Широкая синхронная сеть
Глобальная синхронная сеть (также называемая « межсетевым соединением » в Северной Америке ) представляет собой трехфазную электроэнергетическую сеть регионального масштаба или выше, которая работает на синхронизированной частоте электросети и электрически связана вместе в нормальных условиях системы. Также известная как синхронные зоны , самой мощной из них является Государственная энергосистема Северного Китая с генерирующей мощностью 1700 гигаватт (ГВт), а самым широким обслуживаемым регионом является регион системы IPS/UPS, обслуживающей большинство стран бывшего Советского Союза. Синхронные сети с достаточной мощностью облегчают торговлю электроэнергией на обширных территориях. (EEX) продавалось более 350 000 мегаватт-часов в день В ENTSO-E в 2008 году на Европейской энергетической бирже . [ 1 ]
Соседние межсоединения с одинаковой частотой и стандартами могут быть синхронизированы и напрямую соединены для формирования более крупного межсоединения, или они могут распределять мощность без синхронизации через высоковольтные линии электропередачи постоянного тока (связи постоянного тока), твердотельные трансформаторы или трансформаторы переменной частоты. (VFT), которые обеспечивают контролируемый поток энергии, а также функционально изолируют независимые частоты переменного тока с каждой стороны. Каждое из межсоединений в Северной Америке синхронизируется с номинальной частотой 60 Гц, а в Европе — с частотой 50 Гц.
Преимущества синхронных зон включают объединение генерации, что приводит к снижению затрат на выработку; объединение нагрузки, приводящее к значительному выравнивающему эффекту; общее обеспечение резервов, что приводит к снижению затрат на первичную и вторичную резервную электроэнергию; открытие рынка, что приведет к возможности заключения долгосрочных контрактов и краткосрочных обменов электроэнергией; и взаимопомощь в случае беспорядков. [ 2 ]
Одним из недостатков глобальной синхронной сети является то, что проблемы в одной части могут иметь последствия для всей сети.
Характеристики
[ редактировать ]Глобальные синхронные сети повышают надежность и позволяют объединять ресурсы. Также они позволяют выравнивать нагрузку, что снижает требуемую генерирующую мощность, позволяет использовать более экологически чистую энергию; обеспечить более разнообразные схемы производства электроэнергии и обеспечить эффект масштаба. [ 3 ]
Глобальные синхронные сети не могут быть сформированы, если две соединяемые сети работают на разных частотах или имеют существенно разные стандарты. Например, в Японии по историческим причинам северная часть страны работает на частоте 50 Гц, а южная — на частоте 60 Гц. Это делает невозможным формирование единой синхронной сети, что было проблематично во время «Фукусима-дайити» аварии на АЭС .
Кроме того, даже если сети имеют совместимые стандарты, виды сбоев могут быть проблематичными. Могут быть достигнуты ограничения по фазе и току, что может вызвать массовые отключения электроэнергии. Иногда проблемы решаются путем добавления в сеть каналов HVDC, чтобы обеспечить больший контроль во время нештатных событий.
Как выяснилось во время энергетического кризиса в Калифорнии , у некоторых рыночных торговцев могут быть сильные стимулы к созданию преднамеренных перегрузок и плохому управлению генерирующими мощностями в межсетевых сетях с целью взвинчивания цен. Увеличение пропускной способности и расширение рынка за счет объединения с соседними синхронными сетями затрудняют подобные манипуляции.
Частота
[ редактировать ]В синхронной сети все генераторы естественным образом электрически связаны друг с другом, работают на одной и той же частоте и остаются почти в фазе друг с другом. Для вращающихся генераторов местный регулятор регулирует крутящий момент и помогает поддерживать более или менее постоянную скорость при изменении нагрузки. Управление снижением скорости гарантирует, что несколько параллельных генераторов распределяют изменения нагрузки пропорционально их номинальным значениям. Производство и потребление должны быть сбалансированы по всей сети, поскольку энергия потребляется по мере ее производства. Энергия сохраняется в краткосрочной перспективе за счет кинетической энергии вращения генераторов.
Небольшие отклонения от номинальной частоты системы очень важны для регулирования отдельных генераторов и оценки равновесия сети в целом. Когда сеть сильно загружена, частота снижается, и регуляторы настраивают свои генераторы так, чтобы выдавать больше мощности ( управление падением скорости ). Когда сеть загружена незначительно, частота сети превышает номинальную частоту, и это воспринимается системами автоматического контроля генерации по всей сети как указание на то, что генераторам следует снизить свою мощность.
Кроме того, часто существует централизованное управление, которое может изменять параметры систем AGC в течение минуты или дольше для дальнейшей настройки потоков региональной сети и рабочей частоты сети.
Если необходимо соединить соседние сети, работающие на разных частотах, необходим преобразователь частоты. HVDC Соединители , твердотельные трансформаторы или трансформаторы переменной частоты могут соединять две сети, которые работают на разных частотах или не поддерживают синхронизм.
Инерция
[ редактировать ]Инерция в синхронной сети — это запасенная энергия, которой располагает сеть, которая может обеспечить дополнительную мощность на несколько секунд для поддержания частоты сети. Исторически это обеспечивалось только угловым моментом генераторов и давало схемам управления время приспособить свою мощность к изменениям нагрузки, а также внезапным отказам генератора или распределения.
Инверторы, подключенные к HVDC, обычно не имеют инерции, но энергия ветра может обеспечить инерцию, а солнечные и аккумуляторные системы могут обеспечить синтетическую инерцию . [ 4 ] [ 5 ]
Ток короткого замыкания
[ редактировать ]В ситуациях короткого замыкания важно, чтобы сеть могла обеспечивать достаточный ток для поддержания достаточно стабильного напряжения и частоты до тех пор, пока автоматические выключатели не смогут устранить неисправность. Многие традиционные генераторные системы имели провода, которые можно было перегружать в течение очень коротких периодов времени без повреждений, но инверторы не способны выдавать нагрузку, в несколько раз превышающую номинальную. Коэффициент короткого замыкания можно рассчитать для каждой точки сетки, и, если он окажется слишком низким, необходимо предпринять шаги для его увеличения, чтобы он был выше 1, что считается стабильным.
Хронометраж
[ редактировать ]В целях хронометража в течение дня рабочая частота будет изменяться, чтобы сбалансировать отклонения и предотвратить значительный выигрыш или потерю времени с помощью сетевых часов, обеспечивая 4,32 миллиона циклов на частоте 50 Гц и 5,184 миллиона циклов на частоте 50 Гц. Системы 60 Гц каждый день.
В редких случаях это может привести к проблемам. В 2018 году Косово из-за ссоры с Сербией использовало больше энергии, чем вырабатывало , что привело к отставанию всей синхронной сети континентальной Европы от того, чем должно было быть. Частота упала до 49,996 Гц. Со временем это привело к тому, что синхронные электрические часы стали отставать на шесть минут, пока разногласия не были разрешены. [ 6 ]
Развернутые сети
[ редактировать ]| Имя | Страны | Обложки/Заметки | Организация/Компания | Генерирующая мощность | Ежегодное поколение | Год/Ссылки |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Государственная сеть Северного Китая |  Китай
|
Северный Китай | Государственная сетевая корпорация Китая | 1700 ГВт | 5830 ТВтч | 2020 [ 7 ] |
| Континентальная Европа (UCTE) |  ЕС (за исключением Ирландии, Швеции, Финляндии, Литвы, Латвии, Эстонии, Кипра и Восточной Дании)  Босния и Герцеговина  Черногория  Северная Македония  Косово  Сербия  Швейцария  Марокко  Алжир  Тунис  Турция  Украина  Молдавия
|
24 европейские страны, обслуживающие 450 миллионов | ДЕЙСТВИЕ-Да . | 859 ГВт | 2569 ТВтч | 2017 [ 8 ] |
| Восточное соединение |  Соединенные Штаты  Канада
|
Восточная часть США (кроме большей части Техаса) и восточная Канада (кроме Квебека, Ньюфаундленда и Лабрадора) | 610 ГВт | 1380 ТВтч | 2017 [ нужна ссылка ] | |
| Индийская национальная сеть |  Индия
|
Обслуживает более 1,4 миллиарда человек | 425 ГВт | 1844 ТВтч | 2023 [ нужна ссылка ] | |
| ИПС/ИБП |  Россия  Беларусь  Эстония  Латвия  Литва  Казахстан  Кыргызстан  Таджикистан  Грузия  Азербайджан  Монголия
|
11 стран бывшего Советского Союза обслуживают 240 миллионов | 337 ГВт | 1285 ТВтч | 2005 [ 9 ] [ 10 ] | |
| Южная электросеть Китая | Китай
|
Китайская южная сеть | 320 ГВт | 1051 ТВтч | 2019 [ 11 ] | |
| Западное соединение | Соединенные Штаты Канада  Мексика
|
Запад США, запад Канады и север Нижней Калифорнии в Мексике. | 265 ГВт | 883 ТВтч | 2015 [ 12 ] | |
| Национальная взаимосвязанная система (SIN) |  Бразилия
|
Электроэнергетический сектор Бразилии | 150 ГВт | 410 ТВтч
(2007) [ нужна ссылка ] |
2016 | |
| Синхронная сеть Северной Европы |  Норвегия  Швеция  Финляндия  Дания
|
Страны Северной Европы (Финляндия, Швеция, за исключением Готланда , Норвегии и Восточной Дании), обслуживающие 25 миллионов человек. | 93 ГВт | 390 ТВтч | [ нужна ссылка ] | |
| Национальная сеть (Великобритания) |  Великобритания
|
Синхронная зона Великобритании, обслуживающая 65 миллионов человек. | Национальная грид плс | 83 ГВт
(2018) [ 13 ] |
336 ТВтч | 2017 [ 13 ] |
| Национальная сеть Ирана |  Иран  Армения  Туркменистан
|
Иран и Армения, обслуживающие 84 миллиона человек. | 82 ГВт | 2019 [ 14 ] | ||
| Южноафриканский энергетический пул |  Ангола  Ботсвана  Демократическая Республика Конго  Эсватини  Лесото  Мозамбик  Малави  Намибия  ЮАР  Танзания  Замбия  Зимбабве
|
SAPP обслуживает 9 из 12 стран САДК и небольшие регионы Анголы, Малави и Танзании. | 80,9 ГВт | 289 ТВтч | 2020 [ 15 ] | |
| Техасское соединение | Соединенные Штаты
|
Большая часть Техаса ; обслуживает 24 миллиона клиентов | Техасский совет по надежности электрооборудования ( ERCOT ) | 78 ГВт | 352 ТВтч (2016 г.) [ 16 ] | 2018 [ 17 ] |
| Национальный рынок электроэнергии |  Австралия
|
Австралии, Штаты и территории за исключением Западной Австралии и Северной территории ( Тасмания является ее частью, но не синхронизирована) | Национальный рынок электроэнергии | 50 ГВт | 196 ТВтч | 2018 [ 18 ] |
| Межсетевое соединение Квебека | Канада
|
Квебек | Гидро-Квебек ТрансЭнерги | 42 ГВт | 184 ТВтч | [ нужна ссылка ] |
| Система Ява-Мадура-Бали ( ДЖАМАЛИ ) |  Индонезия
|
Система JAMALI обслуживает 7 провинций (Западная, Восточная и Центральная Ява, Бантен, Джакарта, Джокьякарта и Бали), обслуживая 49,4 миллиона клиентов. (Часть проекта энергосистемы АСЕАН ) | злотых | 40,1 ГВт (2020 г.) [ 19 ] | 163 ТВтч (2017 г.) [ 20 ] | 2021 |
| Аргентинская система межсетевых соединений |  Аргентина
|
Аргентина, кроме Огненной Земли | 39,7 ГВт | 129 ТВтч | 2019 [ 21 ] | |
| Национальная электрическая система |  Чили
|
Основная чилийская сетка | 31,7 ГВт | 75,8 ТВтч | 2022 [ 22 ] | |
| Суматра Системы | Индонезия
|
Система Суматра обслуживает 8 провинций (Северная, Западная, Южная Суматра, Ачех, Бенгкулу, Лампунг, Джамби и Риау) и остров Бангка, обслуживая 17 миллионов клиентов. (Часть проекта энергосистемы АСЕАН ) | злотых | 14,7 ГВт
(2020) [ 23 ] |
32,1 ТВтч
(2016) [ 23 ] |
2022 [ 24 ] |
| Ирландская сетка |  Ирландия Великобритания
|
Ирландия и Северная Ирландия. | ЭйрГрид | 7,3 ГВт
(2022) [ 25 ] |
29,6 ТВтч | 2020 [ 26 ] |
| СИЕПАК |  Панама  Коста-Рика  Гондурас  Никарагуа  Сальвадор  Гватемала
|
Центральноамериканская система электрических соединений обслуживает Коста-Рику, Сальвадор, Гватемалу, Гондурас, Никарагуа и Панаму. | 6,7 ГВт | 2020 [ 27 ] | ||
| Экваториальная система |  Малайзия Индонезия
|
Штат Саравак и северо-западная часть Западного Калимантана (часть проекта энергосистемы АСЕАН ) | Главы энергетических предприятий/органов АСЕАН ( HAPUA ) | 5,5 ГВт | 2017 [ нужна ссылка ] | |
| Юго-западная взаимосвязанная система | Австралия
|
Западная Австралия | 4,3 ГВт | 17,3 ТВтч | 2016 [ 28 ] |
Неполная таблица некоторых крупных взаимосвязей.
Исторически сложилось так, что в энергосистеме Северной Америки Восточная и Западная межсоединения были напрямую связаны и в то время были крупнейшей синхронной сетью в мире, но оказалось, что она нестабильна, и теперь они соединены между собой только постоянным током. [ 29 ]
Планируется
[ редактировать ]- Китайские поставщики электроэнергии планируют к 2020 году построить синхронную сеть сверхвысокого напряжения переменного тока, которая соединит нынешние Северную, Центральную и Восточную сети. [ 30 ] После завершения его генерирующие мощности превзойдут мощности UCTE Interconnection.
- Unified Smart Grid объединяет межсетевые соединения США в единую сеть с функциями интеллектуальных сетей .
- SuperSmart Grid — аналогичное предложение по мегасетям, связывающее UCTE, IPS/UPS и средиземноморскую сеть.
- Энергетическая сеть АСЕАН планирует соединить все сети АСЕАН. Первым шагом является соединение всех материковых стран АСЕАН с Суматрой, Явой и Сингапурской энергосистемой, а затем с островом Борнео и Филиппинами.
Соединители постоянного тока
[ редактировать ]
Соединители, такие как высоковольтные линии постоянного тока, полупроводниковые трансформаторы или трансформаторы переменной частоты, могут использоваться для соединения двух межсетевых сетей переменного тока, которые не обязательно синхронизированы друг с другом. Это обеспечивает преимущества межсетевого соединения без необходимости синхронизации еще более широкой области. Например, сравните глобальную карту синхронной сети Европы (во введении) с картой линий HVDC (здесь справа). Твердотельные трансформаторы имеют большие потери, чем обычные трансформаторы, но линиям постоянного тока не хватает реактивного сопротивления, и в целом линии HVDC имеют меньшие потери, передавая мощность на большие расстояния в синхронной сети или между ними.
Планируемые несинхронные соединения
[ редактировать ]Целью Tres Amigas SuperStation является обеспечение передачи энергии и торговли между Восточным и Западным межсетевыми соединениями с использованием HVDC межсетевых соединителей мощностью 30 ГВт .
См. также
[ редактировать ]
- Высоковольтный постоянный ток (HVDC)
- Супер сетка
- Европейская суперсеть
- Микросеть
- Умная сеть
- Единая интеллектуальная сеть
- Суперумная сеть
- Трес Амигас Суперстанция
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Обзор рынка EEX, 3 квартал 2008 г.» (PDF) . Лейпциг : Группа надзора за рынком (HÜSt) Европейской энергетической биржи . 30 октября 2008 г. с. 4. Архивировано из оригинала (PDF) 10 июля 2011 г. Проверено 6 декабря 2008 г.
- ^ Хаубрих, Ханс-Юрген; Дитер Дензель (23 октября 2008 г.). «Характеристики взаимосвязанной работы» (PDF) . Эксплуатация взаимосвязанных энергосистем (PDF) . Ахен : Институт электрооборудования и электростанций (IAEW) при RWTH Ахенского университета . п. 3. Архивировано из оригинала (PDF) 19 июля 2011 г. Проверено 6 декабря 2008 г. (Титульный лист и содержание см. по ссылке «Эксплуатация энергосистем».)
- ^ «Технические аспекты межсетевого соединения» (PDF) . Проверено 14 декабря 2023 г.
- ^ «Инерция и энергосистема: Путеводитель без вращения» .
- ^ Инерция и энергосистема: руководство без вращения Пол Денхольм, Триу Май, Рик Уоллес Кеньон, Бен Кропоски и Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии Марка О'Мэлли
- ^ «Ссора в энергосистеме Сербии и Косово задерживает европейские часы» . Рейтер . 7 марта 2018 г.
- ^ «Сетевой бизнес, ЮГКК» . www.sgcc.com.cn. Проверено 23 ноября 2021 г.
- ^ «Статистический информационный бюллетень ENTSO-E за 2017 год» (PDF) . www.entsoe.eu . Проверено 2 января 2019 г.
- ^ UCTE - Исследовательская группа IPSUPS (07 декабря 2008 г.). Технико-экономическое обоснование: Синхронное соединение ОЭС/ИБП с UCTE (Отчет). Программа TEN-Energy Европейской Комиссии . п. 2.
- ^ Сергей Лебедь РАО ЕЭС (20 апреля 2005 г.). «Обзор IPS/UPS» (PDF) . Брюссель: Презентация исследования UCTE-IPSUPS. п. 4. Архивировано из оригинала (PDF) 28 июля 2011 г. Проверено 7 декабря 2008 г.
- ^ «Сетевой бизнес, РГС» . www.eng.csg.cn. Проверено 23 ноября 2021 г.
- ^ Состояние межсоединения, 2016 г., стр. 10-14 + 18-23. ВЕКК , 2016. Архив
- ^ Jump up to: а б «Сборник энергетической статистики Великобритании (DUKES): электричество» . GOV.UK. 28 июля 2022 г.
- ^ «Электростанция Далаху увеличивает мощность на 310 МВт» . Эхтесад Онлайн . 27 ноября 2019 г. Проверено 2 декабря 2019 г.
- ^ «Годовые отчеты | Энергетический пул Южной Африки» . www.sapp.co.zw. Проверено 21 декабря 2022 г.
- ^ Списки Ercot за 2016 г. ercot.com
- ^ «Краткие факты» (PDF) . www.ercot.com . 818.
- ^ «Поставка электроэнергии в регионы национального рынка электроэнергии | Регулятор энергетики Австралии» . Архивировано из оригинала 09 февраля 2019 г. Проверено 8 февраля 2019 г.
- ^ Муляна, Ридван Нанда (23 февраля 2021 г.). Первитасари, Анна Сучи (ред.). «PLN: В этом году в системе Ява-Мадура-Бали появятся дополнительные электростанции мощностью 3000 МВт» . kontan.co.id (на индонезийском языке) . Проверено 24 апреля 2021 г.
- ^ синергия (28 апреля 2017 г.). «Электрические системы Индонезии — система Джава-Мадура-Бали» . Инсайты . Проверено 24 апреля 2021 г.
- ^ «Годовой отчет за 2019 год» [Годовой отчет за 2019 год]. порталweb.cammesa.com (на испанском языке). Публичное общество с ограниченной ответственностью «Управляющая компания оптового рынка электроэнергии» . 12 июня 2020 г. Проверено 10 августа 2020 г.
- ^ «Национальная электрическая система (SEN) I Национальный координатор по электротехнике (CEN)» . Национальный координатор по электротехнике | Мы обслуживаем Чили с помощью Energy (на европейском испанском языке). 30 июля 2018 г. Проверено 21 декабря 2022 г.
- ^ Jump up to: а б синергия (29 мая 2017 г.). «Электрические системы Индонезии – взаимосвязанная система Суматры» . Инсайты . Проверено 26 ноября 2022 г.
- ^ «PLN управляет системой соединения 150 кВ Суматра-Бангка» . validnews.id (на индонезийском языке) . Проверено 26 ноября 2022 г.
- ^ «Отчет о генерирующих мощностях» (PDF) . Ltd.uk. Проверено 21 сентября 2023 г.
- ^ «Ветроэнергетика позволяет Ирландии достичь цели в области возобновляемых источников энергии» . 28 января 2021 г.
- ^ «Центральноамериканская система электрических соединений (SIEPAC)» (PDF) . ИРЕНА . Проверено 21 сентября 2023 г.
- ^ 2015/16 Факты и статистика Western Power
- ^ Кон, Джули (январь 2019 г.). «Когда сетка была сеткой: история краткой взаимосвязанной машины Северной Америки от побережья до побережья» . Труды IEEE . 107 (1): 232–243. дои : 10.1109/JPROC.2018.2880938 . S2CID 58005728 .
- ^ Лю Чжэнъя Президент SGCC (29 ноября 2006 г.). «Выступление на Международной конференции по технологиям передачи сверхвысокого напряжения 2006 г.» . Пекин: Презентация исследования UCTE-IPSUPS. Архивировано из оригинала 24 сентября 2008 г. Проверено 6 декабря 2006 г.