چه چیزی شبکه برق است؟

تعریف

شبکه برق، که به آن شبکه توزیع نیز می‌گویند، به عنوان یک شبکه جامع تعریف می‌شود که واحدهای تولید، انتقال و توزیع انرژی را یکپارچه می‌سازد. عملکرد اصلی آن تسهیل انتقال انرژی الکتریکی از منابع تولید به مصرف‌کنندگان نهایی است. مقدار قابل توجهی از برق از ایستگاه‌های تولید برق به مراکز بار در ولتاژهای ۲۲۰ کیلوولت یا حتی بالاتر منتقل می‌شود. شبکه تشکیل شده از این خطوط انتقال با ولتاژ بالا به عنوان شبکه فوق العاده شناخته می‌شود. این شبکه فوق العاده برق را به شبکه زیر انتقال که معمولاً در ولتاژهای ۱۳۲ کیلوولت یا پایین‌تر عمل می‌کند، تأمین می‌کند.

انواع شبکه‌های برق

ایستگاه‌های تولید برق در یک شبکه برق معمولاً نزدیک منابع سوخت قرار دارند تا هزینه‌های حمل و نقل سیستم کاهش یابد. با این حال، این معمولاً به معنای قرار گرفتن آنها در فاصله دور از مناطق پرجمعیت است. برق با ولتاژ بالا که در این ایستگاه‌ها تولید می‌شود، با استفاده از ترانسفورماتورهای کاهنده در زیر ایستگاه‌ها کاهش ولتاژ می‌یابد و سپس به مصرف‌کنندگان توزیع می‌شود. شبکه‌های برق می‌توانند به دو نوع اصلی تقسیم‌بندی شوند:

شبکه منطقه‌ای

یک شبکه منطقه‌ای با پیوند دادن سیستم‌های مختلف انتقال در یک منطقه جغرافیایی خاص از طریق خطوط انتقال ایجاد می‌شود. این نوع شبکه برای بهینه‌سازی توزیع و مدیریت برق در سطح محلی یا منطقه‌ای ایجاد می‌شود و اطمینان می‌دهد که نیازهای برق منطقه به صورت کارآمد برآورده می‌شود.

شبکه ملی

شبکه ملی با اتصال چندین شبکه منطقه‌ای ایجاد می‌شود. این یک شبکه توزیع یکپارچه و گسترده در سراسر یک کشور فراهم می‌کند که انتقال برق بین مناطق مختلف را بدون مشکل ممکن می‌سازد. این سیستم متصل شده به تعادل تأمین و تقاضای برق در سراسر کشور کمک می‌کند و پایداری و قابلیت اطمینان کلی شبکه را افزایش می‌دهد.

دلایل اتصال شبکه

اتصال شبکه‌های برق چندین مزیت مهم فراهم می‌کند. این اتصال به بهینه‌سازی استفاده از منابع برق کمک می‌کند و اطمینان می‌دهد که انرژی به صورت کارآمد در مناطق مختلف توزیع می‌شود. این اتصال همچنین امنیت تأمین برق را افزایش می‌دهد، زیرا شکست‌هایی که در بخشی از شبکه رخ می‌دهند می‌توانند توسط برق مناطق متصل شده دیگر جبران شوند.

علاوه بر این، اتصال شبکه به کارایی اقتصادی و قابلیت اطمینان کلی سیستم برق کمک می‌کند. با پیوند دادن ایستگاه‌های تولید، امکان کاهش ظرفیت ذخیره تولید لازم در هر منطقه جداگانه فراهم می‌شود. این رویکرد منبع مشترک نه تنها هزینه‌های نگهداری از توان پشتیبان اضافی را کاهش می‌دهد بلکه همچنین قدرت تحمل و عملکرد کلی شبکه برق را بهبود می‌بخشد.

وقتی که بار ناگهانی یا از دست دادن تولید برق در یک منطقه خاص از شبکه برق رخ می‌دهد، آن منطقه می‌تواند برق را از مناطق متصل شده مجاور بکشد. با این حال، برای اطمینان از اتصالات قابل اعتماد، مقداری از ظرفیت تولید، که به آن ذخیره چرخان می‌گویند، ضروری است. ذخیره چرخان شامل ژنراتورهایی است که با سرعت عادی کار می‌کنند و آماده هستند تا بلافاصله وقتی نیاز باشد برق تأمین کنند.

انواع اتصالات

اتصالات بین شبکه‌های برق می‌توانند به دو نوع اصلی تقسیم‌بندی شوند: اتصال HVAC (جریان متناوب ولتاژ بالا) و اتصال HVDC (جریان مستقیم ولتاژ بالا).

اتصال HVAC (جریان متناوب ولتاژ بالا)

در یک اتصال HVAC، دو سیستم جریان متناوب (AC) از طریق یک خط انتقال AC متصل می‌شوند. برای اتصال موفق سیستم‌های AC، حفظ فرکانس به صورت دقیق در هر دو سیستم ضروری است. در یک سیستم ۵۰ Hz، محدوده فرکانس قابل قبول معمولاً بین ۴۸.۵ Hz و ۵۱.۵ Hz قرار دارد. این نوع اتصال به عنوان یک اتصال همزمان یا پیوند همزمان شناخته می‌شود، زیرا یک اتصال محکم بین دو سیستم AC ایجاد می‌کند.

با وجود استفاده گسترده از اتصال AC، این نوع اتصال چندین محدودیت دارد و اتصال سیستم‌های AC معمولاً با چالش‌های زیر مواجه است:

• انتشار اختلال فرکانس: چون اتصال دو شبکه AC همزمان است، هر تغییر در فرکانس یک سیستم به سرعت به سیستم دیگر منتقل می‌شود. این می‌تواند منجر به ناپایداری در شبکه متصل شده شود.

• تأثیر نوسان قدرت: نوسان‌های قدرت در یک سیستم AC می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر سیستم دیگر داشته باشد. نوسان‌های قدرت در مقیاس بزرگ می‌تواند باعث تریپ مکرر دستگاه‌های محافظ شود که ممکن است باعث خطاهای بزرگ در سیستم شود. در شرایط وخیم، چنین خطاهایی می‌تواند منجر به انهدام کامل شبکه AC متصل شده شود.

• افزایش سطح خطا: اتصال یک سیستم AC موجود به یک سیستم AC دیگر از طریق یک خط اتصال AC می‌تواند سطح خطا را افزایش دهد. این اتفاق می‌افتد زیرا خط موازی اضافی واکنش معادل سیستم متصل شده را کاهش می‌دهد. با این حال، اگر هر دو سیستم AC به یک خط خطا متصل شوند، سطح خطا هر سیستم جداگانه تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد.

اتصال HVDC (جریان مستقیم ولتاژ بالا)

یک اتصال DC یا پیوند DC یک اتصال انعطاف‌پذیر‌تر بین دو سیستم AC متصل شده ارائه می‌دهد. برخلاف اتصالات HVAC، پیوندهای DC غیرهمزمان (ناهمزمان) هستند. رویکرد اتصال HVDC چندین مزیت قابل توجه دارد:

• استقلال فرکانس: طبیعت غیرهمزمان سیستم اتصال DC امکان اتصال شبکه‌های AC که با یک فرکانس یا فرکانس‌های مختلف کار می‌کنند را فراهم می‌کند. این ویژگی منحصر به فرد امکان یکپارچه‌سازی سیستم‌های AC متنوع را در حالی که هر سیستم می‌تواند استانداردهای فرکانس خود را حفظ کند و مستقل کار کند، فراهم می‌کند.

• کنترل دقیق جریان قدرت: پیوندهای HVDC می‌توانند سرعت و جهت جریان قدرت را با تنظیم زاویه تحریک کنترل‌کننده‌ها به سرعت و با اطمینان کنترل کنند. این مکانیسم کنترل دقیق محدوده پایداری موقت سیستم متصل شده را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد و انتقال قدرت را مطمئن‌تر می‌کند.

• دمپینگ نوسان قدرت: با تعدیل جریان قدرت از طریق پیوند DC، پیوندهای HVDC می‌توانند نوسان‌های قدرت در شبکه‌های AC متصل شده را به سرعت کاهش دهند. این به طور موثر پایداری کلی شبکه برق را افزایش می‌دهد، خطر شکست‌های متوالی را کاهش می‌دهد و مقاومت سیستم را افزایش می‌بخشد.

در دوران مدرن، شبکه‌های برق سنتی به طور رو به افزاینده‌ای با شبکه‌های هوشمند جایگزین می‌شوند. با استفاده از مترهای هوشمند و دستگاه‌های هوشمند، شبکه‌های هوشمند عملکرد کارآمدتر، مدیریت بهتر طرف تقاضا و عملکرد کلی بهبود یافته در مقایسه با همتایان سنتی خود ارائه می‌دهند.