Энергосистемы общего пользования

August 12, 2013 by admin Комментировать »

Компоненты энергосистем общего пользования обычно делятся на три класса — генераторные, передающие и распределительные, хотя раньше выделяли лишь генераторные и не отделяли друг от друга два последних. На Рис. 1.2 показана иерархия напряжений и нагрузок.

Линии электропередачи доносят через большие расстояния энергию до подстанций, которые понижают напряжение до промежуточного уровня. Некоторые высоковольтные линии имеют точки соединения между системами в региональной сети. Высокомощные нагрузки, такие как электродуговые печи или электрохимические установки, могут питаться непосредственно от линий электропередачи. Другие потребители питаются от вспо-

Рис. i.2. Типовая секцияэнергосистемы

могательных (промежуточных) линий передачи электроэнергии или через распределительные фидеры, которые служат также для энергоснабжения малых предприятий, коммерческого и жилого секторов. Энергосистема в США выросла к настоящему времени до суммарной мощности более 1000 ГВт. Паровые турбины, приводимые в действие от горения угля или ядериой реакции, а также гидравлические турбины поставляют огромную энергию движения для электрогенераторов, однако наиболее быстро растет применение турбин, работающих на природном газе, что обусловлено ограничениями на использование угля и ядерного горючего в целях защиты окружающей среды. Намного меньше электроэнергии производится ветроэлектростанциями, хотя эта область расширяется в соответствии с развитием техники. Еще меньшая часть электроэнергии вырабатывается на дизельных электростанциях в маленьких муниципальных сетях.

Национальная система электропередачи работает в кооперации с региональными сообществами производителей электроэнергии, поскольку в соответствии с правительственными распоряжениями выработка электроэнергии находится в руках множества независимых операторов. Из года в год напряжение в линиях электропередачи увеличивается и к настоящему времени достигло 230 кВ. Создание электростанции на плотине Гувера (Hoover Dam) сделало возможным увеличить долю электроэнергии, поставляемой в Лос-Анджелес, за счет гидроэнергии. Построенная в 1930 г., эта линия электропередачи была самой протяженной и наиболее высоковольтной (287 кВ!) в стране. Значительные усилия были потрачены на исследования и разработки в области изоляции и конструирования проводов, с тем чтобы уменьшить потери из-за коронного разряда. Вводились в строй все более высоковольтные линии электропередачи, и наконец сейчас разработаны стандарты на коммутационные устройства, способные работать при 800 кВ. Линии электропередачи напряжением 500 кВ и выше обозначаются EHV (Extra High Voltage — сверхвысокое напряжение). Наиболее крупным проектом EHV в США является линия «Пасифик Интерти» (Pacific Intertie) протяженностью 905 миль — из Бонневилля (штат Вашингтон) до Лос-Анджелеса. Две линии, по 500кВ каждая, поставят около 2500 МВт, полученных на гидроэлектростанции на реке Колумбия, в основные центры потребления в Южной Калифорнии. Компания «Гидро-Квебек» (Hydro-Quebec) разрабатывает систему линий электропередачи с напряжением 765 кВ, чтобы донести энергию с гидроэлектростанций в Северном Квебеке до потребителей в Канаде и США.

Хотя большинство линий электропередачи классифицируются по их номинальному напряжению, рассчитываются они исходя из так называемого основного уровня импульсной прочности изоляции (BIL — Basic Insulation Level), учитывающего возможность грозовых разрядов и переходных процессов при коммутации. Напряжение в грозовых разрядах было найдено равным 5 MB, токи — до 220 кА, а максимальное значение di/dt составляло 50 кА/мкс, так что они способны привести к серьезным авариям. Применение защитных разрядников будет рассмотрено в гл. 2.

Высоковольтные линии передачи постоянного тока (HVDC — HighVoltage DC) стали реальностью с наступлением времени силовой электроники. Их преимущества перед линиями передачи на переменном токе состоят в том, что они лишены емкостных эффектов и фазовых сдвигов, которые создавали проблемы при регулировании и ослабляли устойчивость системы к отказам. Одна из ранних линий типа HVDC шла из штата Вашингтона в город Силмар, Калифорния, что в нескольких милях к северу от Лос-Анджелеса, и предназначалась для питания системы «Пасифик Интерти». Она была рассчитана на 1200 МВт при 400 кВ постоянного тока. Преобразовательная станция в Силмаре первоначально строилась в расчете на использование ртутных управляемых выпрямителей для преобразования постоянного напряжения в переменное, однако была разрушена землетрясением. При ее восстановлении были, пожалуй впервые использованы в технике HVDC преобразователи на полупроводниковых тиристорах (SCR). В мире есть еще несколько других больших линий HVDC: в Японии — из Хонсю на Хоккайдо; в Италии — от материка к острову Сардиния; в Новой Зеландии — между Северным и Южным островами. Компания «Гидро-Квебек» (Hydro-Quebec) использует линию HVDC протяженностью 640 миль, напряжением 450 кВ и мощностью 2250 МВт от электростанции Рэдиссон, около Джеймс Бей, до преобразовательной станции в Николе (Nicolet) мощностью 1200 MBA, затемлиния продолжается на 66 миль до преобразовательной станции «Де-Кантонс» (Des Cantons) мощностью 400 MBA, которая является точкой обмена энергией с объединением «Нью Ингланд Пауэр Пул» (New England Power Pool) в штате Вермонт. Далее линия проходит через Комерфорд, штат Нью-Хэмпшир, а конечной точкой является преобразовательная станция «Эйер» (Ayer) (Санди Понд), штат Массачусетс, к северо-западу от Бостона.

Частные пользователи электроэнергии обычно оплачивают счета, составленные на основе потребленной энергии, выраженной в киловатт-чаcax без учета коэффициента мощности используемых нагрузок. А вот счета промышленных потребителей состоят из двух частей. Во-первых, они платят за киловатт-часы потребленной энергии в оплачиваемый период времени. Эти выплаты в настоящее время составляют 3…5 центов за один киловатт-час. Из этих денег оплачивается расход топлива (угля, газа или нефти), а также часть расходов на содержание генерирующих структур. Даже электричество, получаемое на гидроэлектростанциях, не освобождается от этих платежей\

Вторая часть рассчитывается на основе значения максимального потребления электроэнергии, усредненного за полчаса времени в оплачиваемом периоде. Для этой цели используется записывающий киловаттметр, в котором остается максимальное значение потребленной мощности. Затем производится пересчет потребленной электроэнергии в сторону увеличения с учетом среднего за месяц значения коэффициента мощности. Для метрополитена типовое значение платы по этой части счета составляет 5…15 долл. в месяц за каждый пересчитанный с учетом коэффициента мощности киловатт. Эти деньги идут на обслуживание трансформаторов, передающих линий и распределительных систем, необходимых для доставки энергии потребителю. Учет коэффициента мощности при расчете этих выплат позволяет привязать их к числу ампер, на самом деле поставленных из электросети. Эта система расчета платежей создает мощный побудительный механизм для промышленных потребителей электроэнергии к улучшению коэффициента мощности их оборудования, и установка соответствующих конденсаторов быстро окупается. Приведенный выше пример является просто иллюстрацией методов расчета платежей за электроэнергию, и на практике у разных электрокомпаний в США существует много вариантов этих расчетов. Представители электрокомпаний обычно дают полезные советы, как уменьшить расходы на электроснабжение. В гл. 14 это еще будет обсуждаться.

Важной проблемой в США является возрастающая нагрузка на линии электропередачи. Перед отменой государственного контроля большинство электрокомпаний вырабатывали и передавали свою электроэнергию во взаимосвязи с другими сетями, что обеспечивало стабильность системы и ее устойчивость к авариям. Свобода рынка электроэнергии в настоящее время приводит часто к тому, что потребители предпочитают покупать электроэнергию у далеко расположенных производителей, а не у местных. Это приводит к перегрузке линий электропередачи и снижению стабильности системы электроснабжения. Строительство дополнительных передающих линий встречает трудности в связи с реакцией населения, выражающейся фразой «только не на моем заднем дворе» (NIMBY — not in my back yard). Кроме того, электросетевые компании не заинтересованы строить линии для передачи энергии, за которую они не смогут выставить счета потребителям. Несмотря на эти проблемы, дополнительные запасы по передаваемой мощности являются жизненно необходимыми для обеспечения надежности системы энергоснабжения.

Весь северо-запад США погрузился во тьму 14 августа 2003 г. из-за крупной аварии, принесшей убытки в миллиарды долларов вследствие потери продукции и доходов. А дело было просто в плохом обслуживании нескольких передающих линий в штате Огайо. Большой крик поднялся по поводу « ан т ик в а p н о с т и >> электропередающих линий, но суть дела состоит в том, что электрораспределительная промышленность достигла выдающихся результатов в обеспечении надежности электроснабжения, особенно с учетом отмены государственного регулирования. Однако в будущем надежность необходимо еще повышать.

Значительное повышение стабильности системы электроснабжения может быть достигнуто за счет разработки систем FACTS. Под этой аббревиатурой, расшифровываемой как гибкая система передачи переменного тока (Flexible AC Transmission Systems), скрываются системы управления силовой электроникой, способные отслеживать очень быстрые изменения напряжения и фазового угла в системе электроснабжения. Применение FACTS позволяет при некоторых видах аварий сохранить напряжение и частоту в системе электроснабжения в пределах номинальных значений. Стабильность системы электропередачи может быть поддержана даже при превышении ее нагрузочной способности. Установка систем FACTS может отсрочить или даже устранить необходимость строительства новых линий электропередачи, что трудновыполнимо из соображений охраны окружающей среды, сложности получения разрешений на строительство и стоимости полосы отчуждения.

Источник: Сукер К. Силовая электроника. Руководство разработчика. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI, 2008. — 252 c.: ил. (Серия «Силовая электроника»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты