Какво е електрическа мрежа

Определение

Електрическа мрежа, известна още като енергийна мрежа, се дефинира като комплексна мрежа, която интегрира единици за производство, пренос и разпределение на енергия. Нейната основна функция е да осигури прехвърлянето на електрическа енергия от източници на производство до крайни потребители. Значително количество електричество се пренася от електроцентрали до центрове на натоварване при напрежения от 220кВ или дори по-високи. Мрежата, съставена от тези високонапрегнати линии за пренос, се нарича супер мрежа. Супер мрежата, от своя страна, доставя енергия на подмрежата за пренос, която обикновено работи при напрежения от 132кВ или по-ниски.

Типове електрически мрежи

Електроцентрали в електрическа мрежа често се намират близо до източниците на гориво, за да се намалят разходите за транспортиране на системата. Това обачно означава, че те се намират далеч от гъсто населени области. Високонапрегнатото електричество, произведено в тези станции, се понижава с помощта на преобразуватели в преобразувателни станции, преди да бъде разпределено към потребителите. Електрическите мрежи могат да бъдат основно класифицирани в два типа:

Регионална мрежа

Регионалната мрежа се създава чрез свързване на различни системи за пренос в определена географска зона чрез линии за пренос. Този тип мрежа служи за оптимизиране на разпределението и управлението на енергията на местно или регионално ниво, гарантирайки, че електроенергийните нужди на областта са удовлетворявани ефективно.

Национална мрежа

Националната мрежа се формира чрез свързване на множество регионални мрежи. Тя предоставя единна и обширна мрежа за разпределение на енергия в цялата държава, позволявайки безпроблемния пренос на електроенергия между различни региони. Тази свързана система помага за балансиране на предлагането и потреблението на енергия в страната, подобряващо общата стабилност и надеждност на мрежата.

Причини за свързване на мрежите

Свързването на електрически мрежи предлага няколко значителни предимства. То позволява оптимално използване на енергийните ресурси, гарантирайки, че енергията е разпределена ефективно в различни области. Това свързване също така подобрява сигурността на доставката на енергия, тъй като несполучливостите в една част от мрежата могат да бъдат компенсирани от енергия от други свързани региони.

Освен това, свързването на мрежите допринася за икономическата ефективност и надеждност на цялата система за производство на енергия. Чрез свързване на генериращите станции, става възможно да се намали необходимата резервна генерираща мощност във всяка отделна зона. Този подход за споделени ресурси не само спестява разходите, свързани с поддръжката на излишна резервна мощност, но също така подобрява общата устойчивост и производителност на електрическата мрежа.

Когато има внезапен скок в натоварването или загуба на производството на енергия в конкретна зона на електрическата мрежа, тази зона може да извлече енергия от съседните свързани области. Обачно, за да се осигури надеждно свързване, е необходимо определено количество генерираща мощност, известна като ротационен резерв. Ротационният резерв включва генератори, които работят при нормална скорост и са готови да доставят енергия веднага, когато е нужно.

Типове свързания

Свързанията между електрическите мрежи могат основно да бъдат класифицирани в два типа: свързване с високо напрежение променящо се (HVAC) и свързване с високо напрежение постоянен ток (HVDC).

Свързване с високо напрежение променящо се (HVAC)

В HVAC свързване, две системи с променящ се ток (AC) се свързват чрез линия за пренос на AC. За успешното свързване на AC системи е важно да се поддържа строго контролирана честота в двете системи. Например, в 50Hz система, приемливият диапазон на честотата обикновено е между 48.5 Hz и 51.5 Hz. Този тип свързване се нарича синхронно свързване или синхронна връзка, тъй като създава твърда връзка между двете AC системи.

Въпреки широкото му използване, AC свързването има няколко ограничения, и свързването на AC системи често се сблъсква със следните предизвикателства:

• Разпространение на честотни нарушения: Тъй като свързването на две AC мрежи е синхронно, всяко колебание в честотата в едната система бързо се предава в другата. Това може да доведе до нестабилност в цялата свързана мрежа.

• Влияние на колебанията на мощността: Колебанията на мощността в една AC система могат значително да повлияят на другата. Големи колебания на мощността могат да причинят често изключване на защитни устройства, което потенциално може да доведе до сериозни дефекти в системата. В тежки случаи, такива дефекти могат да доведат до пълен срив на цялата свързана AC мрежа.

• Увеличаване на нивото на дефектите: Свързването на съществуваща AC система с друга чрез AC връзка може да увеличи нивото на дефектите. Това се дължи на факта, че допълнителната паралелна линия намалява еквивалентната реактивна съпротива на свързаната система. Ако обаче двете AC системи са свързани към една и съща дефектна линия, нивото на дефектите на всяка отделна система остава непроменено.

Свързване с високо напрежение постоянен ток (HVDC)

DC свързване, или DC връзка, предлага по-гъвкаво свързване между двете свързани AC системи. В противоположност на HVAC свързването, DC връзките са несинхронни (асинхронни). Подходът за HVDC свързване има няколко значителни предимства:

• Независимост от честотата: Асинхронната природа на DC свързването позволява свързване на AC мрежи, работещи при еднакви или различни честоти. Тази уникална характеристика позволява безпроблемната интеграция на различни AC системи, като позволява на всяка система да поддържа собствените си стандарти за честота и да работи независимо.

• Точен контрол на потока на мощността: HVDC връзките могат бързо и надеждно да контролират величината и посоката на потока на мощността, като регулират ъгъла на пускане на преобразувателите. Този точен механизъм за контрол значително подобрява границата на преходна стабилност на свързаната система, осигурявайки по-надежден пренос на енергия.

• Демпфирование на колебанията на мощността: Чрез модулация на потока на мощността през DC връзката, HVDC свързването може бързо да демпфира колебанията на мощността в свързаните AC мрежи. Това ефективно подобрява общата стабилност на електрическата мрежа, намалява риска от каскадни сриви и подобрява устойчивостта на системата.

В съвременния свят, традиционните електрически мрежи все повече се заменят от интелигентни мрежи. Използвайки интелигентни метри и уреди, интелигентните мрежи предлагат подобрена оперативна ефективност, по-добро управление на потреблението и подобрена общо изпълнение в сравнение с традиционните си аналоги.