Co to jest sieć elektryczna?

Definicja

Sieć elektryczna, znana również jako sieć energetyczna, definiowana jest jako kompleksowa sieć, która integruje jednostki wytwarzania, przesyłania i dystrybucji energii. Jej podstawową funkcją jest umożliwienie transferu energii elektrycznej od źródeł wytwarzania do końcowych użytkowników. Znaczna ilość energii elektrycznej jest przesyłana ze stacji wytwarzania do centrów obciążenia przy napięciach 220kV lub nawet wyższych. Sieć składająca się z tych linii przesyłowych o wysokim napięciu nazywana jest super siecią. Super sieć, z kolei, dostarcza energię do sieci podsieciowej, która zwykle działa przy napięciach 132kV lub niższych.

Rodzaje sieci elektrycznych

Stacje wytwarzania energii w sieci elektrycznej są często położone blisko źródeł paliwa, aby zminimalizować koszty transportu systemowego. Jednak to zazwyczaj oznacza, że są one oddalone od gęsto zaludnionych obszarów. Wysokie napięcie elektryczne generowane w tych stacjach jest obniżane za pomocą transformatorów obniżających w podstacjach przed dystrybucją do konsumentów. Sieci elektryczne można podzielić głównie na dwa typy:

Regionalna sieć

Regionalna sieć powstaje poprzez połączenie różnych systemów przesyłowych w określonym obszarze geograficznym za pomocą linii przesyłowych. Ten typ sieci służy optymalizacji dystrybucji i zarządzania energią na lokalnym lub regionalnym poziomie, zapewniając, że popyt na energię elektryczną w danym obszarze jest efektywnie zaspokajany.

Krajowa sieć

Krajowa sieć powstaje poprzez połączenie wielu regionalnych sieci. Zapewnia ona zjednoczoną i rozległą sieć dystrybucji energii na całym terytorium kraju, umożliwiając bezproblemowy transfer energii elektrycznej między różnymi regionami. Ten zintegrowany system pomaga w bilansowaniu podaży i popytu na energię na poziomie krajowym, zwiększając ogólną stabilność i niezawodność sieci.

Powody połączeń sieciowych

Połączenia sieci elektrycznych oferują wiele istotnych korzyści. Pozwalają na optymalne wykorzystanie zasobów energetycznych, zapewniając efektywną dystrybucję energii w różnych obszarach. Te połączenia również zwiększają bezpieczeństwo podaży energii, ponieważ awarie w jednej części sieci mogą być kompensowane przez energię z innych złączonych regionów.

Ponadto, połączenia sieciowe przyczyniają się do ekonomicznej efektywności i niezawodności całego systemu energetycznego. Poprzez połączenie stacji wytwarzania, możliwe jest zmniejszenie wymaganej rezerwy mocy w każdym indywidualnym obszarze. Ten podejście oparte na wspólnych zasobach nie tylko oszczędza koszty związane z utrzymaniem nadmiarowej mocy rezerwowej, ale także poprawia ogólne odporność i wydajność sieci elektrycznej.

Gdy wystąpi nagły wzrost obciążenia lub utrata mocy wytwarzania w określonym obszarze sieci elektrycznej, ten obszar może pobierać energię z sąsiadujących złączonych obszarów. Jednakże, aby zapewnić niezawodne połączenia, niezbędna jest pewna ilość mocy generacyjnej, znaną jako obrót rezerwowy. Obrót rezerwowy składa się z generatorów pracujących z normalną prędkością i gotowych do natychmiastowego dostarczania mocy, gdy jest to potrzebne.

Rodzaje połączeń

Połączenia między sieciami elektrycznymi można podzielić głównie na dwa typy: połączenie HVAC (Wysokie Napięcie Prądu Zmiennego) i połączenie HVDC (Wysokie Napięcie Prądu Stałego).

Połączenie HVAC (Wysokie Napięcie Prądu Zmiennego)

W połączeniu HVAC dwa systemy prądu zmiennego (AC) są połączone za pomocą linii przesyłowej AC. Aby zapewnić udane połączenie systemów AC, kluczowe jest utrzymanie ściśle kontrolowanego częstotliwości w obu systemach. W systemie 50Hz, akceptowalny zakres częstotliwości zwykle mieści się między 48,5 Hz a 51,5 Hz. Ten typ połączenia nazywany jest synchronicznym połączeniem lub synchronicznym sprzęgnięciem, ponieważ tworzy sztywne połączenie między dwoma systemami AC.

Mimo szerokiego zastosowania, połączenie AC ma kilka ograniczeń, a połączenie systemów AC często napotyka na następujące wyzwania:

• Propagacja zaburzeń częstotliwości: Ponieważ połączenie dwóch sieci AC jest synchroniczne, wszelkie fluktuacje częstotliwości w jednym systemie szybko są transmitowane do drugiego. Może to prowadzić do niestabilności w złączonym sieci.

• Wpływ oscylacji mocy: Oscylacje mocy w jednym systemie AC mogą znacząco wpływać na drugi. Duże oscylacje mocy mogą prowadzić do częstego uruchamiania urządzeń ochronnych, co potencjalnie może spowodować poważne uszkodzenia w systemie. W skrajnych przypadkach takie uszkodzenia mogą doprowadzić do całkowitego załamania całej złączonej sieci AC.

• Zwiększone poziomy uszkodzeń: Połączenie istniejącego systemu AC z innym za pomocą linii łączącej AC może zwiększyć poziom uszkodzeń. Dzieje się tak, ponieważ dodatkowa linia równoległa zmniejsza równoważną reaktancję złączonego systemu. Jednak, jeśli oba systemy AC są połączone z tą samą linią uszkodzeniową, poziom uszkodzeń każdego indywidualnego systemu pozostaje nienaruszony.

Połączenie HVDC (Wysokie Napięcie Prądu Stałego)

Połączenie DC, lub połączenie DC, oferuje bardziej elastyczne sprzęgnięcie między dwoma łączonymi systemami AC. W przeciwieństwie do połączeń HVAC, połączenia DC są asynchroniczne (niesynchroniczne). Podejście do połączeń HVDC ma kilka zauważalnych zalet:

• Niezależność częstotliwości: Asynchroniczna natura systemu połączeń DC umożliwia połączenie sieci AC działających przy tej samej lub innej częstotliwości. Ta unikalna cecha umożliwia płynną integrację różnych systemów AC, jednocześnie pozwalając każdemu systemowi zachować własne standardy częstotliwości i działać niezależnie.

• Dokładna kontrola przepływu mocy: Połączenia HVDC mogą szybko i niezawodnie kontrolować wielkość i kierunek przepływu mocy poprzez dostosowanie kąta wyzwalania konwerterów. Ten precyzyjny mechanizm sterowania znacznie zwiększa granicę przejściowej stabilności złączonego systemu, zapewniając bardziej niezawodną transmisję mocy.

• Tłumienie oscylacji mocy: Poprzez modulację przepływu mocy przez połączenie DC, połączenia HVDC mogą szybko tłumić oscylacje mocy w złączonych sieciach AC. To efektywnie poprawia ogólną stabilność sieci elektrycznej, zmniejszając ryzyko kaskadowych awarii i zwiększając odporność systemu.

W nowoczesnych czasach tradycyjne sieci elektryczne są coraz częściej zastępowane inteligentnymi sieciami. Wykorzystując inteligentne liczniki i urządzenia, inteligentne sieci oferują zwiększoną efektywność operacyjną, lepsze zarządzanie stroną popytu i poprawioną ogólną wydajność w porównaniu z ich konwencjonalnymi odpowiednikami.