HVDCコンバーターステーション

コンバーターは通常、バルブホールと呼ばれる建物に設置されます。初期のHVDCシステムは水銀アークバルブを使用していましたが、1970年代半ば以降、サイリスタなどの半導体デバイスが使用されています。サイリスタまたは水銀アークバルブを使用するコンバータは、 ライン整流コンバータとして知られています。サイリスタベースのコンバータでは、多くのサイリスタが直列に接続されてサイリスタバルブを形成し、各コンバータは通常6個または12個のサイリスタバルブで構成されています。サイリスタバルブは通常、ペアまたは4つのグループにグループ化され、床の絶縁体の上に立つか、天井の絶縁体から吊るすことができます。

ライン整流コンバータは、整流のためにACネットワークからの電圧を必要としますが、1990年代後半から、電圧ソースコンバータがHVDCに使用されるようになりました。電圧ソースコンバータは、サイリスタの代わりに絶縁ゲートバイポーラトランジスタを使用します。これらは、非通電のACシステムに電力を供給できます。

HVDCに使用されるほとんどすべてのコンバーターは、本質的にどちらの方向の電力変換でも動作できます。 ACからDCへの電力変換は整流と呼ばれ、DCからACへの電力変換は反転と呼ばれます。

DC機器

直流機器には、DCラインと直列にインダクタンスを追加して直流電流をスムーズにするコイル（ リアクトルと呼ばれる）が含まれていることがよくあります。インダクタンスは通常、0.1 Hから1 Hの間です。平滑リアクトルは、空芯または鉄芯のいずれかを持つことができます。鉄心コイルは、油が充填された高電圧変圧器のように見えます。空芯平滑コイルは似ていますが、高圧送電線の搬送周波数チョークコイルよりもかなり大きく、絶縁体で支えられています。エアコイルには、鉄心コイルよりも音響ノイズが少ないという利点があり、流出油の潜在的な環境上の危険を排除し、一時的な高電流障害条件下で飽和しません。プラントのこの部分には、直流と電圧を測定するための機器も含まれます。

高周波干渉を除去するために、特別な直流フィルターが使用されます。このようなフィルターは、伝送ラインが通信と制御に電力線通信技術を使用する場合、または架空線が人口密集地域を通る場合に必要です。これらのフィルターはパッシブLCフィルターまたはアクティブフィルターで、トランスと保護コンデンサーで結合されたアンプで構成され、ライン上の干渉信号に位相のずれた信号を与え、それをキャンセルします。このようなシステムは、Baltic Cable HVDCプロジェクトで使用されました。

コンバータトランス

コンバータトランスは、AC電源ネットワークの電圧を上げます。トランス巻線のスター-デルタまたは「ワイデルタ」接続を使用して、コンバータはAC電源の各サイクルで12パルスで動作でき、これにより多数の高調波電流成分が除去されます。トランス巻線の絶縁は、大地への大きなDC電位に耐えるように特別に設計する必要があります。コンバータトランスは、1つのユニットとして300メガボルトアンペア（MW）の大きさで構築できます。より大きな変圧器を輸送することは実用的ではないため、より大きな定格が必要な場合は、いくつかの個別の変圧器を一緒に接続します。 2つの3相ユニットまたは3つの単相ユニットのいずれかを使用できます。後者の変形では、1種類の変圧器のみが使用されるため、予備の変圧器の供給がより経済的になります。

コンバータトランスは、サイクルごとにコンバータの4つのステップで高フラックスの電力ステップで動作するため、通常の三相電源トランスよりも多くの音響ノイズを生成します。この影響は、HVDCコンバータステーションの設置場所で考慮する必要があります。ノイズ低減エンクロージャーが適用される場合があります。

無効電力

ライン整流コンバーターを使用する場合、コンバーターステーションは無効電力として電力定格の40％〜60％を必要とします。これは、スイッチドキャパシタのバンクまたは同期コンデンサによって、または適切な発電所が静的インバータプラントの近くにある場合は発電所の発電機によって提供できます。コンバータトランスに、AC電圧制御に十分なタップ範囲を備えたオンロードタップチェンジャがあれば、無効電力の需要を減らすことができます。無効電力要件の一部は、高調波フィルターコンポーネントで供給することができます。

電圧源コンバータは、無効電力と有効電力を生成または吸収できます。通常、追加の無効電力機器は必要ありません。

高調波フィルター

高調波フィルタは、高調波を除去し、ライン整流コンバータステーションで無効電力を生成するために必要です。 6つのパルスライン整流コンバーターを備えたプラントでは、AC側で6n + 1 {\ displaystyle 6n + 1}および6n-1 {\ displaystyle 6n-1}の次数の奇数次高調波が生成されるため、複素高調波フィルターが必要です。 DC側の次数6n {\ displaystyle 6n}の高調波でも同じです。 12のパルスコンバータステーションでは、12n + 1 {\ displaystyle 12n + 1}および12n-1 {\ displaystyle 12n-1}（AC側）または12n {\ displaystyle 12n}（on）の高調波電圧または電流のみDC側）結果。フィルタは、予想される高調波周波数に合わせて調整され、コンデンサとインダクタの直列の組み合わせで構成されます。

一般に、電圧ソースコンバーターは、ライン整流コンバーターよりも低い強度の高調波を生成します。その結果、高調波フィルターは一般的に小さくなるか、完全に省略できます。

高調波フィルターに加えて、30 kHz〜500 kHzの範囲の電力線搬送機器の周波数範囲でスプリアス信号を除去するための機器も提供されます。これらのフィルターは通常、スタティックインバータートランスの交流端子の近くにあります。それらは、負荷電流を流すコイルと、共振回路を形成するための並列コンデンサで構成されています。

特別な場合には、無効電力を生成するために機械のみを使用することが可能です。これは、Volga Hydroelectric StationにあるHVDC Volgograd-Donbassのターミナルで実現されます。

ACスイッチギア

コンバータステーションの三相交流スイッチギアは、AC変電所のものと似ています。コンバータトランス、絶縁スイッチ、接地スイッチの過電流保護用の回路ブレーカー、および制御、測定、保護用の計器用トランスが含まれます。ステーションには、ACシステムの雷サージからAC機器を保護するための避雷器も設置されます。

その他

必要なエリア

伝送定格が600メガワット、伝送電圧が400 kVのコンバーターステーションに必要な面積は、約300 x 300メートル（1000 x 1000フィート）です。低電圧のプラントでは、屋外の高電圧機器の周囲に必要な空間スペースが少なくなるため、必要な接地面積が多少少なくなる場合があります。

ロケーション要因

変換ステーションは、音響ノイズと無線周波数干渉を生成します。壁はノイズ保護を提供する場合があります。すべてのAC変電所と同様に、機器からの油が流出した場合に地下水を汚染しないようにする必要があります。架空送電線にはかなりの面積が必要な場合がありますが、地下ケーブルを使用する場合は削減できます。