A nagyfeszültségű egyenáramú ( HVDC ) átviteli vonalak egyenáramot használnak az elektromosság továbbítására , szemben a gyakoribb AC távvezetékekkel (TL) . A nagyfeszültségű egyenáramú távvezetékek gazdaságosabbak lehetnek, ha nagy mennyiségű villamos energiát továbbítanak nagy távolságokra. A tengeralattjáró távvezetékek egyenáramának alkalmazása elkerüli a meddőteljesítmény elvesztését a kábel nagy kapacitása miatt, amely elkerülhetetlenül előfordul váltóáram használatakor. Bizonyos helyzetekben az egyenáramú vezetékek még rövid távolságokon is hasznosak lehetnek, a berendezések magas költsége ellenére.
Az egyenáramú átviteli vonalak lehetővé teszik az energia szállítását a nem szinkronizált váltakozó áramú áramellátó rendszerek között, és hozzájárulnak a működési megbízhatóság növeléséhez azáltal, hogy megakadályozzák a nagy energiaellátó rendszer különálló részei közötti fázisdeszinkronizálás miatti lépcsőzetes meghibásodásokat . Az egyenáramú átviteli vonalak lehetővé teszik a villamos energia átvitelét a különböző frekvencián, például 50 Hz-en és 60 Hz-en működő AC áramellátó rendszerek között. Ez az átviteli mód növeli az energiarendszerek működésének stabilitását, mivel szükség esetén felhasználhatják a velük nem kompatibilis villamosenergia-rendszerekből származó energiatartalékokat.
A modern HVDC átviteli módszer a svéd ASEA cég által az 1930-as években kifejlesztett technológiát alkalmazza . Az első HVDC-rendszerek egy részét 1950-ben a Szovjetunióban Moszkva és Kashira városai között helyezték üzembe (az Elba projektet német zsákmányolt berendezéseket használtak ), Svédországban pedig 1954-ben a szárazföldtől Gotland szigetéig egy rendszerrel. 10 -20 MW teljesítmény [1] .
A világ leghosszabb HVDC vezetéke jelenleg Brazíliában található, és két vízierőmű ( Santo António és Girão ) által termelt villamos energia továbbítására szolgál São Paulo városával . Teljes hossza 2400 km, teljesítménye 3,15 GW.
A teljesítmény egyenlő a feszültség és az áram szorzatával (P = U * I). Így a feszültség növelésével csökkenthető a vezetéken keresztül továbbított áram, és ennek eredményeként csökkenthető az ennek a teljesítménynek a továbbításához szükséges vezeték keresztmetszete, ami csökkenti az erőátviteli vezetékek költségeit. .
A mai napig nincs mód a DC feszültség széles tartományban történő megváltoztatására nagy veszteségek nélkül. A leghatékonyabb eszköz a feszültség nagyságának változtatására a váltakozó áramú transzformátor . Ezért az összes nagyfeszültségű egyenáramú vezeték bemenetére egy transzformátort kell felszerelni a váltakozó feszültség növelésére és a váltóáram egyenárammá alakítására szolgáló berendezést, a kimeneten pedig az egyenfeszültséget váltóárammá alakító berendezést és egy transzformátort a feszültség csökkentésére. ez az AC.
A nagy teljesítmények egyenáramról váltakozó áramra való átalakításának első módja a motor-generátor rendszer volt , amelyet René Thury svájci mérnök fejlesztett ki . Egyszerűen fogalmazva, a tápvezeték bemenetén az AC motor forgatja az egyenáramú generátort, a kimeneten pedig az egyenáramú motor az AC generátort. Egy ilyen rendszernek meglehetősen alacsony volt a hatékonysága és alacsony a megbízhatósága.
Az egyenáramú távvezetékek gyakorlati alkalmazása csak a higanyegyenirányítónak nevezett nagy teljesítményű elektromos íves készülék megjelenésével vált lehetővé .
Később megjelentek a nagy teljesítményű félvezető eszközök - tirisztorok , szigetelt kapu bipoláris tranzisztorok ( IGBT ), nagy teljesítményű szigetelt kapus térhatású tranzisztorok ( MOSFET -ek ) és lekapcsoló tirisztorok ( GTO -k ).
Az első egyenáramú távvezetéket, amely nagy távolságra továbbítja az elektromosságot, 1882-ben indították el a Miesbach - München vonalon . Gőzgéppel forgó egyenáramú generátorból továbbította az energiát egy üveggyári kemencébe. Az átvitt teljesítmény mindössze 2,5 kW volt, és nem volt DC/AC konverter a vonalon.
Az első, a Rene Thury svájci mérnök által kifejlesztett generátor-motor áramátalakítási módszert alkalmazó távvezetéket 1889-ben építette Olaszországban az Acquedotto de Ferrari-Galliera. A feszültség növelése érdekében a generátor-motor párokat sorba kötöttük. Mindegyik csoportot elszigetelték a talajtól, és a főmotor hajtotta őket. A vezeték egyenárammal működött, minden gépen 5000 V-ig, néhány gépen dupla kapcsoló volt, hogy csökkentsék a feszültséget minden kapcsolón. Ez a rendszer 630 kW teljesítményt továbbított 14 kV állandó feszültség mellett 120 km távolságon [3] [4] .
A Moutiers-Lyon távvezeték 8600 kW vízerőművet szállított 124 mérföldön keresztül, beleértve a 6 mérföld földkábelt. Az áram átalakítására nyolc, kettős kapcsolóval sorba kapcsolt generátort használtak, amelyek a kimeneten 150 kV feszültséget produkáltak. Ez a vonal körülbelül 1906 és 1936 között működött.
1913-ig a világon tizenöt , 100 kV-os állandó feszültséggel üzemelő Thuri rendszer [5] távvezetéke működött, amelyeket az 1930-as évekig használtak, de a forgó elektromos gépek megbízhatatlanok, költségesek voltak és alacsonyak voltak. hatékonyság. A 20. század első felében más elektromechanikus eszközöket is kipróbáltak, de ezek nem terjedtek el [6] .
A nagy egyenfeszültség alacsony feszültséggé alakításához először a sorosan kapcsolt akkumulátorok töltését javasolták , majd párhuzamosan csatlakoztatva a fogyasztóhoz [7] . A 20. század elején legalább két egyenáramú vezeték működött ezen az elven, de ezt a technológiát nem fejlesztették tovább az akkumulátorok korlátozott kapacitása, a nem hatékony töltési/kisütési ciklus, valamint a soros és a sorozatok közötti váltás nehézségei miatt. párhuzamos kapcsolat.
1920 és 1940 között higanyszelepeket használtak az áram átalakítására. 1932-ben a General Electric a New York állambeli Mechanicville-ben higanyszelepeket szerelt fel egy 12 kV-os egyenáramú vezetékre, amelyet arra is használtak, hogy a generált 40 Hz-es váltakozó áramot 60 Hz-es váltakozó terhelésű árammá alakítsák át. 1941-ben egy 115 kilométeres, 60 MW teljesítményű, +/-200 kV feszültségű földalatti kábelvonalat fejlesztettek ki Berlin városa számára higanyszelepekkel ( Elbe Project ), de a náci Németország összeomlása miatt 1945-ben a projekt nem fejeződött be [8] . A kábel használatát azzal magyarázták, hogy a háború idején a földalatti kábel kevésbé volt látható célpontja a bombázásoknak. A berendezéseket a Szovjetunióba vitték és ott helyezték üzembe 1950-ben [9] .
A higanyszelepek további használata 1954-ben a modern nagyfeszültségű egyenáramú távvezetékek kezdetét jelentette. Az első ilyen távvezetéket az ASEA építette Svédország szárazföldi része és Gotland szigete között. A higanyszelepeket minden 1975 előtt épített távvezetéken alkalmazták, de később félvezető eszközökre cserélték. 1975-től 2000-ig A tirisztorokat széles körben használták az áram átalakítására, amelyeket jelenleg aktívan felváltanak térhatású tranzisztorok [10] . A megbízhatóbb félvezető eszközökre való átállással több tucat víz alatti nagyfeszültségű egyenáramú vezetéket fektettek le.
Jelenleg csak két higanyszelepes átalakítós vezeték maradt a világon, a többit leszerelték, vagy tirisztoros átalakítóra cserélték. A higanyszelepeket az Új-Zéland északi és déli szigetei közötti távvezetékeken, valamint a kanadai Vancouver-szigeti távvezetékeken használják.
A nagyfeszültségű egyenáramú távvezetékek fő előnye, hogy nagy mennyiségű villamos energiát képesek nagy távolságra, kisebb veszteséggel továbbítani, mint az AC távvezetékek. A hálózati feszültségtől és az áramátalakítás módjától függően a veszteség akár 3%-kal is csökkenthető 1000 km-enként. Az energia nagyfeszültségű egyenáramú távvezetéken keresztül történő átvitele lehetővé teszi a terhelés teljesítménycsomópontjaitól távol eső villamosenergia-források hatékony felhasználását.
Egyes esetekben a nagyfeszültségű egyenáramú tápvezeték hatékonyabb, mint a váltakozó áramú vezeték:
A hosszú tengeralattjáró kábelek nagy kapacitással rendelkeznek . Bár ennek a ténynek minimális jelentősége van az egyenáramú átvitelnél, a váltakozó áram hajlamos feltölteni és kisütni a kábel kapacitását, ami további teljesítményveszteséget okoz. Ezenkívül a váltakozó áramot a dielektromos veszteségek fogyasztják.
A nagyfeszültségű egyenáramú távvezeték több energiát tud továbbítani a vezető mentén , mivel egy adott névleges teljesítmény mellett az egyenáramú vezeték egyenfeszültsége alacsonyabb, mint az AC vezeték csúcsfeszültsége. Az AC teljesítmény határozza meg az RMS feszültséget, de ez csak körülbelül 71%-a a maximális csúcsfeszültségnek, ami meghatározza a tényleges szigetelésvastagságot és a vezetők közötti távolságot. Mivel az egyenáramú vezeték effektív feszültsége egyenlő, így 41%-kal több teljesítményt lehet továbbvinni egy meglévő távvezetéken, amelynek vezetékei és szigetelése megegyezik a váltakozó árammal, csökkentve ezzel a költségeket.
Mivel a HVDC lehetővé teszi a teljesítmény átvitelét a nem szinkronizált váltakozóáramú elosztórendszerek között, növeli a rendszer stabilitását azáltal, hogy megakadályozza, hogy a balesetek az áramellátó rendszer egyik részéből a másikba kerüljenek. Az AC elektromos hálózat egyes részeinek szinkronizálását okozó terhelésváltozások nem érintik az egyenáramú vezetéket, és az egyenáramú vezetéken áthaladó áram stabilizálja a váltakozó áramú elektromos hálózatot. Az egyenáramú vezetéken áthaladó áram nagysága és iránya közvetlenül beállítható és megváltoztatható, hogy fenntartsa a váltóáramú elektromos hálózatok kívánt állapotát a DC vezeték mindkét végén.
A nagyfeszültségű egyenáramú átviteli vonal fő hátránya, hogy az áram típusát váltakozó áramról DC-re és fordítva kell átalakítani. Az ehhez használt eszközök drága pótalkatrészeket igényelnek, mivel ezek tulajdonképpen minden vonalon egyediek.
Az áramátalakítók drágák és korlátozott túlterhelési kapacitással rendelkeznek. Kis távolságokon a konverterek veszteségei nagyobbak lehetnek, mint egy hasonló teljesítményű váltakozó áramú átviteli vezetéknél.
A váltakozó áramú átviteli vonalakkal ellentétben a többterminális egyenáramú átviteli vonalak megvalósítása rendkívül nehéz, mivel a meglévő áramkörök többterminálisra történő bővítését igényli. A többterminálos egyenáramú rendszerben az áramáramlás szabályozása jó kommunikációt kíván az összes fogyasztó között. A nagyfeszültségű egyenáramú megszakítók bonyolultabbak, mivel az érintkezők kinyitása előtt az áramkörben lévő áramot nullára kell csökkenteni, különben elektromos ív képződik, ami az érintkezők túlzott kopásához vezet. Az elágazó vonalak ritkák. Egyikük a Hydro Quebec - New England rendszerben működik Radissontól Sandy Pondig [12] . Egy másik rendszer a Szardíniát és a szárazföldi Olaszországot összekötő távvezeték, amelyet 1989-ben újjáépítettek Korzika szigetének áramellátása érdekében [13] .
A nagyfeszültségű egyenáramú távvezetékek fejlesztői, például az Alstom Grid , a Siemens és az ABB általában nem tesznek közzé információkat a projekt költségeiről, mivel ezek az információk üzleti titoknak minősülnek.
A költségek nagymértékben eltérnek a projekt sajátosságaitól, például a teljesítménytől, a vezeték hosszától, a felső vagy víz alatti útvonaltól, a földköltségtől és a váltóáramú áramhálózat módosításától függően a vezeték mindkét végén. Szükség lehet az egyenáramú vezeték és a váltakozó áramú vonal költségének részletes összehasonlítására. Ahol az egyenáramú vezeték műszaki előnyei nem játszanak szerepet, a választás a lehetőségek gazdaságos összehasonlításával történik.
Egyes projektek alapján kiemelhető néhány információ az egyenáramú távvezeték-projekt költségeiről:
A La Manche csatorna alatti 8 GW-os, 40 km-es vezeték esetében az 500 kV-os, 2000 MW teljesítményű bipoláris HVDC vezeték elsődleges berendezéseinek hozzávetőleges költsége (kivéve a bekötőutak, a parti munkák, a koordináció, a gépek, a biztosítás stb.) -ig: átalakító állomások - ~110 millió GBP, tenger alatti kábel + telepítés - ~1 millió GBP/km[ a tény jelentősége? ] .
Tehát egy Anglia és Franciaország közötti, 8 GW kapacitású négyvezetékes távvezeték esetében a szerelési munkák költsége valamivel több mint 750 millió GBP volt. Ezenkívül 200-300 millió GBP-t költöttek további parti munkákra [14].[ a tény jelentősége? ] .
A korábbi HVDC vonalak higany egyenirányítókat használtak , amelyek megbízhatatlanok voltak. Két higany egyenirányítót használó HVDC egység továbbra is üzemel (2008-tól). A tirisztorokat először az 1960-as években használták a HVDC eszközökben. A tirisztor egy diódához hasonló félvezető eszköz , de egy további kimenettel - egy vezérlőelektródával, amelyet az eszköz egy adott időpontban történő bekapcsolására használnak. Szigetelt kapu bipoláris tranzisztorokat (IGBT) is használnak , amelyek jobb szabályozhatósággal rendelkeznek, de drágábbak.
Mivel a HVDC készülékekben a feszültség egyes esetekben eléri a 800 kV-ot is, ami meghaladja a félvezető eszköz áttörési feszültségét, ezért a HVDC konvertereket nagyszámú sorba kapcsolt félvezető eszköz felhasználásával építik.
A tirisztorok be- és kikapcsolására szolgáló kisfeszültségű vezérlőáramköröket galvanikusan le kell választani a tápvezeték magas feszültségeitől. Ez az elválasztás jellemzően optikai, közvetlen vagy közvetett. Egy közvetett vezérlőrendszerben az alacsony feszültségű vezérlőelektronika fényimpulzusokat küld optikai szálon keresztül a nagyfeszültségű vezérlőelektronikának. A közvetlen változatban nincs szükség a nagyfeszültségű oldalon lévő elektronikára: a vezérlőelektronika fényimpulzusai közvetlenül kapcsolják a fototirisztorokat .
A komplett kapcsolóelemet, függetlenül annak kialakításától, általában szelepnek nevezik.
A rektifikálás és az inverzió lényegében ugyanazokat az aggregátumokat használja. Sok alállomás úgy van beállítva, hogy egyenirányítóként és inverterként is működjön. A váltakozó áramú vonal oldalán egy transzformátorkészlet, gyakran három különálló egyfázisú transzformátor választja le az átalakító állomást a váltakozó áramú hálózatról, földelést és megfelelő egyenfeszültséget biztosítva. Ezeknek a transzformátoroknak a kimenetei egy nagyszámú szelepből kialakított hídáramkörben csatlakoznak az egyenirányítókhoz. Az egyenirányító alapkonfigurációja hat szelepet tartalmaz. Az áramkör hatvan fokos fáziseltolással működik, így az egyenirányított feszültség jelentős számú harmonikust tartalmaz.
A harmonikus kompozíció javítása érdekében 12 kapus áramkört (tizenkét impulzusos üzemmód) használnak. Az átalakító transzformátornak két szekunder tekercselése van (vagy két transzformátort használnak), amelyek közül az egyik csillag, a másik delta kapcsolású, ezáltal 30 fokos fáziseltolódást biztosít a transzformátor szekunder tekercseinek feszültségei között. Mindegyik szekunder tekercshez egy egyenirányító híd csatlakozik, amely 6 szelepet tartalmaz, amelyek egyenáramú kimenetei össze vannak kötve. Ez tizenkét impulzusú üzemmódot biztosít a legjobb harmonikus tartalommal.
Az átalakító transzformátorok mellett a vonalreaktív komponens jelenléte segíti a harmonikusok szűrését.
Monopoláris áramkörben az egyenirányító egyik vezetéke földelve van. A másik, föld feletti vagy alatti elektromos potenciállal rendelkező kapocs a tápvezetékre csatlakozik. A földelt kapocs csatlakoztatható az inverter állomás megfelelő kivezetéséhez egy második vezetéken keresztül, de lehet, hogy nem.
Második fémvezető hiányában a fordított áram a földben folyik a két alállomás földelt kivezetései között. Tehát ez egy vezetékes test visszatérő áramkör. A talajban vagy vízben folyó áramlatok a következők:
Ezek a hatások kiküszöbölhetők, ha a monopoláris vezeték mindkét konverterének földelt kapcsai közé fém visszatérő vezetéket szerelnek fel. Mivel ezek a kivezetések földeltek, nem kell a visszatérő vezeték szigetelését teljes átviteli feszültségre állítani, így a visszatérő vezeték olcsóbb, mint egy nagyfeszültségű vezető. A fém visszavezető vezeték használatára vonatkozó döntés gazdasági, műszaki és környezeti tényezőkön alapul [15] .
A jelenlegi egypólusú felsővezeték-hálózatok körülbelül 1500 MW-ot továbbítanak. Földalatti vagy tenger alatti kábel használata esetén a szokásos érték 600 MW.
A legtöbb monopoláris rendszert úgy tervezték, hogy a jövőben kibővítsék a bipoláris áramkört. Az elektromos vezetéktornyok úgy is kialakíthatók, hogy két vezetéket hordozzanak, még akkor is, ha kezdetben csak egy vezetéket használnak egy monopoláris rendszerben. A második vezetéket nem használják, vagy egy másikkal párhuzamosan használják (mint a balti kábel esetében).
A bipoláris átvitel ellentétes polaritású vezetőpárt használ, amelyek mindegyike nagy feszültséget visz a földre. A bipoláris távvezeték költsége magasabb, mint a monopoláris visszatérő áramköré, mivel mindkét vezetőt teljes feszültségre kell szigetelni. A bipoláris átvitel előnyei azonban vonzóbbá teszik, mint a monopoláris átvitel. Normál terhelés mellett elhanyagolható áramok folynak a földben, mint a fém visszatérő vezetékes monopoláris átvitelnél. Ez csökkenti a talajban keletkező veszteségeket és csökkenti a környezetterhelést. Egy bipoláris rendszer valamelyik vezetékén bekövetkező meghibásodás esetén tovább tud működni, a névleges teljesítmény hozzávetőleg felét egy ép vezetéken továbbítja monopoláris üzemmódban, visszatérő vezetékként földet használva. Nagyon kedvezőtlen terepen a második vezetéket független erőátviteli tornyokra lehet fektetni, így ha valamelyik vezeték megsérül, az áram egy része a fogyasztóhoz kerül. Mivel egy adott névleges teljesítmény mellett a monopoláris vezeték áramának csak a fele folyik át egy bipoláris vezeték minden egyes vezetőjén, ezért az egyes vezetők költsége alacsonyabb, mint egy azonos teljesítményű monopoláris vezeték nagyfeszültségű vezetőjének költsége.
A bipoláris eszköz opcionálisan fém visszatérő vezetékkel is felszerelhető.
A bipoláris eszközök +/-600 kV-on 3200 MW-ig képesek továbbítani. Az eredetileg monopolárisnak épített tenger alatti kábelvonal további kábelekkel bővíthető és bipoláris üzemmódban üzemelhet.
Az egyenáramú kapcsolat olyan állomás, amelyben mind az inverterek, mind az egyenirányítók ugyanazon a helyen, általában ugyanabban az épületben vannak. Az egyenáramú vezetéket a lehető legrövidebbre kell tartani. Az egyenáramú betéteket a következőkre használják: különböző frekvenciájú fővezetékek összekötésére (mint Japánban), két azonos névleges frekvenciájú, de eltérő nem rögzített fáziseltolású elektromos hálózat összekapcsolására (mint 1995/96 előtt Etzenricht településen ).
A közbenső DC kör áramkörében a DC feszültség értéke a rövid vezetékhossz miatt szabadon választható. Általában a DC feszültséget a lehető legalacsonyabbra választják, hogy kisebb átalakító helyiséget építsenek ki, és elkerüljék a szelepek soros csatlakoztatását. Ugyanezen okból nagyáramú szelepeket használnak az egyenáramú körben.
A leggyakoribb HVDC vonali konfiguráció két inverter / egyenirányító átalakító állomás , amelyeket egy felsővezeték köt össze. Ugyanezt a konfigurációt gyakran használják szinkronizálatlan energiarendszerek összekapcsolásakor, nagy távolságra történő energiaátvitelnél és tenger alatti kábeleknél.
Ritka a kettőnél több pontot összekötő többterminális HVDC vonal. A többterminálos rendszer konfigurációja lehet soros, párhuzamos vagy hibrid (soros-párhuzamos). A párhuzamos konfigurációt gyakrabban használják a nagy erőművekből származó teljesítmény átvitelére, és a soros konfigurációt a kisebb erőművekből. Például az 1992-ben megnyitott 2000 MW-os Quebec-New England rendszer jelenleg a világ legnagyobb többterminális HVDC rendszere [16] .
A 2004-ben szabadalmaztatott rendszer a meglévő váltakozóáramú átviteli vezetékek HVDC-re való átalakítására szolgál. Az áramkör három vezetőjéből kettő bipoláris üzemmódban működik. A harmadik vezetéket párhuzamos monopólusként használják fordított szelepekkel (párhuzamos szelepek fordított polaritással). A párhuzamos monopólus időszakosan csökkenti az egyik vagy a másik pólusról érkező áramot úgy, hogy néhány percre megfordítja a polaritást. A polaritás felcserélése nélkül egy párhuzamos monopólusú rendszerben, amely +/-100%-ban termikusan terhelt lenne, a bipoláris vezetők 137%-ban vagy 37%-ban terheltek lennének. Polaritásváltás esetén a teljes RMS termikus hatás megegyezik azzal, mintha mindegyik vezető névleges árammal működne. Ez lehetővé teszi nagy áramok átvezetését a bipoláris vezetőkön, és a harmadik vezető legteljesebb felhasználását az erőátvitelhez. Még akkor is, ha alacsony az energiafogyasztás, nagy áramok keringtethetők a vonalvezetékeken, hogy jégmentesítsék azokat.
Egy meglévő váltakozó áramú vezeték hárompólusú rendszerré alakítása lehetővé teszi akár 80%-kal több teljesítmény átvitelét ugyanazon a fázisfeszültségen ugyanazon távvezetéken, tornyokon és vezetékeken. Egyes váltakozó áramú vezetékek nem terhelhetők a termikus határig a rendszerstabilitási, megbízhatósági és meddőteljesítmény-problémák miatt, amelyek nem léteznek a HVDC vonalon.
A hárompólusú rendszer visszatérő vezeték nélkül működik. Mivel az átalakító vagy a vezető egyik pólusának meghibásodása csak csekély teljesítményvesztéssel jár, és a földben nem folyik fordított áram, ennek az áramkörnek a megbízhatósága magas, nincs szükség kapcsolási időre.
2005-ig a meglévő váltóáramú vezetékeket nem alakították át hárompólusú rendszerré, bár Indiában egy átviteli vonalat alakítottak át bipoláris HVDC-vé.
A koronakisülés a független gázkisülés jellegzetes formája, amely élesen inhomogén mezőben fordul elő. Ez a jelenség jelentős teljesítményveszteséget okozhat, hallható és rádiófrekvenciás interferenciát, mérgező keverékeket, például nitrogén-oxidokat és ózont, valamint látható fényt kelthet.
Mind a váltakozó, mind az egyenáramú vezetékek képesek koronakisülést létrehozni, az első esetben rezgő részecskék formájában, az utóbbiban állandó áramlásban. A koronakisülés olyan teljesítményveszteséget okoz, amely körülbelül a fele lehet az azonos mennyiségű energiát szállító nagyfeszültségű váltakozó áramú vezeték egységnyi hosszára eső veszteségeknek. Monopoláris átvitelnél a vezető polaritás megválasztását a koronakisülések keletkezésének mértéke, a környezetre gyakorolt hatás határozza meg. A negatív koronakisülések lényegesen több ózont termelnek, mint a pozitív nagyságrendű koronakisülések, ami hatással van az egészségre. A pozitív feszültség használata csökkenti a monopoláris HVDC vezeték által termelt ózon mennyiségét.
Az energiaáramlás szabályozásának képessége, a nem szinkronizált váltakozó áramú rendszerek csatlakoztatása, valamint a tengeralattjáró kábelekkel történő energiaátvitel hatékony felhasználása vonzóvá teszi a HVDC rendszereket nemzetközi szinten is. A szélerőművek gyakran 10-12 km-re találhatók a parttól (és néha távolabb is), és tenger alatti kábelekre és a kapott energia szinkronizálására van szükség. Ha az áramot nagyon nagy távolságokra továbbítja, például Szibéria távoli területein , Kanadában és a skandináv északi részén, a választás általában a HVDC vonal alacsonyabb költsége felé hajlik. A HVDC rendszerek egyéb alkalmazásait fentebb említettük.
A váltakozó áramú vezetékek csak olyan szinkronizált váltakozó áramú elektromos hálózatokat kapcsolhatnak össze, amelyek azonos frekvencián és fázisban működnek. Sok olyan zóna, amely hajlandó megosztani az energiát, nem szinkronizált elektromos hálózattal rendelkezik. Nagy-Britannia , Észak-Európa és a kontinentális Európa villamosenergia- rendszerei nem egyesülnek egyetlen szinkronizált elektromos hálózatban. Japánban 60 Hz- es és 50 Hz-es elektromos hálózatok vannak. A 60 Hz-en futó kontinentális Észak-Amerika olyan területekre van felosztva, amelyek nincsenek szinkronban: Kelet, Nyugat, Texas, Quebec és Alaszka. Brazília és Paraguay , amelyek osztoznak a hatalmas Itaipu vízerőműben , 60 Hz-en, illetve 50 Hz-en üzemelnek. A HVDC eszközök lehetővé teszik a nem szinkronizált váltakozó áramú elektromos hálózatok összekapcsolását, valamint a váltakozó feszültség és a meddő teljesítmény szabályozásának lehetőségét.
A hosszú váltakozó áramú vezetékkel csatlakoztatott generátor instabillá válhat, és kieshet a szinkronból egy távoli váltakozó áramú áramellátó rendszerrel. A HVDC vonal lehetővé teszi a távoli erőművek használatát. A tengeri szélerőműparkok nagyfeszültségű egyenáramú eszközöket használhatnak arra, hogy nagyszámú nem szinkronizált generátorból gyűjtsenek energiát, hogy egy tenger alatti kábelen keresztül továbbítsák a partra.
Általában azonban egy HVDC tápvezeték köti össze a váltakozó áramú áramellátó rendszer két áramelosztási területét. Az AC és DC között átalakító eszközök nagymértékben növelik az átvitt energia költségét. Egy bizonyos távolság felett (kb. 50 km tengeralattjáró kábeleknél, és körülbelül 600–800 km légvezetékeknél) a HVDC elektromos vezetékek alacsonyabb költsége meghaladja az elektronika költségeit.
Az átalakító elektronika az energia mennyiségének és áramlásának szabályozásával az energiarendszer hatékony szabályozását is lehetővé teszi, ami további előnyt jelent a HVDC vonalak meglétében - az energiarendszer stabilitásának potenciális növelésében.
A szigetelt kapu bipoláris tranzisztorok (IGBT) és a kikapcsoló tirisztorok (GTO) fejlesztése gazdaságosabbá tette a kis HVDC rendszereket. Beépíthetők a meglévő váltakozó áramú áramellátó rendszerekbe, hogy stabilizálják a teljesítményt a rövidzárlati áram növelése nélkül, mint egy további váltakozó áramú átviteli vezeték telepítése esetén. Az ilyen eszközöket az ABB és a Siemens fejlesztette ki, és ezek neve „HVDC Light”, illetve „HVDC PLUS”. Az ilyen eszközök alkalmazása kiterjesztette a HVDC alkalmazását több tíz megawattos egységekre és több kilométeres felsővezetékre. A két technológia közötti különbség az önálló feszültséginverter (VSI) koncepciójában rejlik, míg a "HVDC Light" impulzusszélesség-modulációt használ , a "HVDC PLUS" pedig többszintű inverteren készül.