電気グリッドとは何か？

定義

電力網、または電力グリッドは、発電、送電、配電ユニットを統合した包括的なネットワークとして定義されます。その主な機能は、発電源から最終ユーザーへ電力を転送することです。大量の電力は、通常220kV以上の電圧で発電所から負荷中心へ送られます。これらの高電圧送電線で構成されるネットワークはスーパーグリッドと呼ばれます。スーパーグリッドは、通常132kV以下の電圧で動作する準送電ネットワークに電力を供給します。

電力網の種類

電力網内の発電所は、燃料源に近い場所に配置され、システム輸送コストを最小限に抑えることが一般的です。しかし、これは通常人口密集地から遠くにあることを意味します。これらの発電所で生成された高電圧電力は、変電所でのステップダウントランスフォーマーを使用して降圧され、その後消費者に配布されます。電力網は主に以下の2つのタイプに分類できます：

地域グリッド

地域グリッドは、特定の地理的エリア内の様々な送電システムを送電線で接続することで設立されます。このタイプのグリッドは、地域レベルでの電力分配と管理を最適化し、効率的にその地域の電力需要を満たすために役立ちます。

全国グリッド

全国グリッドは、複数の地域グリッドを相互接続することで形成されます。これは、全国範囲で一貫性のある広範な電力分配ネットワークを提供し、異なる地域間での電力のシームレスな転送を可能にします。この相互接続システムは、国の電力供給と需要のバランスを調整し、全体的なグリッドの安定性と信頼性を向上させます。

グリッド相互接続の理由

電力網の相互接続は、いくつかの重要な利点を提供します。これにより、電力資源が最適に利用され、異なる地域間で効率的にエネルギーが分配されます。また、この相互接続は電力供給の安全性を強化し、グリッドの一部で障害が発生しても他の相互接続された地域からの電力によって補うことができます。

さらに、グリッドの相互接続は、全体的な電力システムの経済効率と信頼性にも貢献します。発電所をリンクすることで、各個々の地域で必要な予備発電容量を削減することが可能です。この共有リソースアプローチは、過剰なバックアップ電力の維持に関連するコストを節約するとともに、電力網全体の耐久性とパフォーマンスを改善します。

電力網の特定ゾーンで突然の負荷増加や発電量の喪失が発生した場合、そのゾーンは隣接する相互接続されたエリアから電力を引き出すことができます。ただし、信頼性のある相互接続を確保するためには、一定量の発電容量、つまりスピンニングリザーブが必要です。スピンニングリザーブは、通常速度で動作し、必要に応じて即座に電力を供給できるジェネレータで構成されています。

相互接続の種類

電力網間の相互接続は主に2つのタイプに分類できます：HVAC（高電圧交流）リンクとHVDC（高電圧直流）リンク。

HVAC（高電圧交流）相互接続

HVACリンクでは、2つの交流（AC）システムがAC送電線を介して接続されます。ACシステムの成功裏な相互接続には、両システムの周波数を厳密に制御することが重要です。例えば、50Hzシステムの場合、許容周波数範囲は通常48.5 Hzから51.5 Hzです。このタイプの相互接続は、同期相互接続または同期タイと呼ばれ、2つのACシステム間に堅牢な接続を作ります。

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このタイプの相互接続は、同期相互接続または同期タイと呼ばれ、2つのACシステム間に堅固な接続を作ります。

広く使用されているものの、AC相互接続にはいくつかの制限があり、ACシステムの相互接続は以下の課題に直面しています：

• 周波数変動の伝播：2つのACネットワークの相互接続は同期であるため、一方のシステムで発生した周波数の変動はすぐに他方のシステムに伝わります。これにより、相互接続されたネットワーク全体に不安定さが生じることがあります。

• 電力振動の影響：一方のACシステムでの電力振動は、他方のシステムに大きな影響を与えます。大規模な電力振動は保護装置の頻繁なトリッピングを引き起こし、システム内で重大な障害を引き起こす可能性があります。最悪の場合、このような障害は全相互接続されたACネットワークの完全な崩壊につながる可能性があります。

• 故障レベルの上昇：既存のACシステムを別のACシステムにACタイラインで接続すると、故障レベルが上昇することがあります。これは、追加の並列回路が相互接続されたシステムの等価リアクタンスを減少させるためです。ただし、両方のACシステムが同じ故障回路に接続されている場合、各個々のシステムの故障レベルは影響を受けません。

HVDC（高電圧直流）相互接続

DC相互接続またはDCタイは、接続される2つのACシステム間により柔軟な結合を提供します。HVAC相互接続とは異なり、DCタイは非同期（非同期）です。HVDC相互接続方式には、いくつかの顕著な利点があります：

• 周波数の独立性：DC相互接続システムの非同期性により、同じまたは異なる周波数で動作するACネットワークを接続することができます。この特有の機能により、多様なACシステムをシームレスに統合しながら、各システムが独自の周波数基準を維持し、独立して動作することができます。

• 正確な電力流動制御：HVDCリンクは、コンバータの発火角度を調整することで、電力流動の大きさと方向を迅速かつ確実に制御することができます。この正確な制御メカニズムにより、相互接続されたシステムの過渡安定限界が大幅に向上し、より信頼性の高い電力送電が確保されます。

• 電力振動の減衰：DCタイを通じて電力流動を制御することで、HVDC相互接続は相互接続されたACネットワークの電力振動を迅速に減衰させることができます。これにより、電力網全体の安定性が大幅に向上し、連鎖的な障害のリスクが低減され、システムの耐久性が向上します。

現代では、従来の電力網はスマートグリッドに置き換えられる傾向が強くなっています。スマートメーターと知能家電を利用することで、スマートグリッドは従来のものと比較して、運用効率の向上、需給側管理の改善、全体的なパフォーマンスの向上を提供します。