Що таке електрична мережа
Визначення
Електрична мережа, також відома як енергетична мережа, визначається як комплексна мережа, що інтегрує одиниці генерації, передачі та розподілу електроенергії. Її основною функцією є забезпечення переносу електричної енергії від джерел генерації до кінцевих споживачів. Значна кількість електроенергії передається з електростанцій до центрів навантаження при напругах 220 кВ або навіть вище. Мережа, складена з цих високонапігних ліній передачі, називається супермережею. Супермережа, у свою чергу, забезпечує електропостачання підмережі, яка зазвичай працює при напругах 132 кВ або нижче.
Типи електричних мереж
Електростанції в електричній мережі часто розташовуються близько до джерел палива, щоб мінімізувати витрати на транспортування системи. Однак, це зазвичай означає, що вони розташовані далеко від густонаселених районів. Високонапігне електроенергія, що генерується на цих станціях, знижується за допомогою понижувальних трансформаторів на підстанціях, перед тим як бути розподілена серед споживачів. Електричні мережі можна переважно поділити на два типи:
Регіональна мережа
Регіональна мережа створюється шляхом з'єднання різних систем передачі в рамках певної географічної області через лінії передачі. Цей тип мережі призначений для оптимізації розподілу та управління електроенергією на місцевому або регіональному рівні, забезпечуючи ефективне задоволення потреб у електроенергії даної області.
Національна мережа
Національна мережа формується шляхом з'єднання багатьох регіональних мереж. Вона забезпечує об'єднану та розширenu електромережу по всій країні, дозволяючи безперервну передачу електроенергії між різними регіонами. Ця з'єднана система допомагає у збалансуванні поставок та попиту на електроенергію по країні, підвищуючи загальну стабільність та надійність мережі.
Причини з'єднання мереж
З'єднання електричних мереж має ряд значущих переваг. Воно дозволяє оптимально використовувати ресурси електроенергії, забезпечуючи ефективний розподіл енергії по різним регіонам. Таке з'єднання також підвищує безпеку поставок електроенергії, оскільки аварії в одному сегменті мережі можуть компенсоватися електроенергією з інших з'єднаних регіонів.
Крім того, з'єднання мереж сприяє економічній ефективності та надійності загальної системи електропостачання. Шляхом з'єднання електростанцій можливо зменшити необхідну резервну потужність в кожному окремому регіоні. Цей підхід, заснований на спільному використанні ресурсів, не лише зменшує витрати, пов'язані з підтримкою надмірного резервного електропостачання, але також підвищує загальну стійкість та продуктивність електричної мережі.
У разі раптового збільшення навантаження або втрати генерації електроенергії в певному зоні електричної мережі, ця зона може отримати електроенергію з суміжних з'єднаних регіонів. Однак, для забезпечення надійного з'єднання, необхідна певна кількість генеруючої потужності, відома як рухомий резерв. Рухомий резерв складається з генераторів, які працюють з нормальною швидкістю та готові надати електроенергію відразу, коли це потрібно.
Типи з'єднань
З'єднання між електричними мережами можна переважно поділити на два типи: з'єднання за допомогою високонапігного перемінного струму (HVAC) та з'єднання за допомогою високонапігного постійного струму (HVDC).
З'єднання HVAC (високонапігний перемінний струм)
У з'єднанні HVAC дві системи перемінного струму (AC) з'єднуються через лінію передачі AC. Для успішного з'єднання систем AC важливо підтримувати точно контроловану частоту в обох системах. Наприклад, в системі 50 Гц прийнятний діапазон частот зазвичай знаходиться між 48,5 Гц та 51,5 Гц. Цей тип з'єднання називається синхронним з'єднанням або синхронним зв'язком, оскільки він створює жорстке з'єднання між двома системами AC.
Незважаючи на широке застосування, з'єднання AC має кілька обмежень, і з'єднання систем AC часто стикається з наступними проблемами:
Поширення збурень частоти: Оскільки з'єднання двох мереж AC є синхронним, будь-які коливання частоти в одній системі швидко передаються до іншої. Це може призвести до нестабільності в з'єднаній мережі.
Вплив коливань потужності: Коливання потужності в одній системі AC можуть значно впливати на іншу. На велику шкалу коливання потужності можуть викликати часті спрацьовування захисних пристроїв, що може призвести до серйозних аварій в системі. У найгіршому випадку, такі аварії можуть призвести до повного розпаду всієї з'єднаної мережі AC.
Збільшення рівня аварій: Підключення існуючої системи AC до іншої через лінію з'єднання AC може збільшити рівень аварій. Це відбувається тому, що додаткова паралельна лінія зменшує еквівалентну реактивну імпеданс з'єднаної системи. Однак, якщо обидві системи AC з'єднані з однією аварійною лінією, рівень аварій кожної окремої системи залишається незмінним.
З'єднання HVDC (високонапігний постійний струм)
З'єднання DC, або DC зв'язок, надає більш гнучке з'єднання між двома системами AC, які з'єднуються. На відміну від з'єднань HVAC, зв'язки DC є несинхронними (асинхронними). Підхід з'єднання HVDC має кілька значимих переваг:
Незалежність від частоти: Асинхронна природа системи з'єднання DC дозволяє з'єднати мережі AC, які працюють на однаковій чи різних частотах. Ця унікальна особливість дозволяє безперебійне з'єднання різних систем AC, дозволяючи кожній системі підтримувати власні стандарти частоти та працювати незалежно.
Точне керування потоком потужності: Зв'язки HVDC можуть швидко та надійно керувати величиною та напрямком потоку потужності, змінюючи кут запалення конвертерів. Цей точний механізм керування значно підвищує границю трансієнтної стабільності з'єднаної системи, забезпечуючи більш надійну передачу електроенергії.
Згортання коливань потужності: Змінюючи потік потужності через зв'язок DC, зв'язки HVDC можуть швидко згортати коливання потужності в з'єднаних мережах AC. Це ефективно підвищує загальну стабільність електричної мережі, зменшуючи ризик каскадних аварій та підвищуючи стійкість системи.
У сучасні часи традиційні електричні мережі все частіше замінюються розумними мережами. Використовуючи розумні лічильники та інтелектуальні пристрої, розумні мережі надають покращену ефективність роботи, краще управління попитом з боку споживачів та загальне покращення продуктивності порівняно з традиційними мережами.
