O linie de transmisie de curent continuu de înaltă tensiune ( HVDC ) utilizează curent continuu pentru a transmite electricitate , spre deosebire de liniile de transmisie de curent alternativ (TL) mai comune . Liniile de transmisie DC de înaltă tensiune pot fi mai economice atunci când transmit cantități mari de energie electrică pe distanțe lungi. Utilizarea curentului continuu pentru liniile de transmisie submarine evită pierderea puterii reactive din cauza capacității mari a cablului care apare inevitabil la utilizarea curentului alternativ. În anumite situații, liniile de curent continuu pot fi utile chiar și pe distanțe scurte, în ciuda costului ridicat al echipamentelor.
Liniile de transmisie CC permit transportarea energiei între sistemele de alimentare CA nesincronizate și, de asemenea, ajută la creșterea fiabilității operaționale prin prevenirea defecțiunilor în cascadă din cauza desincronizării de fază între părți separate ale unui sistem de alimentare mare. Liniile de transmisie DC permit, de asemenea, transferul de energie electrică între sistemele de alimentare cu curent alternativ care funcționează la frecvențe diferite, cum ar fi 50 Hz și 60 Hz. Această metodă de transmisie crește stabilitatea funcționării sistemelor de alimentare, deoarece, dacă este necesar, acestea pot folosi rezervele de energie din sistemele de energie care sunt incompatibile cu acestea.
Metoda modernă de transmisie HVDC utilizează tehnologia dezvoltată în anii 1930 de compania suedeză ASEA . Unele dintre primele sisteme HVDC au fost puse în funcțiune în Uniunea Sovietică în 1950 între orașele Moscova și Kashira (a fost folosit echipamentul capturat german Project Elba ), iar în Suedia în 1954 de pe continent până în insula Gotland , cu un sistem capacitate de 10 -20 MW [1] .
Cea mai lungă linie HVDC din lume se află în prezent în Brazilia și servește la transmiterea energiei electrice generate de două centrale hidroelectrice ( Santo António și Girão ) cu orașul São Paulo . Lungimea sa totală este de 2400 km, puterea este de 3,15 GW.
Puterea este egală cu produsul dintre tensiune și curent (P = U * I). Astfel, prin creșterea tensiunii, este posibil să se reducă curentul transmis prin fir și, ca urmare, se poate reduce secțiunea transversală a firului necesară transmiterii acestei puteri, ceea ce va reduce costul liniilor de transmisie a energiei electrice. .
Până în prezent, nu există nicio modalitate de a modifica tensiunea DC pe o gamă largă fără pierderi mari. Cel mai eficient dispozitiv pentru modificarea mărimii tensiunii este un transformator de curent alternativ . Prin urmare, la intrarea tuturor liniilor de curent continuu de înaltă tensiune, este instalat un transformator pentru a crește tensiunea CA și echipament pentru conversia CA în CC, iar la ieșire, echipament pentru conversia CC în CA și un transformator pentru a reduce tensiunea de acest AC.
Prima modalitate de a converti puteri mari din curent continuu în curent alternativ și invers a fost sistemul motor-generator , dezvoltat de inginerul elvețian René Thury . În termeni simpli, la intrarea liniei de alimentare, motorul de curent alternativ rotește generatorul de curent continuu, iar la ieșire, motorul de curent continuu rotește generatorul de curent alternativ. Un astfel de sistem avea o eficiență destul de scăzută și o fiabilitate scăzută.
Utilizarea practică a liniilor de curent continuu a devenit posibilă numai odată cu apariția unui aparat electric cu arc puternic numit redresor cu mercur .
Mai târziu, au apărut dispozitive semiconductoare de mare putere - tiristoare , tranzistoare bipolare cu poartă izolată ( IGBT ), tranzistoare cu efect de câmp cu poartă izolată de mare putere ( MOSFET ) și tiristoare de oprire ( GTO ).
Prima linie de transmisie în curent continuu care a transmis energie electrică pe distanțe lungi a fost lansată în 1882 pe linia Miesbach - München . Acesta a transmis energie de la un generator de curent continuu rotit cu o mașină de abur la un cuptor din fabrică de sticlă. Puterea transmisă a fost de numai 2,5 kW și nu existau convertoare DC/AC pe linie.
Prima linie de transmisie folosind metoda de conversie a curentului generator-motor dezvoltată de inginerul elvețian Rene Thury a fost construită în 1889 în Italia de Acquedotto de Ferrari-Galliera. Pentru a crește tensiunea, perechile generator-motor au fost conectate în serie. Fiecare grup a fost izolat de sol și condus de motorul principal. Linia mergea pe curent continuu, până la 5000 V pe fiecare mașină, unele mașini aveau întrerupătoare duble pentru a reduce tensiunea pe fiecare întrerupător. Acest sistem transmitea o putere de 630 kW la o tensiune constantă de 14 kV pe o distanță de 120 km [3] [4] .
Linia de transport Moutiers-Lyon a transportat 8.600 kW de energie hidroelectrică pe o distanță de 124 de mile, inclusiv 6 mile de cablu subteran. Pentru a converti curentul s-au folosit opt generatoare conectate în serie cu întrerupătoare duble, care produceau o tensiune de 150 kV la ieșire. Această linie a funcționat aproximativ din 1906 până în 1936.
Până în 1913, în lume funcționau cincisprezece linii de transport electric ale sistemului Thuri [5] , care funcționează la o tensiune constantă de 100 kV, care au fost utilizate până în anii 1930, dar mașinile electrice rotative erau nesigure, costisitoare de întreținut și aveau un nivel scăzut. eficienţă. În prima jumătate a secolului al XX-lea s-au încercat și alte dispozitive electromecanice, dar nu au fost utilizate pe scară largă [6] .
Pentru a converti o tensiune DC înaltă într-una scăzută, s-a propus mai întâi încărcarea bateriilor conectate în serie , apoi conectarea lor în paralel și conectarea la consumator [7] . La începutul secolului al XX-lea, existau cel puțin două linii de curent continuu care foloseau acest principiu, dar această tehnologie nu a fost dezvoltată în continuare din cauza capacității limitate a bateriilor, a unui ciclu de încărcare/descărcare ineficient și a dificultății de a comuta între serie și conexiune paralelă.
Între 1920 și 1940 supapele de mercur au fost folosite pentru a converti curentul. În 1932, General Electric a instalat supape de mercur în Mechanicville, New York pe o linie de curent continuu de 12 kV, care a fost folosită și pentru a converti curentul alternativ de 40 Hz generat într-un curent de sarcină alternativă de 60 Hz. În 1941, a fost dezvoltată o linie de cablu subterană de 115 kilometri, cu o putere de 60 MW, tensiune +/- 200 kV, pentru orașul Berlin , folosind supape de mercur ( Proiectul Elbe ), dar din cauza prăbușirii Germaniei naziste în 1945, proiectul nu a fost finalizat [8] . Utilizarea cablului a fost explicată prin faptul că în timpul războiului cablul subteran ar fi o țintă mai puțin vizibilă pentru bombardamente. Echipamentul a fost dus în Uniunea Sovietică și pus în funcțiune acolo în 1950 [9] .
Utilizarea în continuare a supapelor cu mercur în 1954 a marcat începutul liniilor moderne de transmisie de curent continuu de înaltă tensiune. Prima astfel de linie de transmisie a fost construită de ASEA între Suedia continentală și insula Gotland. Supapele cu mercur au fost folosite pe toate liniile de transmisie construite înainte de 1975, dar ulterior au fost înlocuite cu dispozitive semiconductoare. Din 1975 până în 2000 tiristoarele au fost utilizate pe scară largă pentru a converti curentul, care sunt acum înlocuite în mod activ cu tranzistoare cu efect de câmp [10] . Odată cu trecerea la dispozitive semiconductoare mai fiabile, au fost instalate zeci de linii electrice subacvatice de înaltă tensiune DC.
În acest moment, în lume au mai rămas doar două linii electrice cu convertoare cu supapă de mercur, toate celelalte au fost demontate sau înlocuite cu convertoare tiristoare. Supapele cu mercur sunt utilizate pe liniile electrice dintre Insulele de Nord și de Sud ale Noii Zeelande și pe linia electrică de pe Insula Vancouver din Canada.
Principalul avantaj al liniilor de transmisie de curent continuu de înaltă tensiune este capacitatea de a transmite cantități mari de energie electrică pe distanțe lungi cu pierderi mai mici decât liniile de transmisie de curent alternativ. În funcție de tensiunea liniei și de metoda de conversie a curentului, pierderile pot fi reduse cu până la 3% la 1000 km. Transmiterea energiei printr-o linie de transmisie de curent continuu de înaltă tensiune face posibilă utilizarea eficientă a surselor de energie electrică aflate la distanță de nodurile de putere ale sarcinii.
În unele cazuri, o linie de curent continuu de înaltă tensiune este mai eficientă decât o linie de curent alternativ:
Cablurile submarine lungi au o capacitate mare . În timp ce acest fapt este de o importanță minimă pentru transmisia de curent continuu, curentul alternativ tinde să încarce și să descarce capacitatea cablului, provocând pierderi suplimentare de putere. În plus, puterea de curent alternativ este consumată de pierderile dielectrice .
O linie de transmisie DC de înaltă tensiune poate transmite mai multă putere de-a lungul conductorului , deoarece pentru o putere nominală dată, tensiunea DC în linia DC este mai mică decât tensiunea de vârf din linia AC. Puterea AC determină tensiunea RMS, dar este doar aproximativ 71% din tensiunea maximă de vârf, ceea ce determină grosimea reală a izolației și distanța dintre conductori. Deoarece linia de curent continuu are o tensiune rms egală, este posibil să transporte cu 41% mai multă putere peste o linie de transmisie existentă cu conductori și izolație de aceeași dimensiune ca și ca, reducând costurile.
Deoarece HVDC permite transferul energiei între sistemele de distribuție AC nesincronizate, crește stabilitatea sistemului prin prevenirea accidentelor de la o parte a sistemului de alimentare la alta. Modificările de sarcină care provoacă desincronizarea unor părți ale rețelei electrice de curent alternativ nu vor afecta linia de curent continuu, iar fluxul de putere prin linia de curent continuu va stabiliza rețeaua electrică de curent alternativ. Mărimea și direcția fluxului de putere prin linia de curent continuu pot fi ajustate și modificate direct pentru a menține starea necesară a rețelelor electrice de curent alternativ la ambele capete ale liniei de curent continuu.
Principalul dezavantaj al unei linii de transmisie DC de înaltă tensiune este necesitatea de a converti tipul de curent din AC în DC și invers. Dispozitivele folosite pentru aceasta necesită piese de schimb scumpe, deoarece acestea sunt, de fapt, unice pentru fiecare linie.
Convertizoarele de curent sunt scumpe și au o capacitate limitată de suprasarcină. La distanțe scurte, pierderile în convertoare pot fi mai mari decât într-o linie de transmisie AC de putere similară.
Spre deosebire de liniile de transmisie AC, implementarea liniilor de transmisie DC cu mai multe terminale este extrem de dificilă, deoarece necesită extinderea circuitelor existente la cele multiterminale. Controlul fluxului de putere într-un sistem DC cu mai multe terminale necesită o bună comunicare între toți consumatorii. Întreruptoarele de curent continuu de înaltă tensiune sunt mai complexe, deoarece înainte de deschiderea contactelor, curentul din circuit trebuie redus la zero, altfel se formează un arc electric, ducând la uzura excesivă a contactelor. Liniile ramificate sunt rare. Unul dintre ei lucrează în sistemul Hydro Quebec - New England de la Radisson până la Sandy Pond [12] . Un alt sistem este linia de transport care leagă Sardinia și Italia continentală, care a fost reconstruită în 1989 pentru a furniza energie electrică insulei Corsica [13] .
De obicei, dezvoltatorii de linii de transmisie DC de înaltă tensiune, cum ar fi Alstom Grid , Siemens și ABB , nu publică informații despre costul proiectului, deoarece aceste informații sunt un secret comercial.
Costul variază foarte mult în funcție de specificul proiectului, cum ar fi puterea nominală, lungimea liniei, traseul aerian sau subacvatic, costul terenului și modificarea rețelei de curent alternativ la fiecare capăt al liniei. Poate fi necesară o comparație detaliată a costului unei linii DC cu costul unei linii AC. Acolo unde avantajele tehnice ale unei linii de curent continuu nu joacă un rol, alegerea se face prin compararea economică a opțiunilor.
Pe baza unor proiecte, pot fi evidențiate câteva informații despre costul unui proiect de linie de transport DC:
Pentru o linie de 8 GW 40 km sub Canalul Mânecii, costul aproximativ al echipamentului primar pentru o linie HVDC bipolară de 500 kV cu o capacitate de 2000 MW (excluzând drumurile de acces, lucrările de mal, coordonare, utilaje, asigurări etc.) s-a ridicat. către: stații de conversie - ~110 M£, cablu submarin + instalație - ~1 M£/km[ semnificația faptului? ] .
Deci, pentru o linie de transmisie cu patru linii între Anglia și Franța, cu o capacitate de 8 GW, costul lucrărilor de instalare a fost puțin mai mare de 750 de milioane de lire sterline. De asemenea, 200-300 de milioane de lire sterline au fost cheltuite pentru lucrări suplimentare de coastă [14][ semnificația faptului? ] .
Liniile HVDC anterioare foloseau redresoare cu mercur , care nu erau de încredere. Două unități HVDC care utilizează redresoare cu mercur sunt încă în funcțiune (din 2008). Tiristoarele au fost folosite pentru prima dată în dispozitivele HVDC în anii 1960. Un tiristor este un dispozitiv semiconductor similar cu o diodă , dar cu o ieșire suplimentară - un electrod de control, care este folosit pentru a porni dispozitivul la un anumit moment în timp. De asemenea, sunt utilizați tranzistori bipolari cu poartă izolată (IGBT) , care au o controlabilitate mai bună, dar sunt mai scumpe.
Deoarece tensiunea în dispozitivele HVDC ajunge în unele cazuri până la 800 kV, depășind tensiunea de rupere a unui dispozitiv semiconductor, convertoarele HVDC sunt construite folosind un număr mare de dispozitive semiconductoare conectate în serie.
Circuitele de control de joasă tensiune utilizate pentru pornirea și oprirea tiristoarelor trebuie să fie izolate galvanic de tensiunile înalte ale liniei de alimentare. De obicei, această izolare este optică, directă sau indirectă. Într-un sistem de control indirect, electronica de control de joasă tensiune trimite impulsuri de lumină prin fibră optică către electronica de control de înaltă tensiune. Varianta directă renunță la electronica pe partea de înaltă tensiune: impulsurile luminoase de la electronica de control comută direct fototiristoarele .
Un element de comutare complet, indiferent de designul său, este de obicei denumit supapă.
Rectificarea și inversarea folosesc în esență aceleași agregate. Multe substații sunt configurate să funcționeze atât ca redresoare, cât și ca invertoare. Pe partea de linie AC, un set de transformatoare, adesea trei transformatoare monofazate separate, decuplează stația de convertizor de rețeaua de curent alternativ, oferind împământare și asigurând tensiunea corectă de curent continuu. Ieșirile acestor transformatoare sunt conectate la redresoare într-un circuit în punte format dintr-un număr mare de supape. Configurația de bază a redresorului conține șase supape. Circuitul funcționează cu o defazare de șaizeci de grade, astfel încât tensiunea redresată conține un număr semnificativ de armonici.
Pentru a îmbunătăți compoziția armonică, se utilizează un circuit cu 12 porți (modul cu douăsprezece impulsuri). Transformatorul convertor are două înfășurări secundare (sau se folosesc două transformatoare), dintre care unul este conectat în stea și celălalt în triunghi, oferind astfel o defazare de 30 de grade între tensiunile de pe înfășurările secundare ale transformatorului. La fiecare înfășurare secundară este conectată o punte redresoare, care conține 6 supape, ale căror ieșiri DC sunt conectate. Aceasta oferă un mod cu douăsprezece impulsuri cu cea mai bună compoziție armonică.
Pe lângă transformatoarele convertoare, prezența unei componente reactive în linie ajută la filtrarea armonicilor.
Într-un circuit monopolar, unul dintre cablurile redresorului este împământat. Celălalt terminal, cu un potențial electric deasupra sau sub pământ, este conectat la linia de alimentare. Terminalul împământat poate sau nu să fie conectat la terminalul corespunzător al stației invertorului printr-un al doilea conductor.
În absența unui al doilea conductor metalic, curentul invers circulă în pământ între bornele împământate ale celor două substații. Deci este un circuit de retur la masă cu un singur fir. Problemele pe care le creează curentul care curge în pământ sau în apă includ:
Aceste efecte pot fi eliminate prin instalarea unui conductor de retur metalic între bornele împământate ale ambelor convertoare ale unei linii electrice monopolare. Deoarece aceste terminale sunt împământate, nu este nevoie să setați izolația firului de retur la tensiunea de transmisie completă, ceea ce face ca firul de retur să fie mai puțin costisitor decât un conductor de înaltă tensiune. Decizia de a utiliza un conductor de retur metalic se bazează pe factori economici, tehnici și de mediu [15] .
Sistemele actuale de rețele aeriene monopolare transmit aproximativ 1500 MW. Când se utilizează un cablu subteran sau submarin, valoarea obișnuită este de 600 MW.
Majoritatea sistemelor monopolare sunt proiectate pentru extinderea viitoare la un circuit bipolar. Turnurile de linii electrice pot fi proiectate pentru a transporta doi conductori, chiar dacă un singur conductor este utilizat inițial într-un sistem monopolar. Al doilea conductor nu este folosit sau este folosit în paralel cu altul (ca în cazul cablului baltic).
O transmisie bipolară folosește o pereche de conductori de polaritate opusă, fiecare transportând o tensiune înaltă la masă. Costul unei linii de transmisie bipolară este mai mare decât un circuit de retur monopolar, deoarece ambii conductori trebuie izolați la tensiunea maximă. Cu toate acestea, avantajele transmisiei bipolare o fac mai atractivă decât transmisia monopolară. Sub sarcină normală, în pământ curg curenți neglijabili, ca în cazul unei transmisii monopolare cu un fir de retur metalic. Acest lucru reduce pierderile în sol și reduce impactul asupra mediului. În cazul unei defecțiuni la una dintre liniile unui sistem bipolar, acesta poate continua să funcționeze, transmițând aproximativ jumătate din puterea nominală pe o linie intactă în regim monopolar, folosind pământ ca conductor de retur. Pe un teren foarte nefavorabil, al doilea conductor poate fi așezat pe un set independent de turnuri de transmisie a energiei, astfel încât, dacă una dintre linii este deteriorată, o parte din putere este transferată consumatorului. Deoarece, pentru o putere nominală dată, numai jumătate din curentul unei linii monopolare trece prin fiecare conductor al unei linii bipolare, costul fiecărui conductor este mai mic decât cel al unui conductor de înaltă tensiune al unei linii monopolare de aceeași putere.
Dispozitivul bipolar poate fi echipat optional cu un conductor de retur metalic.
Dispozitivele bipolare pot transmite până la 3200 MW la +/-600 kV. Linia de cablu submarin, construită inițial ca monopolar, poate fi modernizată cu cabluri suplimentare și poate funcționa în modul bipolar.
O legătură DC este o stație în care atât invertoarele, cât și redresoarele sunt în aceeași locație, de obicei în aceeași clădire. Linia DC este menținută cât mai scurtă posibil. Inserțiile de curent continuu sunt utilizate pentru: conectarea liniilor principale de frecvențe diferite (ca în Japonia), conectarea a două rețele electrice de aceeași frecvență nominală, dar diferite defazări nefixe (ca înainte de 1995/96 în comuna Etzenricht ).
Valoarea tensiunii DC în circuitul intermediar DC link poate fi aleasă liber datorită lungimii scurte a liniei. În mod obișnuit, tensiunea de curent continuu este aleasă cât mai scăzută pentru a construi o cameră mai mică a convertorului și pentru a evita conexiunile în serie ale supapelor. Din același motiv, supapele de curent ridicat sunt utilizate în legătura CC.
Cea mai comună configurație de linie HVDC este două stații de conversie invertor / redresoare conectate printr-o linie aeriene. Aceeași configurație este utilizată în mod obișnuit în interconectarea sistemelor de putere nesincronizate, în transmisia de putere pe distanțe mari și în cazul cablurilor submarine.
O linie HVDC cu mai multe terminale care conectează mai mult de două puncte este rară. Configurația unui sistem cu mai multe terminale poate fi serială, paralelă sau hibridă (serie-paralel). Configurația paralelă este folosită mai frecvent pentru a transmite puterea de la centralele mari, iar configurația în serie de la centralele mai mici. De exemplu, sistemul Quebec-New England de 2000 MW, deschis în 1992, este în prezent cel mai mare sistem HVDC cu mai multe terminale din lume [16] .
Patentată în 2004, schema este concepută pentru a converti liniile de transport AC existente în HVDC. Doi dintre cei trei conductori ai circuitului funcționează în modul bipolar. Cel de-al treilea conductor este folosit ca un monopol paralel echipat cu supape inverse (supape paralele conectate în polaritate inversă). Un monopol paralel reduce periodic curentul de la un pol sau altul prin inversarea polarității timp de câteva minute. Fără o inversare a polarității într-un sistem cu un monopol paralel care ar fi încărcat termic +/-100%, conductorii bipolari ar fi încărcați fie 137%, fie 37%. În cazul inversării polarității, efectul termic RMS total este același ca și cum fiecare dintre conductori ar fi funcționat la curent nominal. Acest lucru vă permite să treceți curenți mari prin conductori bipolari și utilizarea cea mai completă a celui de-al treilea conductor pentru transmisia de putere. Chiar și atunci când consumul de energie este scăzut, curenții mari pot fi circulați prin firele de linie pentru a le dezgheța.
Convertirea unei linii de curent alternativ existent într-un sistem tripolar permite transmiterea cu până la 80% mai multă putere la aceeași tensiune de fază folosind aceeași linie de transmisie, turnuri și conductori. Unele linii de curent alternativ nu pot fi încărcate la limita lor termică din cauza stabilității sistemului, a fiabilității și a problemelor de putere reactivă care nu există într-o linie HVDC.
Sistemul tripolar funcționează fără fir de retur. Deoarece defecțiunea unui pol al convertorului sau conductorului are ca rezultat doar o mică pierdere de performanță și nu are loc un curent invers care curge în pământ, fiabilitatea acestui circuit este ridicată, fără timp de comutare necesar.
Începând cu 2005, nu au existat conversii ale liniilor AC existente la un sistem tripolar, deși o linie de transmisie din India a fost convertită la HVDC bipolar.
O descărcare corona este o formă caracteristică a unei descărcări independente de gaz care are loc în câmpuri puternic neomogene. Acest fenomen poate cauza pierderi semnificative de putere, poate crea interferențe audibile și RF, poate produce amestecuri otrăvitoare, cum ar fi oxizi de azot și ozon, și poate crea o strălucire vizibilă.
Atât liniile electrice de curent alternativ, cât și cele de curent continuu pot crea descărcări corona, în primul caz sub formă de particule oscilante, în cel din urmă în flux constant. Descărcarea corona provoacă pierderi de putere care pot fi aproximativ jumătate din toate pierderile pe unitate de lungime a unei linii de înaltă tensiune de curent alternativ care transportă aceeași cantitate de putere. Într-o transmisie monopolară, alegerea polarității conductorului este determinată de gradul de creare a descărcărilor corona, de impactul asupra mediului. Descărcările corona negative produc mult mai mult ozon decât descărcările corona de magnitudine pozitivă, afectând sănătatea. Utilizarea unei tensiuni pozitive reduce cantitatea de ozon produsă de linia monopolară HVDC.
Capacitatea de a controla fluxul de energie, conectarea sistemelor AC nesincronizate și utilizarea eficientă a transmisiei de energie prin cabluri submarine fac sistemele HVDC atractive pentru utilizare la nivel internațional. Parcurile eoliene sunt adesea situate la o distanță de 10-12 km de coastă (și uneori mai departe) și necesită cabluri submarine și sincronizarea energiei primite. Când transmiteți energie pe distanțe foarte mari, cum ar fi în zonele îndepărtate din Siberia , Canada și nordul scandinav , alegerea se înclină de obicei către costul mai mic al liniei HVDC. Alte aplicații ale sistemelor HVDC au fost notate mai sus.
Liniile electrice de curent alternativ pot lega doar rețele electrice de curent alternativ sincronizate care funcționează la aceeași frecvență și în fază. Multe zone care sunt dispuse să împărtășească energia au rețele electrice nesincronizate. Sistemele de energie din Marea Britanie , Europa de Nord și Europa continentală nu sunt combinate într-o singură rețea electrică sincronizată. Japonia are rețele electrice de 60 Hz și 50 Hz. America de Nord continentală, care rulează la 60 Hz, este împărțită în zone care nu sunt sincronizate: Est, Vest, Texas, Quebec și Alaska. Brazilia și Paraguay , care împart uriașa centrală hidroelectrică Itaipu , funcționează la 60 Hz și, respectiv, 50 Hz. Dispozitivele HVDC vă permit să conectați rețele electrice CA nesincronizate, precum și să adăugați capacitatea de a controla tensiunea CA și fluxul de putere reactivă.
Un generator conectat printr-o linie lungă de curent alternativ poate deveni instabil și poate să nu se sincronizeze cu un sistem de alimentare cu curent alternativ la distanță. Linia HVDC poate face fezabilă utilizarea centralelor electrice de la distanță. Parcurile eoliene offshore pot folosi dispozitive HVDC pentru a colecta energie de la un număr mare de generatoare nesincronizate pentru a fi transmisă la țărm printr-un cablu submarin.
Cu toate acestea, de obicei, o linie de alimentare HVDC conectează două zone de distribuție a energiei dintr-un sistem de alimentare cu curent alternativ. Dispozitivele care convertesc între AC și DC cresc foarte mult costul energiei transmise. Peste o anumită distanță (aproximativ 50 km pentru cablurile submarine și aproximativ 600–800 km pentru liniile aeriene), costul mai mic al conductorilor electrici HVDC depășește costul electronicelor.
Electronica convertizorului oferă, de asemenea, capacitatea de a controla eficient sistemul de alimentare prin controlul cantității și fluxului de putere, ceea ce oferă un beneficiu suplimentar al existenței liniilor HVDC - creșterea potențială a stabilității sistemului de alimentare.
Dezvoltarea tranzistoarelor bipolare cu poartă izolată (IGBT) și tiristoarelor de oprire (GTO) a făcut ca sistemele mici HVDC să fie mai economice. Ele pot fi instalate în sistemele de alimentare CA existente pentru a stabiliza puterea fără creșterea curentului de scurtcircuit, așa cum este cazul instalării unei linii de transmisie CA suplimentară. Astfel de dispozitive sunt dezvoltate de ABB și Siemens și se numesc „HVDC Light” și, respectiv, „HVDC PLUS”. Utilizarea unor astfel de dispozitive a extins utilizarea HVDC la unități de câteva zeci de megawați și linii de câțiva kilometri de linii aeriene. Diferența dintre cele două tehnologii constă în conceptul unui invertor de tensiune de sine stătător (VSI), în timp ce „HVDC Light” folosește modularea lățimii impulsului , „HVDC PLUS” este realizat pe un invertor cu mai multe niveluri.