل و همچنین امکان استفاده از هادی‌های بیشتر در یک محیط مشخص می‌شود و همچنین هزینه انتقال به صورت DC کاهش می‌یابد.

افزایش ثبات شبکه :

از آنجایی که سیستم HVDC به دو شبکه ناهماهنگ AC امکان می‌دهد تا بهم اتصال یابند، این سیستم می‌تواند موجب افزایش ثبات در شبکه شود و از ایجاد پدیده‌ای به نام «آبشار خطاها» (Cascading failure) جلوگیری کند. این پدیده زمانی به وجود می‌آید که به علت بروز خطا در قسمتی از شبکه کل یا قسمتی از بار این بخش به بخش دیگری انتقال داده می‌شود و این بار اضافه موجب ایجاد خطا در قسمت دیگر شده و یا این بخش را در خطر قرار می‌دهد که به این ترتیب بار این بخش هم به قسمت دیگری انتقال داده می‌شود و این حالت ادامه پیدا می‌کند. مزیت شبکه HVDC دراین است که تغییرات در بار که موجب ناهماهنگی در شبکه‌های AC می‌شود تأثیرات مشابهی را بروی شبکه HVDC نمی‌گذارد، چراکه توان و مسیر جاری شدن آن در سیستم HVDC قابل کنترل است و در صورت نیاز قابلیت کنترل اضافه بار در شبکه AC را دارد. این یکی از دلایل مهم تمایل برای ساخت این گونه شبکه‌هاست.

معایب :

مهم‌ترین عیب این سیستم گران بودن مبدل‌ها و همچنین محدودیت آنها در مقابل اضافه بارها است همچنین در خطوط کوتاه تلفات به وجود آمده در مبدل‌ها از یک شبکه AC با همان طول بیشتر است، بنابر این این سیستم در مسافت‌های کوتاه کاربردی ندارد و یا ممکن است صرفه جویی به وجود آمده در تلفات نتواند هزینه بالای نصب مبدل‌ها را جبران کند. در مقایسه با سیستم‌های AC، کنترل این سیستم در قسمت‌هایی که شبکه دارای اتصالات زیادی است خیلی پیچیده‌است. کنترل توان جاری در یک شبکه پر اتصال DC نیازمند ارتباط قوی بین تمامی اتصال‌هاست چراکه هنواره باید توان جاری در شبکه کنترل شود.

هزینه‌های مربوط به انتقال DC

شرکت‌های بزرگ ایجاد کننده این گونه خطوط مانند ABB یا Siemens هزینه مشخصی از اجرای طرح‌های مشابه در مناطق مختلف اعلام نکرده‌اند چراکه این هزینه بیشتر یک توافق بین طرفین است. از طرف دیگر هزینه اجرای این گونه طرح‌ها به طور گسترده‌ای به خصوصیات پروژه مانند: میزان توان شبکه، طول خطوط، نوع شبکه(هوایی یا زیر زمینی)، قیمت زمین در منطقه مورد بحث و... بستگی دارد.

با این حال برخی از شاغلین در این زمینه در این زمینه اطلاعاتی را بروز داده‌اند که می‌تواند قابل اعتماد باشد. برای خط انتقال ۸ مگاواتی کانال انگلستان(English Channel) با طول تقریبی ۴۰ کیلومتر، هزینه مربوط به قرار داد اولیه به تقریباُ به صورت زیر است: (جدای از هزینه‌های مربوط به عملیات آماده سازی ساحل، هزینه‌های مربوط به مالکیت زمین‌ها، هزینه بیمه مهندسین و...)

پست‌های مبدل، باهزینه تقریبی ۱۱۰ میلیون پند کابل زیرآبی+ نصب، با هزینه تقریبی ۱ میلیون پند به ازای هر کیلومتر بنابراین برای احداث شبکه انتقال ۸ گیگاواتی در چهار خط، هزینه‌ای تقریبی برابر ۷۵۰ میلیون پند نیاز است که باید دیگر هزینه‌های مرتبط با ساخت و بهره‌برداری خط به ارزش ۲۰۰ تا ۳۰۰ میلیون پند را هم به آن اضافه کرد.

اتصالات AC

خطوط انتقال AC تنها می‌توانند به خطوط AC که دارای فرکانس برابر و تطابق زمانی یا فازی هستند متصل شوند. خیلی از شبکه‌هایی که به ایجاد اتصال تمایل دارند (مخصوصا شبکه‌های متعلق به دو کشور متفاوت) دارای شبکه‌های ناهماهنگ هستند. شبکه سراسری انگلستان و دیگر کشورهای اروپایی با فرکانس ۵۰ هرتز کار می‌کنند اما هماهنگ نیستند یا برای مثال در کشوری مثل ژاپن شبکه‌ها ۵۰ یا ۶۰ هرتز هستند. در سراسر جهان مثال‌های زیادی از این دست وجود دارد. در این حالت اتصال شبکه‌ها به صورت AC غیرممکن یا پرهزینه است، اما در سیستم HVDC امکان ایجاد اتصال بین شبکه‌های این چنینی وجود دارد.

این امکان وجود دارد که ژنراتورهای وصل شده به یک شبکه انتقال بلند AC دچار بی‌ثباتی شده و موجب اختلال در هماهنگی شبکه شوند. سیستم HVDC استفاده از ژنراتورهای نصب شده در مناطق دورافتاده را عملی می‌کند. ژنراتورهای بادی مستقر در مناطق دور افتاده با استفاده از این سیستم می‌توانند بدون اینکه خطر ایجاد ناهماهنگی در شبکه به وجود آورند به شبکه اتصال یابند.

به طورکلی گرچه HVDC امکان اتصال دو شبکه متفاوت AC را فراهم می‌کند اما هزینه ماشین‌آلات و تجهیزات مبدل از AC به DC و برعکس واقعاً قابل توجه است، بنابراین استفاده از این سیستم بیشتر در شبکه‌هایی که توجیه اقتصادی داشته باشد انجام می‌گیرد(مسافت دارای توجیه پذیری اقتصادی در سیستم HVDC برای خطوط زیر آبی در حدود ۵۰ کیلومتر و برای شبکه‌های هوایی بین ۶۰۰ تا ۸۰۰ کیلومتر است).

مبدل‌ها :

در گذشته مبدل‌های HVDC از یکسوکننده‌های قوس جیوه که غیر قابل اطمینان بودند، برای انجام یکسوسازی استفاده می‌کردند و هنوز هم استفاده از این یکسوسازها در برخی مبدل‌های قدیمی ادامه دارد. از درگاه‌های تیریستوری اولین بار در دهه ۱۹۶۰ برای یکسو سازی استفاده شد. تریستور نوعی قطعه نیمه‌هادی شبیه دیود است، با این تفاوت که دارای یک پایه اضافی برای کنترل جریان عبوری است. امروزه از IGBT که نوعی تریستور است نیز برای یکسو سازی استفاده می‌شود. این قطعه دارای قابلیت‌های بهتری از تریستورهای عادی است و کنترل آن اسانتر است که قابلیت‌ها موجب کاهش یافت قیمت تمام شده یک درگاه می‌شود.

از انجایی که ولتاژ استفاده شده در سیستم HVDC در بسیاری موارد از ولتاژ شکست انواع نیمه‌هادی‌ها بیشتر است، برای ساخت مبدل‌های HVDC از تعداد زیادی قطعات نیمه هادی به صورت سری استفاده می‌کنند.

سیستم کنترل ولتاژ که با ولتاژ نسبتاً پایینی کار می‌کند و وظیفه انتقال دستورات قطع یا وصل را به دیگر اجزا دارد باید به طور کامل از قسمت ولتاژ بالا جدا شود. این کار عموماً با استفاده از سیستم‌های نوری انجام می‌پزیرد. در یک سیستم کنترل مرکب، قسمت کنترل برای انتقال دستورات از پالس‌های نوری استفاده می‌کند. عمل حمل این پالس‌ها به وسیله فیبرهای نوری انجام می‌گیرد.

عنصر کاملاً کنترل شده را بدون توجه به اجزای تشکیل دهنده, «درگاه» (valve) می‌ناند.

در سیستم HVDC تیدیل از AC به DC و بر عکس تقریباً با تجهیزات مشابهی انجام می‌شود و در بسیاری پست‌های تبدیل، تجهیزات طوری نصب می‌شوند که بتوانند هر دو نقش را داشته باشند. قبل از وصل جریان AC به تجهیزات یکسوسازی ورودی مبدل از تعدادی ترانسفورماتور (ترانسفورماتور سربه‌سر)عبور می‌کند و سپس خروجی آنها به درگاه‌های یکسوسازی وارد می‌شود. دلیل استفاده از این ترانسفورماتورها ایزوله کردن پست تبدیل از شبکه AC و به وجود آوردن زمین (Earthing) داخلی است. در پست تبدیل وظیفه اصلی بر عهده درگاه‌هاست. در ساده‌ترین حالت یک یکسوساز از شش درگاه تشکیل شده‌است که دو به دو به فازهای AC متصل شده‌اند. ساختمان یکسو ساز به صورتی است که هر درگاه در هر سیکل تنها در طول ۶۰ درجه هادی است و به این صورت وظیفه انتقال توان در هر سیکل ۳۶۰ درجه‌ای به طور مساوی بین شش درگاه تقسیم می‌شود. با افزایش درگاه‌ها تا ۱۲ عدد می‌توان یکسوساز را طوری طراحی کرد که هر ۳۰ درجه درگاه‌ها عوض شوند و بدین ترتیب ظرفیت یکسوسازی هر درگاه افزایش می‌یابد و هارمونیک‌های تولیدی یکسوساز به شدت کاهش می‌یابند.

مقدمه HVDC یا سیستم‌های انتقال توان جریان مستقیم ولتاژ بالا، با سیستم‌های معمول جریان متناوب متفاوت است و به عنوان سیستمی برای انتقال توان‌های زیاد به کار می‌رود. این سیستم اولین بار در دهه ۱۹۳۰م در سوئد در ASEA به وجود آمد و اولین نصب تجاری آن در اتحاد جماهیر شوروی بین دو شهر مسکو و کاشیرا و نیز یک سیستم ۱۰ تا ۲۰ مگاواتی در گاتلند سوئد در سال ۱۹۵۴م انجام شد. افزایش انتقال AC در انتقال توان الکتریکی، انتقال به روش DC بیش از آنکه یک قاعده باشد یک استثناست. محیط‌هایی وجود دارد که سیستم انتقال جریان مستقیم در آنها راه حل متعارف است مانند کابل‌های زیر دریا و در اتصالات بین سیستم‌های غیر سنکرون (با فرکانس‌های مختلف). اما برای اغلب شرایط موجود انتقال توان به صورت جریان متناوب کماکان مناسب است. در تلاش‌های اولیه انتقال توان الکتریکی، از جریان مستقیم استفاده می‌شد. اما به هر حال در این دوران سیستم جریان متناوب برای انتقال توان بین نیروگاه‌ها و ماشین آلات استفاده کننده از این انرژی بر سیستم انتقال توان جریان مستقیم فائق آمد. مزیت اصولی سیستم جریان متناوب قابلیت استفاده از ترانسفورماتور برای انتقال موثر سطح ولتاژ به کار رفته در توان انتقالی بود. با توسعه ماشین‌های جریان متناوب موثر، مانند موتور القایی، استفاده از جریان متناوب معمول شد.

توانایی انتقال سطح ولتاژ یک امر مهم اقتصادی و فنی است که بایستی مد نظر قرار گیرد، با وجود اینکه ولتاژهای بالا سخت تر مورد استفاده واقع می‌شوند و خطرناک تر هستند، اما سطح جریان پایین تری که برای ولتاژهای بالا مورد نیاز است، برای یک سطح توان معین منجر به استفاده از کابل‌های کوچکتر و تلفات توان کمتری به صورت گرما می‌شود. انتقال توان همچنین می‌تواند توسط ولتاژ حداکثر محدود شود. یک خط جریان مستقیم که در ولتاژ حداکثری برابر یک خط جریان متناوب کار می‌کند، می‌تواند توان بسیار بیشتری را به نسبت جریان متناوب تحت این محدودیت ولتاژ حمل کند. بنابراین با مناسب بودن ولتاژ بالا برای انتقال توان زیاد و مناسب بودن ولتاژ پایین تر برای بهره برداری‌های صنعتی و داخلی، استفاده از سیستم جریان متناوب به دلیل قابلیت تبدیل سطح ولتاژ آن به سطوح مختلف، برای انتقال توان عام شد. هیچ وسیله معادلی برای ترانسفورماتور در جریان مستقیم وجود ندارد و بنابراین به کارگیری ولتاژ مستقیم بسیار مشکل تر است. مزیت‌های HVDC بر انتقال جریان متناوب علی رغم اینکه سیستم انتقال توان جریان متناوب غالب است اما در برخی از کاربردها، HVDC ترجیح داده می‌شود: • تلفات کرونا . تداخل رادیویی در HVDC کم تر از HVAC است به همین دلیل کابلهای DC ارزان تر از کابل‌های AC هستند. • قدرت انتقالی از یک خط DC را می‌توان به راحتی توسط تریستورهای یکسو کننده آن کنترل کرد. • تلفات خطوط DC کمتر از AC است زیرا اولا Rac>Rdc ثانیا جریان راکتیو در خطوط DC وجود ندارد • کابل‌های زیر دریاانتقال توان زیاد در مسافت‌های بلند از یک نقطه به یک نقطه دیگر و بدون تپ‌های میانی، برای مثال در مناطق دور افتاده. • افزایش ظرفیت یک شبکه برق در شرایطی که نصب سیم‌های اضافی مشکل زا یا هزینه بردار است. • امکان انتقال توان بین سیستم‌های توزیع غیر سنکرون جریان متناوب. • کاهش سطح مقطع سیم کشی و دکل‌های برق برای یک ظرفیت انتقال داده شده. HVDC می‌تواند در هر هادی توان بیشتری را انتقال دهد چرا که برای یک توان نامی داده شده ولتاژ ثابت در یک خط جریان مستقیم پایین تر از حداکثر ولتاژ در یک خط جریان متناوب است. این ولتاژ ضخامت عایق و فاصله گذاری بین هادی‌ها را تعیین می‌کند. اتصال نیروگاه‌های معین به شبکه توزیع پایدار کردن شبکه‌های برقی که بیشتر AC هستند. خطوط بلند زیر دریا دارای ظرفیت خازنی بالایی هستند. این امر موجب می‌شود که توان جریان متناوب به سرعت و به شدت به صورت تلفات راکتیو و دی الکتریک حتی در کابل‌های با طول ناچیز تلف شود. HVDC می‌تواند توان بیشتری در هر هادی انتقال دهد چرا که برای یک توان نامی ولتاژ ثابت در یک خط جریان مستقیم پایین تر از ولتاژ حداکثر یک خط جریان متناوب است. این ولتاژ تعیین کننده ضخامت عایق به کار رفته و فاصله بین هادی هاست. این روش، استفاده از سیم‌ها و مسیرهای موجود را برای انتقال توان بیشتر در منطقه‌ای که مصرف توانش بالاتر است را ممکن می‌سازد و موجب کاهش هزینه‌ها می‌شود. کاربردهای ولتاژ فشار قوی DC ۱-انجام کارهای تحقیقاتی و مطالعاتی بر روی عایق‌ها ۲-در فیزیک برای شتاب دهنده ها(به طور مثال برای شتاب دادن پروتون یا الکترون در تلویزون) ۳-در زشکی برای تولید اشعه X ۴-در صنایع برای فیلتر کردن دود خروجی نیروگاههای حرارتی و کارخانجات سیمان و پاشیدن رنگ ۵-در مخابرات برای استگاه‌های پخش تلویزونی ۶-برای آزمایش کابل فشار قوی AC با طول زیاد(در صورت آزمایش با برق AC ظرفیت خازنی کابل به علت طول زیلد آن بالا رفته و جریان زیادی نیاز خواهیم داشت مزیت‌های احتمالی بهداشتی سیستم HVDC بر سیستم جریان متناوب برای مدتی این گمان وجود داشت که بین میدان القایی یک جریان متناوب (خصوصاً در فرکانس‌های عمومی خطوط که ۵۰ و ۶۰ هرتز است) و امراض خاصی ارتباط وجود دارد. یکی از خواص سیستم جریان مستقیم این است که دیگر چنین میدان‌های مغناطیسی متناوبی وجود ندارند. اخیرا در مطالعات آزمایشگاهی نشان داده شده‌است که چنین میدان‌های متناوبی منجر به افزایش اشباع رادیکال‌های آزاد در جرم خون حیوانات می‌شود (این افزایش می‌تواند توسط آنتی اکسیدان‌ها جلوگیری شود). رادیکال‌های آزاد به عنوان علل احتمالی تعدادی از بیماری‌ها شناخته شده‌اند. مزایای این سیستم تنها شامل آنهایی می‌شود که در معرض خطوط انتقال زندگی می‌کنند چرا که مشکلات احتمالی میدان‌های مغناطیسی با انتقال جریان متناوب جریان زیاد و نیز ترانسفورماتورها، موتورها و ژنراتورهای مرتبط با این جریان و حتی وسایل خانگی عادی مانند ماشین اصلاح الکتریکی با سیم پیچ و (خصوصا) مسواک‌های الکتریکی که به صورت القایی شارژ می‌شوند، ارتباط دارد.

[ویرایش]

اتصالات بین شبکه‌های جریان متناوب

با به کار گیری فن آوری تریستور تنها شبکه‌های جریان متناوب سنکرون را می‌توان به هم متصل کرد؛ یعنی شبکه‌هایی که با سرعت یکسان و فاز مشابه نوسان می‌کنند. بسیاری از مناطقی که مایل به اشتراک گذاشتن توان هایشان هستند دارای شبکه‌ای غیر سنکرون هستند. ارتباطات جریان مستقیم به چنین مناطقی این امکان را می‌دهد که به هم متصل شوند. اما بهر حال سیستم‌های جریان مستقیمی که بر پایه ترانزیستورهای IGBT هستند اتصال سیستم‌های غیر سنکرون جریان متناوب را ممکن می‌سازند و نیز امکان کنترل ولتاژ متناوب و عبور توان راکتیو را فراهم می‌آورند. حتی یک شبکه سیاه را می‌توان به این روش به شبکه مورد نظر متصل کرد. سیستم‌های تولید توان نظیر باتری‌های فتو ولتایی تولید جریان مستقیم می‌کنند. توربین‌های آبی و بادی تولید جریان متناوبی در فرکانسی وابسته به سرعت شاره‌ای که آنرا به حرکت در می‌آورد، می‌کنند. در حالت اول جریان مستقیم ولتاژ بالا را می‌توان مستقیما برای انتقال توان به کار برد. در حالت دوم ما دارای یک سیستم غیر سنکرون هستیم که به همین دلیل پیشنهاد می‌شود که از یک اتصال جریان مستقیم استفاده کنیم. در هر یک از این حالات ممکن است که تشخیص داده شود که انتقال HVDC مستقیما از نیروگاه تولید کننده به کار ببرند به ویژه در صورتی که سیستم در مناطق نامساعد قرار داشته باشد.

به طور کلی یک خط توان HVDC دو منطقه جریان متناوب از شبکه توزیع برق را به هم متصل می‌کند. سیستم آلات تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم گران هستند و هزینه قابل توجهی را در انتقال توان به خود اختصاص می‌دهند. تبدیل از جریان متناوب به جریان مستقیم را یک سو سازی و تبدیل از جریان مستقیم به جریان متناوب را اینورژن می‌نامند. برای فاصله‌ای بیش از یک فاصله معین ( که حدود ۵۰ کیلومتر برای کابل‌های زیر دریا و احتمالا ۶۰۰ تا ۸۰۰ کیلومتر برای کابل‌های هوایی است) کاهش هزینه ناشی از به کار گیری تجهیزات الکترونیک قدرت برای سیستم جریان مستقیم از هزینه این تجهیزات بیشتر است و عملاً به کاربری این سیستم در خطوط هوایی بسیار بلند مقرون به صرفه‌است. چنین فاصله‌ای که در آن هزینه‌ها با درآمدها برابر می‌شود را یک فاصله یربه یر (مساوی) می‌نامند. علم الکترونیک همچنین اجازه این را به ما می‌دهد که توسط کنترل اندازه و جهت جریان توان، شبکه برق را مدیریت کنیم. بنابراین یک مزیت اضافی وجود ارتباطات HVDC پایداری افزایش یافته بالقوه در شبکه انتقال است. یک سو سازی و اینورت کردن سیستم‌های اولیه از یک سو سازهای آرک - جیوه استفاده می‌کردند که قابل اعتماد نبودند. برای اولین بار شیرهای تریستوری در ۱۹۶۰م به کار گرفته شدند. تریستور یک نیمه هادی حالت جامد مشابه دیود است اما با یک ترمینال کنترلی اضافی که از آن در یک لحظه معین در سیکل جریان متناوب برای دادن فرمان به تریستور استفاده می‌شود. امروزه از ترانزیستور دو قطبی گیت عایق شده (IGBT) نیز به جای تریستور استفاده می‌شود. به دلیل اینکه ولتاژ در HVDC گهگاه حول ۵۰۰ کیلو ولت است و از ولتاژ شکست دستگاه‌های نیمه هادی بیشتر است، مبدل‌های HVDC با استفاده از تعداد زیادی نیمه هادی ساخته می‌شوند که سری شده‌اند. با این کار عملاً ولتاژی که روی هر نیمه هادی می‌افتد کاهش می‌یابد و می‌توان از نیمه هادی‌های با ولتاژ شکست پایین تر که ارزان تر نیز هستند استفاده کرد. برای دادن فرمان به تریستورها نیاز به یک مدار فرمانی داریم که با ولتاژی پایین عمل می‌کند و می‌بایست از مدار ولتاژ بالای سیستم جدا شود. این کار معمولاً به صورت اپتیکی یا نوری انجام می‌شود. در یک سیستم کنترل هایبرید تجهیزات الکترونیکی ولتاژ پایین پالس‌های نوری را در طول فیبرهای نوری به بخش ولتاژ بالا کنترل الکترونیکی ارسال می‌کنند. یک عنصر کلید زنی کامل بدون در نظر گرفتن ساختارش عموما یک شیر خوانده می‌شود.

سیستم‌های یک سو سازی و اینورتری یک سوسازی و اینورژن اساسا یک مکانیزم را دارا هستند. بسیاری از پست‌های برق بگونه‌ای ساخته شده‌اند تا بتوانند هم به صورت یک سوساز و هم به صورت اینورتر عمل کنند. در سر جریان متناوب یک دسته از ترانسفورماتورها قرار داده می‌شوند که اغلب سه ترانسفورماتور تک فاز جدا از هم هستند که ایستگاه مورد نظر را از تغذیه جریان متناوب جدا می‌کنند تا بتوانند یک زمین محلی را ایجاد کنند و نیز تا یک ولتاژ مستقیم نهایی صحیح را تضمین کنند. سپس خروجی این سه ترانسفورماتور به یک پل یک سوساز شامل تعدادی شیر وصل می‌شود. ساختار اصلی شامل شش شیر است که هر سه شیر هر سه فاز را به یکی از دو سر ولتاژ مستقیم وصل می‌کند. اما به هر حال در این سیستم، به دلیل اینکه هر ۶۰ درجه یک تغییر فاز داریم یا به عبارتی یک ولتاژ شش پالسه داریم، هارمونیک‌های این ولتاژ هم قابل ملاحضه‌اند. یک ساختار بهبود یافته این سیستم از ۱۲ شیر (که اغلب به عنوان سیستم ۱۲ شیره شناخته شده) استفاده می‌کند. در این سیستم جریان متناوب ورودی را قبل از ترانسفورماتورها به دو بخش تقسیم می‌کنیم. یک بخش را به یک اتصال ستاره از ترانسفورماتورها اعمال می‌کنیم و بخش دیگر را به یک اتصال مثلث از ترانسفورماتورها در نظر می‌گیریم. در این صورت شکل موج خروجی این دو ترانسفورماتور سه فاز با هم ۳۰ درجه اختلاف فاز خواهد داشت. حال ۱۲ شیری که داریم هر یک از این دو دسته سه فاز را به ولتاژ مستقیم وصل می‌کنند و در این صورت هر ۳۰ درجه یک تبدیل فاز خواهیم داشت، یا یک ولتاژ ۱۲ پالسه خواهیم داشت که این به معنی کاهش قابل ملاحضه هارمونیک‌ها است. علاوه بر تغییر دادن ترانسفورماتورها و شیرها، می‌توان توسط اجزا راکتیو، پسیو و مقاومتی مختلفی برای حذف هارمونیک‌های موجود بر روی ولتاژ مستقیم استفاده کرد.

[ویرایش]

نگرش کلی

قابلیت کنترل پذیری عبور جریان از طریق یک سو سازها و اینورتورهای HVDC، کاربرد آنها در اتصالات بین شبکه‌های غیر سنکرون و کاربرد آنها در کابل‌های کارای زیر دریا به این معنی است که کابل‌های HVDC اغلب در مرزهای ملی و برای مبادلات توان به کار می‌برند. نیرو گاه‌های بادی داخل آب نیز نیازمند کابل‌های زیر دریا هستند و توربین‌های آنها نیز غیر سنکرون. از خطوط انتقال HVDC می‌توان در برقراری اتصالات بسیار بلند بین تنها دو نقطه استفاده کرد، برای مثال اطراف اجتماعات دور افتاده سیبری، کانادا و شمال اسکاندیناوی که در این صورت کاربرد این سیستم که دارای هزینه‌های کمتر از خطوط معمولی است منطقی به نظر می‌رسد ساختار سیستم یک اتصال HVDC که در آن دو مبدل AC به DC در یک ساختمان به کار رفته‌اند و انتقال به صورت HVDC تنها بین خود ساختمان وجود دارد به عنوان یک اتصال HVDC پشت به پشت معروف است. این یک ساختار عمومی برای اتصال دو شبکه غیر سنکرون است.

معمول‌ترین ساختار یک اتصال HVDC یک اتصال ایستگاه به ایستگاه است که در آن دو ایستگاه اینورتر / یک سو ساز توسط یک اتصال اختصاصی HVDC به هم متصل می‌شوند. این اتصالی است که به صورت زیادی در اتصال شبکه‌های غیر سنکرون در خطوط انتقال بلند و در کابل‌های زیر دریا به کار می‌رود. سیستم انتقال توان چند ترمیناله (که از سه ایستگاه یا بیشتر استفاده می‌کند) HVDC هم به علت هزینه‌های بالای ایستگاه‌های مبدل و اینورتر، از دو سیستم دیگر کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. ساختار ترمینال‌های چندگانه می‌تواند سری یا موازی و یا هیبرید (ترکیبی از سری و موازی) باشد. از ساختار موازی برای ایستگاه‌های با ظرفیت بالا استفاده می‌شود در حالی که از ساختار سری برای ایستگاه‌های با ظرفیت کمتر استفاده می‌شود. سیستم‌های تک قطبی نوعا ۱۵۰۰ مگا وات را حمل می‌کنند.

یک اتصال دو قطبی از دو سیم استفاده می‌کند، یکی در پتانسیل بالای مثبت و دیگری در پتانسیل بالای منفی. این سیستم دارای دو مزیت نسبت به اتصال تک قطبی است: اول اینکه می‌تواند توانی معادل دو برابر سیستم تک قطبی حمل کند که نوعا برابر ۳۰۰۰ مگا وات است ( جریان یکی است اما اختلاف پتانسیل بین سیم‌ها دو برابر است). دوم اینکه این سیستم می‌تواند با وجود خطا در یکی از سیم‌ها، و با استفاده از زمین به عنوان یک مسیر بازگشت به کار خود ادامه دهد.

اتصالاتHVDC چند ترمیناله که بیش از دو نقطه را به هم متصل می‌کنند ممکن هستند اما بندرت یافت می‌شوند. یک مثال از این اتصالات سیستم ۲۰۰۰ مگاواتی Hydro Quebec است که در سال ۱۹۹۲ م افتتاح شد امروزه سیستم‌های انتقال HVDC اهمیت ویژه‌ای دارند و به دلیل ویژگی‌های خاص آنها روز به روز مورد توجه بیشتری قرار می‌گیرند. این سیستم‌ها در انتقال توان توان برای فواصل زیاد، خطوط انتقال زیرزمینی طویل و اتصال بین دو شبکه قدرت بدون عبور اغتشاشات کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده‌اند. یکی از مشکلات این خطوط قیمت بالای تجهیزات مبدل AC به DC و انتقال بیش از ۶۰۰ کیلو متر و انتقال HVDC دارای توجیه‌است به عنوان مثال درفواصل انتقال بیش از ۶۰۰ کیلومتر و انتقال توسط کابل زیر زمینی ( بیشتر از ۵۰ کیلومتر ) جهت اتصال جزایر به شبکه، شرایطی است که امکان توجیه اقتصادی سیستم HVDC را فراهم می‌سازد .

مزایای استفاده از خطوط HVDC ۱- در این خطو فقط به دو هادی نیاز هست که یکی با ولتاژ مثبت نسبت به دیگری با ولتاژ منفی نسبت به زمین، ولی در خطوط HV AC حداقل به سه هادی نیاز هست. ۲- قابلیت اعتماد در خطوط HVDC بیشتر از HVAC است؛ زیرا با وقوع خطا در یکی از دو هادی خط، هنوز هم می‌توان قدرت انتقالی را بدون هیچ گونه مشکلی از طریق هادی دیگر منتقل نمود. ۳- این خط فضای کمتری نسبت خط HVAC مشابه دارد به دلیل کمتر بودن تعداد هادی نسبت به حالت AC و در نتیجه نیاز به پایه‌های کوچکتری است، بنابراین هزینه نصب خطوط هم کاهش می‌یابند. ۴- خطوط HVDC به عایق بندی کمتری نسبت به HVAC دارد. بنابراین تلفات کرونا و تداخل رادیویی در HVDC کمتر از HVAC به همین دلیل کابل‌های DC ارزان تر از کابل‌های AC می‌باشد. ۵- مسئله حظ سنکرونیسم بین دو سیستم AC که بوسیله یک خط HVDC به هم متصل شده‌اند، وجود ندارد. ۶- قدرت انتقالی از یک خط DC را می‌توان به راحتی توسط تریستورهای یک سو کننده آن کنترل نمود و در یک مقدار معین، ثابت نگه داشت. ۷- اگر در یکی از دو شبکه AC که با یک خط DC به هم متصل شده‌اند، اتصال کوتاهی رخ دهد، جریان اتصال کوتاه به شبکه دیگر منتقل می‌شود؛ زیرا عموما جریان اتصال کوتاه، یک جریان راکتیو است که در سیستم DC جریان راکتیو منتقل نمی‌شود. ۸- تلفات خطوط HVDC کمتر از خطوط HVAC است زیرا الف- مقاومت dc بزرگتر از مقاومت ac می‌باشد. ب- جریان راکتیو در خطوط dc وجود ندارد. ۹- در خطوط HVAC، قدرت انتقالی برابر است که به موجب حالت‌های گذرای موجود در این خطوط، باید زاویه S در شرایط عادی کمتر از ۳۰ درجه باشد. بنابراین در خطوط AC با محدودیت‌هایی در ول خط و قدرت انتقالی مواج<