Электросистема
Вообще говоря, вы должны согласиться с тем, что система электроснабжения представляет собой сложный проект, состоящий из четырех основных ингредиентов. Теперь давайте подробно рассмотрим каждый ингридиент:
Четыре основных компонента системы электропитания (фото: afconsult.com)
- Поставка электричества
- коробка передач
- распределение
- Грузы
1. Электроснабжение
В настоящее время все страны имеют некоторые поставки электроэнергии для подключенных потребителей. Во многих промышленно развитых странах устанавливается единая сеть или распределительная система, так что генерирующая установка может быть «объединена» через соединения, чтобы поставлять клиентов из промышленных / заводских комплексов вплоть до самого маленького жилого потребителя, возможно, с помощью одного света или телевизора.
Так как электрическую энергию нелегко хранить, за исключением того, что она преобразует ее в какую-либо другую форму легко хранимой энергии.
Например, вода закачивается в более высокий резервуар, где выход генерирующей установки должен всегда мгновенно соответствовать потребностям нагрузок плюс потери (мы надеемся, менее 10%) при транспортировке и доставке требуемой энергии (единиц кВт-ч).
По многим веским причинам большинство малых потребителей требуют своего питания при низком напряжении (230 В в Европе, например, 110 В в США), тогда как для снижения потерь электричество должно передаваться на любом расстоянии при высоком напряжении (400 кВ в Европе, до 700 кВ в США / Канаде).
С другой стороны, генерация наиболее экономично выполняется при напряжении около 20 кВ, что требует повышения напряжения в системе передачи и снижения напряжения для распределения мириадам малых (в основном, жилых) потребителей.
Это преобразование легко осуществляется с помощью высокоэффективных трансформаторов, которые из-за закона Фарадея требуют переменного напряжения в 50 Гц в Европе, Японии, Австралии и т. Д. И 60 Гц на американском континенте. Чтобы минимизировать материальные затраты, передача и распределение лучше всего выполнять с использованием трехфазной системы, но небольшим потребителям требуется только однофазное питание.
Крупные и промежуточные потребители, такие как промышленные процессы, заводы, крупные здания и больницы и т. Д., Наиболее экономично поставляются с более высоким напряжением, чем мелкие потребители, от 10 до 20 кВ.
Следовательно, на этом напряжении работают многие распределительные системы, состоящие из понижающих трансформаторов, кабельных или воздушных линий, и только конечные, сравнительно короткие соединения с отдельными небольшими потребителями работают при напряжении 230 В или 110 В, как правило, путем отвода от трехфазной системы, Вернитесь к списку ингридиентов энергосистемы ↑
2. Передача
Часть типичной сети генерации и передачи показана как одна линейная диаграмма, как показано на рисунке 1. Следует отметить, что генераторы взаимосвязаны трехфазной системой, и очень важно, чтобы они работали синхронно друг с другом. Если генератор не может оставаться синхронным из-за неисправности, он должен быть отключен его выключателем, иначе вся система может рухнуть.
На рисунке, подстанции позволяют коммутировать цепи и альтернативные маршруты доступны, если схема должна быть снята для ремонта или обслуживания.
Системы распределения питаются от сети высокого напряжения с помощью понижающих трансформаторов, и все чаще в распределительную сеть внедряются более мелкие генераторы, « добавляемые» в комбинированный выход энергии синхронной системы.
Рисунок 1 - Часть типичной сети генерации и передачи
В дерегулированной электроэнергетической отрасли (ESI) генераторы могут принадлежать и эксплуатироваться различными коммунальными предприятиями, линиями электропередач и подстанциями, принадлежащими другим инвесторам, и поставками в распределительные системы, закупленные по контракту частным дистрибьюторам или поставщикам.
Все чаще для подводных соединений или для соединений между сетями несинхронно, постоянный ток высокого напряжения с использованием полупроводников в качестве выпрямителя на одном конце и в инверторе используется другой. Такие соединения следует рассматривать как альтернативы соединениям переменного тока.
Вернитесь к списку ингридиентов энергосистемы ↑
3. Распространение
Системы распределения среднего и низкого напряжения различаются по своему дизайну и расположению в зависимости от обслуживаемого места. В городских районах, где потребители многочисленны и сконцентрированы, подземная сеть с близко расположенными понижающими трансформаторными подстанциями установлена в соответствии с максимальным ожидаемым спросом после учета среднего разнообразия использования потребителя.
На рисунке 2 показана типичная городская сеть, где каждая отдельная линия представляет собой 3 фазы, содержащихся в одном под дорожным кабелем.
Рисунок 2 - Типичная схема поставки в городскую сеть в Великобритании
Из-за сложности защиты системы, если она была полностью взаимосвязана, ее обычно используют как радиальную систему, питаемую от первичных подстанций, но обеспечивая возможность подключения цепей альтернативными соединениями, если какая-либо цепь отключена по вине или условиям обслуживания.
Для сельских районов с малонаселенными потребителями в фермерских хозяйствах или небольших деревнях большинство поставок убираются небольшими трансформаторами, установленными на полюсе, как можно ближе к потребителю, питаемым от радиального контура. Предохранитель, а не релейная защита выключателя используется для дешевизны и повторного включения автоматических выключателей на первичной подстанции, чтобы обеспечить быстрое восстановление источников питания до здоровых цепей после выключения предохранителя из-за неисправности.
На рисунке 3 показана типичная система распределения в сельской местности, в которой точки разреза позволяют ручное переключение для восстановления поставок после отключения плавкого предохранителя. Воздушные линии, как трехфазные, так и однофазные, являются нормой, что позволяет быстро ремонтировать экипаж, оборудованный соответствующим образом.
Рисунок 3 - Типичная сельская распределительная система на 11 кВ с повышающими и понижающими трансформаторами, последняя защищена предохранителями
Вернитесь к списку ингридиентов энергосистемы ↑
4. Нагрузки
Потребительский спрос в энергосистеме часто называют «нагрузкой» и, разумеется, он будет меняться от часа к часу, изо дня в день и от сезона к сезону. Типичные кривые ежедневной нагрузки, агрегированные по всей системе Англии и Уэльса, показаны на рисунке 4.
Как отмечалось ранее, общий выход генератора должен соответствовать этому требованию, и для этого требуется, чтобы генераторы были гибкими.
На практике, чтобы поддерживать как высокий эффективный выход, так и возможные генераторы хотят работать на полном выходе или быть в автономном режиме, поэтому системный оператор инструктирует завод синхронизировать и деинхронизировать в заранее запланированные сроки, разработанные каким-то экономическим алгоритмом планирования.
В то время, когда ожидается, что спрос будет колебаться на 5% или около того в течение минут (как это может произойти в общенациональном мероприятии, когда чайники или плиты включаются / выключаются в соответствии с телевизионной программой), тогда ряд генераторов, особенно тех, с быстрым ответом, будет запланировано.
Если кривая спроса на рисунке 4 построена в порядке убывания, как на рисунке 5, на полученной диаграмме показана кривая продолжительности. За год работы эта кривая указывает на коэффициент нагрузки, при котором можно ожидать, что будут работать различные виды генерирующей установки.
Рисунок 4 - Летние и зимние требования NGC для 1995/96 (не скорректированы с учетом погоды)
Обычно завод, имеющий самую дешевую цену за кВт-ч, будет работать при базовой нагрузке, а пиковая установка будет работать на очень малом коэффициенте нагрузки вокруг пикового спроса. Ожидается, что другие установки, в зависимости от их характеристик и производственных затрат, будут работать на промежуточных коэффициентах нагрузки, которые, вероятно, будут генерироваться в течение дня и закрыты ночью (известными как два смещения).
Рисунок 5 - Кривая продолжительности спроса для типичного зимнего спроса
В взаимосвязанных системах или пулах питания, где допускается торговля энергией, работа системы намного сложнее. В этом случае существующая генерирующая установка может обнаружить, что она не может полагаться на базовую или промежуточную нагрузку и должна быть установлена и запускаться в соответствии со своим контрактным портфелем выпуска, а не в каком-либо экономическом смысле.
Поэтому завод без достаточных контрактов для поддержания своей работы может быть изолирован и в конечном итоге закрыт, тогда как вновь установленный завод с долгосрочными контрактами может занять его место.
Доступность долгосрочных контрактов как со стороны подачи топлива, так и с точки зрения производства энергии, вероятно, будет доминирующей особенностью планирования в будущем.
Вернитесь к списку ингридиентов энергосистемы ↑
Ссылка // Справочник инженера-электрика М. А. Лаутона, Ф. И. Э. и DJ Warne CEng., FIEE (Покупка твердой обложки из Амазонки)