Što je električna mreža

Definicija

Električna mreža, također poznata kao strujna mreža, definirana je kao cjelovita mreža koja integrira jedinice proizvodnje, prijenosa i distribucije električne energije. Njena glavna funkcija je omogućiti prenos električne energije od izvora proizvodnje do krajnjih korisnika. Značajna količina električne energije se prenosi od elektroana na centrale opterećenja na naponima od 220 kV ili čak više. Mreža sastavljena od ovih visokonaponskih linija prijenosa naziva se supermreža. Supermreža, na svoju stranu, snabdijevaju podmrežom prijenosa, koja obično funkcionira na napona od 132 kV ili niže.

Vrste električnih mreža

Elektrane unutar električne mreže često su situirane blizu izvora goriva kako bi se smanjili troškovi transporta sustava. Međutim, to obično znači da su daleko od gusto naseljenih područja. Visokonaponska struja generirana u tim elektranama smanjuje se pomoću transformatora smanjivanja napona u pretvorbenicama prije distribucije potrošačima. Električne mreže se uglavnom mogu klasificirati u dvije vrste:

Regionalna mreža

Regionalna mreža stvara se spajanjem različitih sustava prijenosa unutar specifičnog geografskog područja putem linija prijenosa. Ova vrsta mreže služi optimizaciji distribucije i upravljanja strujom na lokalnoj ili regionalnoj razini, osiguravajući da se zahtjevi za strujom u tom području zadovoljavaju učinkovito.

Nacionalna mreža

Nacionalna mreža stvara se povezivanjem više regionalnih mreža. Ona pruža jedinstvenu i široku mrežu distribucije struje cijele države, omogućujući bezprekidni prenos struje između različitih regija. Ovaj povezani sustav pomaže u balansiranju snabdijevanja i potražnje struje u zemlji, poboljšavajući ukupnu stabilnost i pouzdanost mreže.

Razlozi za povezivanje mreža

Povezivanje električnih mreža nudi nekoliko značajnih prednosti. Omogućuje optimalnu iskorištenu resurse struje, osiguravajući da se energija učinkovito distribuira na različite područja. To povezivanje također poboljšava sigurnost snabdijevanja strujom, jer se propasti u jednom dijelu mreže mogu nadomjestiti strujom iz drugih povezanih regija.

Dodatno, povezivanje mreža doprinosi ekonomskoj učinkovitosti i pouzdanosti ukupnog sistema snabdijevanja strujom. Spajanjem elektrana postaje moguće smanjiti rezervnu kapacitet generiranja potreban u svakom pojedinačnom području. Ovaj pristup dijeljenih resursa ne samo što smanjuje troškove održavanja prekomjernog rezervnog snaga, već unaprijeđuje i opće otpornost i performanse električne mreže.

Kada dođe do naglog porasta opterećenja ili gubitka proizvodnje struje unutar određene zone električne mreže, ta zona može povući struju iz susjednih povezanih područja. Međutim, kako bi se osiguralo pouzdano povezivanje, određena količina generacijske kapaciteta, poznata kao rotirajuća rezerva, je nužna. Rotirajuća rezerva sastoji se od generatora koji rade na normalnoj brzini i spremni su odmah snabdeti strujom kad je potrebno.

Vrste povezanja

Povezanja između električnih mreža mogu se uglavnom klasificirati u dvije vrste: HVAC (visokonaponski strujni) vezu i HVDC (visokonaponski jednosmjerni strujni) vezu.

HVAC (Visokonaponski strujni) povez

U HVAC vezu, dvije strujne (AC) sustave su povezane putem AC linije prijenosa. Za uspješno povezivanje AC sustava, važno je održavati strogo kontrolirani frekvenci na oba sustava. Na primjer, u 50 Hz sustavu, prihvatljivi raspon frekvencije obično leži između 48,5 Hz i 51,5 Hz. Ova vrsta povezivanja naziva se sinkrono povezivanje ili sinkrona veza, jer stvara čvrstu vezu između dva AC sustava.

Unatoč njegovoj širokoj upotrebi, AC povezivanje ima nekoliko ograničenja, a povezivanje AC sustava često suočava se s sljedećim izazovima:

• Propagacija perturbacija frekvencije: Budući da je povezivanje dva AC mreže sinkrono, bilo kakve fluktuacije frekvencije u jednom sustavu brzo se prenose na drugi. To može dovesti do nestabilnosti u povezanoj mreži.

• Utjecaj oscilacija snage: Oscilacije snage u jednom AC sustavu mogu značajno utjecati na drugi. Velike oscilacije snage mogu uzrokovati česte aktivacije zaštitnih uređaja, što potencijalno može dovesti do velikih grešaka u sustavu. U teškim slučajevima, takve greške mogu dovesti do potpunog kolapsa cijele povezane AC mreže.

• Povećanje razine grešaka: Spajanje postojećeg AC sustava s drugim putem AC vezu može povećati razine grešaka. To se događa jer dodatna paralelna linija smanjuje ekvivalentnu reaktanciju povezanog sustava. Međutim, ako su oba AC sustava povezana istom linijom greške, razine grešaka svakog pojedinačnog sustava ostaju nepromijenjene.

HVDC (Visokonaponski jednosmjerni strujni) povez

DC povez, ili DC vezu, nudi fleksibilniju vezu između dva AC sustava koji se spajaju. S druge strane, DC vezu su asinkrone (asinkrone). Pristup HVDC povezivanja dolazi s nekoliko značajnih prednosti:

• Neovisnost o frekvenciji: Asinkrona priroda DC povezivanja omogućuje povezivanje AC mreža koje operiraju na istoj ili različitim frekvencijama. Ova jedinstvena značajka omogućuje bezproblemnu integraciju različitih AC sustava, dopuštajući svakom sustavu da održava svoje standardne frekvencije i neovisno radi.

• Precizno upravljanje protokom snage: HVDC vezu može brzo i pouzdano kontrolirati magnitudu i smjer protoka snage mijenjanjem kutova paljenja pretvarača. Ovaj precizan mehanizam kontrole značajno unaprijeđuje granicu privremenog stabilnosti povezanog sustava, osiguravajući pouzdaniji prijenos snage.

• Prigušenje oscilacija snage: Moduliranjem protoka snage kroz DC vezu, HVDC povezivanja mogu brzo prigušiti oscilacije snage u povezanim AC mrežama. To efektivno unaprijeđuje ukupnu stabilnost električne mreže, smanjujući rizik od kaskadnih propala i poboljšavajući otpornost sustava.

U moderno doba, tradicionalne električne mreže sve više zamjenjuju pametne mreže. Iskoristeći pametne brojila i inteligentne uređaje, pametne mreže nude poboljšanu operativnu učinkovitost, bolje upravljanje potražnjom i poboljšane ukupne performanse u usporedbi s njihovim konvencionalnim prototipima.