Что такое электрическая система?
С общей точки зрения, электроэнергетическая система обычно понимается как очень большая сеть, которая связывает электростанции (большие или малые) с нагрузками с помощью электрической сети, которая может охватывать целый континент, такой как Европа или Северная Америка.
Структура электроэнергетических систем, которые вы ДОЛЖНЫ полностью понять (фото: Carla Wosniak via Flickr)
Таким образом, энергосистема, как правило, простирается от электростанции прямо до гнезд внутри помещений клиентов. Они иногда называются системами полной мощности, поскольку они являются автономными.
Меньшие энергетические системы могут быть изготовлены из частей или секций большей, полной системы. На рисунке 1 показаны несколько элементов, которые работают вместе и подключены к сети питания.
Подсистема, представленная на рисунке 1 (а), может быть одним из конечных пользователей электрической энергии системы полной мощности. Подсистема, представленная на рисунке 1 (b), может быть одной из малых электростанций, работающих как распределенная генерация (DG). Большинство этих энергосистем работают только при подключении к полной системе питания.
Системы электропитания, которые поставляются внешним источником электроэнергии или которые производят (путем преобразования из других источников) электричество и передают его в большую сетку, называются системами частичной энергетики.
Рисунок 1 (a, b) - Подсистемы питания специального назначения
Энергосистемы, которые представляют интерес для наших целей, представляют собой широкомасштабные полномасштабные энергосистемы, которые охватывают большие расстояния и были развернуты на протяжении десятилетий энергетическими компаниями.
Генерация - это производство электроэнергии на электростанциях или генерирующих единицах, где форма первичной энергии преобразуется в электричество. Передача - это сеть, которая перемещает власть от одной части страны или региона к другому. Обычно это хорошо взаимосвязанная инфраструктура, в которой несколько линий электропередач соединяют разные подстанции, которые изменяют уровни напряжения, предлагая улучшенную избыточность.
Распределение, наконец, обеспечивает мощность (можно сказать, локально по сравнению с системой передачи) до конечных нагрузок (большая часть которых подается при низком напряжении) через промежуточные этапы, на которых напряжение преобразуется вниз (преобразуется) на более низкие уровни.
Система распределения заканчивается в точках потребления энергии или нагрузках, где мощность используется для ее конечной цели.
Есть части мира, в которых дерегулирование и приватизация отрасли уже полностью изменили индустриальный ландшафт, в то время как в других проблемах еще предстоит увидеть.
Выработка энергии
Электростанции преобразуют энергию, содержащуюся в топливе (главным образом, уголь, нефть, природный газ, обогащенный уран) или возобновляемые источники энергии (вода, ветер, солнечная энергия) в электрическую энергию.
Обычные современные генераторы производят электричество с частотой, кратной скорости вращения машины. Напряжение обычно не превышает 6-40 кВ. Выходная мощность определяется количеством пара, управляющего турбиной, которая в основном зависит от котла. Напряжение этой мощности определяется током во вращающейся обмотке (т. Е. Ротором) синхронного генератора.
Выход берется из фиксированной обмотки (т. Е. Статора). Напряжение усиливается трансформатором, обычно до гораздо более высокого напряжения. При таком высоком напряжении генератор подключается к сети в подстанции.
Рисунок 2 - паровая турбина и генератор мощностью 472 мегаватт (STG) для электростанции с комбинированным циклом Allen (фото кредит: businesswire.com)
Традиционные электростанции генерируют мощность переменного тока от синхронных генераторов, которые обеспечивают трехфазную электроэнергию, так что источник напряжения представляет собой комбинацию трех источников переменного напряжения, полученных из генератора, с их соответствующими фазовыми напряжениями, разделенными фазовыми углами 120 °.
Ветровые турбины и мини-гидроагрегаты обычно используют асинхронные генераторы, в которых сигнал генерируемого напряжения не обязательно синхронизируется с вращением генератора.
DG относится к поколению, которое подключается к системе распределения, в отличие от обычных централизованных систем выработки электроэнергии.
Исследовательский институт электроэнергетики (EPRI) определил распределенную генерацию как «использование небольших (от 0 до 5 МВт), модульных технологий производства электроэнергии, распределенных по всей системе распределения коммунальных услуг, чтобы уменьшить загрузку T / D или рост нагрузки и тем самым отложить обновление T & D, уменьшают потери системы, улучшают качество и надежность. »
Малые генераторы постоянно совершенствуются с точки зрения затрат и эффективности, становясь ближе к работе крупных электростанций.
Электростанция Документальные фильмы
Как работает тепловая электростанция?
Системы передачи
Мощность от генераторных установок переносится сначала через системы передачи, которые состоят из линий электропередачи, которые несут электроэнергию при различных уровнях напряжения. Система передачи соответствует сетевой сетчатой топологической инфраструктуре, соединяющей генерацию и подстанции вместе в сетку, которая обычно определяется при 100 кВ и более.
Рисунок 3 - Электрическая система
Электричество перетекает по высоковольтным (высоковольтным) линиям передачи на ряд подстанций, где напряжение уходит на трансформаторы до уровней, соответствующих системам распределения.
Уровни напряжения в сети переменного тока
Предпочтительные среднеквадратичные уровни напряжения в стандарте IEC 60038: 2009 соответствуют международным стандартам:
- 362 кВ или 420 кВ; 420 кВ или 550 кВ; 800 кВ; 1, 100 кВ или 1200 кВ для трехфазных систем с самым высоким напряжением для оборудования, превышающего 245 кВ.
- 66 (альтернативно, 69) кВ; 110 (альтернативно, 115) кВ или 132 (альтернативно, 138) кВ; 220 (альтернативно, 230) кВ для трехфазных систем с номинальным напряжением свыше 35 кВ и не более 230 кВ.
- 11 (альтернативно, 10) кВ; 22 (альтернативно, 20) кВ; 33 (альтернативно, 30) кВ или 35 кВ для трехфазных систем с номинальным напряжением свыше 1 кВ и не более 35 кВ. Существует отдельный набор ценностей, характерный для североамериканской практики.
В случае систем с номинальным напряжением от 100 до 1000 В включительно, 230/400 В является стандартным для трехфазных четырехпроводных систем (50 Гц или 60 Гц), а также 120/208 В для 60 Гц. Для трехпроводных систем напряжение 230 В между фазами является стандартным для 50 Гц и 240 В для 60 Гц. Для однофазных трехпроводных систем с частотой 60 Гц стандарт 120/240 В является стандартным.
Среднее напряжение (MV) в качестве концепции не используется в некоторых странах (например, в Соединенном Королевстве и Австралии), это «любой набор уровней напряжения, лежащих между низким и высоким напряжением», и проблема заключается в том, что фактическая граница между Уровни MV и HV зависят от местных практик.
В Европе воздушные линии электропередачи используются в открытых зонах, таких как межсетевые соединения между городами или вдоль широких дорог в пределах города. В перегруженных районах в городах для передачи электрической энергии используются подземные кабели. Система подземной передачи является экологически предпочтительной, но имеет значительно более высокую стоимость.
Линии электропередачи развертываются с тремя проводами вместе с заземляющим проводом. Практически все системы передачи переменного тока являются трехфазными системами передачи.
Системы распределения
Сегмент дистрибуции широко признан самой сложной частью смарт-сетки из-за ее повсеместности. Уровни напряжения 132 (110 в некоторых местах) или 66 кВ - это обычные уровни HV, которые можно найти в (европейских) распределительных сетях. Напряжения ниже этого (например, 30, 20, 10 кВ) обычно встречаются в распределительных сетях MV.
Уровни распределения ниже 1 кВ находятся в пределах так называемого LV или Low Voltage.
Топологии сетки MV можно классифицировать по трем группам:
Радиальная топология
Радиальные линии используются для подключения первичных подстанций (ПС) со вторичными подстанциями (СС) и среди них. Эти линии MV или «фидеры» могут использоваться исключительно для одного SS или могут использоваться для достижения нескольких из них. Радиальные системы поддерживают центральный контроль всех SS.
Эти радиальные топологии показывают древовидную конфигурацию, когда они растут по сложности. Они являются менее дорогостоящей топологией для разработки, эксплуатации и обслуживания, но они также менее надежны.
Рисунок 4 - Радиальная подающая система
Кольцевая топология
Это отказоустойчивая топология для преодоления слабости радиальной топологии при отключении одного элемента линии MV, которая прерывает работу электричества (отключение) на остальных подключенных подстанциях. Кольцевая топология является улучшенной эволюцией радиальной топологии, соединяющей подстанции с другими линиями MV для создания избыточности.
Независимо от физической конфигурации сетка работает радиально, но в случае отказа в фидере другие элементы маневрируют, чтобы перенастроить сетку таким образом, чтобы избежать сбоев.
Рисунок 5 - Схема кольцевой шины
Сетевая топология
Сетевая топология состоит из первичных и вторичных подстанций, соединенных через несколько линий MV, чтобы обеспечить множество альтернатив распространения. Таким образом, варианты реконфигурации для преодоления сбоев несколько, и в случае отказа могут быть найдены альтернативные решения для перенаправления электроэнергии.
Системы распределения LV могут быть однофазными или трехфазными. Например, в Европе они обычно представляют собой трехфазные системы 230 В / 400 В (т.е. каждая фаза имеет среднеквадратичное напряжение 230 В, а среднеквадратичное напряжение между двумя фазами составляет 400 В).
В сетях LV представлены более сложные и гетерогенные топологии, чем сетки MV. Точная топология систем LV зависит от расширения и особенностей зоны обслуживания, типа, количества и плотности точек снабжения (нагрузок), специфических для конкретной страны и эксплуатационных процедур, а также ряда вариантов в международных стандартах.
Рисунок 6 - Система распределения сети
SS обычно подает электроэнергию на одну или несколько линий LV с одним или несколькими трансформаторами MV-to-LV на том же участке. Локальная топология LV обычно является радиальной, с несколькими ветвями, которые соединяются с расширенными фидерами, но также есть случаи сетевых сетей и даже кольцевых или двухкорпусных конфигураций в сетях LV.
Линии LV обычно короче линий MV, и их характеристики различаются в зависимости от области обслуживания.
Ссылка // Телекоммуникационные сети для Smart Grid от Alberto Sendin (Покупка твердой обложки из Amazon)