Přenos elektrické energie po dlouhých vedeních je tématem vědeckého článku o elektrotechnice, elektronickém inženýrství a informačních technologiích. Přečtěte si text výzkumné práce zdarma v elektronické knihovně CyberLeninka.

Lekce 44. Příjem, přenos a distribuce elektrické energie.

Výroba, přenos a distribuce elektrické energie.

Problém zásobování energií se brzy stane jedním z nejpalčivějších globálních problémů lidstva. Více než 60 % energie se vyrábí v tepelných elektrárnách (TE) na organická paliva (uhlí, ropné produkty, plyn, rašelina), přibližně 18 % v jaderných (JE) a vodních elektrárnách (VVE) a zbývající 2 % v solárních, větrných, geotermálních a dalších elektrárnách.

Výroba elektřiny v Rusku je soustředěna především ve velkých elektrárnách. Spotřebitelé elektřiny – průmysl, stavebnictví, elektrifikovaná doprava, zemědělství a sektor veřejných služeb – se nacházejí ve městech i venkovských oblastech. Centra spotřeby elektřiny se obvykle nacházejí ve vzdálenosti stovek nebo i tisíců kilometrů od jejích zdrojů a jsou rozmístěna na velkém území. V tomto ohledu vyvstává úkol přepravy elektřiny ze stanic ke spotřebitelům. Tento úkol plní elektrické sítě sestávající z přenosových vedení (PLE) a rozvoden.

Přenos elektrické energie z elektráren do velkých měst nebo průmyslových center na vzdálenosti tisíců kilometrů je složitý vědecký a technický problém.

Pro snížení ztrát ohřevem vodičů je nutné snížit proud v přenosovém vedení (TL) a v důsledku toho zvýšit napětí. Přenosová vedení se obvykle staví na napětí 400–500 kV a používají třífázový proud s proměnnou frekvencí 50 Hz. Obrázek znázorňuje schéma přenosového vedení z elektrárny ke spotřebiteli. Schéma poskytuje představu o použití transformátorů při přenosu elektřiny.

Je třeba poznamenat, že když se zvyšuje napětí v přenosových vedeních, zvyšují se úniky energie vzduchem. Za vlhkého počasí se tzv. koronový výboj, což lze detekovat charakteristickým praskavým zvukem. Účinnost přenosového vedení nepřesahuje 90 %.

Konvenční schéma zapojení vysokonapěťového přenosového vedení. Transformátory mění napětí v několika bodech podél vedení. Schéma zobrazuje pouze jeden ze tří vodičů vysokonapěťového vedení.

Mezi zařízeními na střídavý proud, která našly široké uplatnění v technice, zaujímá významné místo transformátory.

Transformátor – zařízení pro převod napětí a proudu s konstantní frekvencí.

Vynalezl ho P. N. Jabločkov v roce 1876. V roce 1882 transformátor vylepšil I. F. Usagin.

Princip činnosti transformátorů, používaný ke zvýšení nebo snížení napětí střídavého proudu, založený na jevu elektromagnetické indukce.

Nejjednodušší transformátor se skládá z uzavřeného jádra vyrobeného z měkkého magnetického materiálu, na kterém jsou navinuta dvě vinutí: primární a sekundární.

Primární vinutí je připojeno ke zdroji střídavého proudu s EMF e₁(t), proto v něm vzniká proud J₁(t), což vytváří v jádře transformátoru střídavý magnetický tok Φ, který cirkuluje prakticky bez rozptylu uzavřeným magnetickým jádrem a v důsledku toho proniká všemi závity primárního a sekundárního vinutí.

režim nečinný pohybTo znamená, že s rozpojeným obvodem sekundárního vinutí, proud v primárním vinutí je velmi malý kvůli velkému indukčnímu odporu vinutí. V tomto režimu transformátor spotřebovává málo energie.

režim zatížení в obvod sekundárního vinutí zatěžovací odpor R je zapnutý_нa v něm vzniká střídavý proud J₂(t). Celkový magnetický tok Φ v jádře je nyní vytvářen oběma proudy. Ale podle Lenzova pravidla je magnetický tok Φ₂, vytvořený proudem indukovaným v sekundárním vinutí J₂, směřující k proudění Φ₁, vytvořeno aktuálním J₁ v primárním vinutí: Φ = Φ₁ – Φ₂Z toho vyplývá, že proudy J₁ и J₂ změna v protifázi, tj. mají fázový posun rovný 180°.

Koeficient k=n₁/n₂ je transformační poměr.

na k>1 transformátor se nazývá zvyšující seNa ksnižování.

Výše uvedené vztahy platí, striktně vzato, pouze pro ideální transformátor, u kterého nedochází k rozptylu magnetického toku a ke ztrátám energie v důsledku Jouleova tepla. Tyto ztráty lze spojovat s přítomností aktivního odporu samotných vinutí a výskytem indukčních proudů (Foucaultovy proudy) v jádru. Pro snížení vířivých proudů Jádra transformátorů jsou obvykle vyrobena z tenkých ocelových plechů, které jsou od sebe navzájem izolované. Existuje další mechanismus ztráty energie spojený s hysterezními jevy v jádře. Během cyklické remagnetizace feromagnetických materiálů dochází ke ztrátám elektromagnetické energie, které jsou přímo úměrné ploše hysterezní smyčky.

V dobrých moderních transformátorech nepřesahují energetické ztráty při zatížení blízkém nominálnímu 1–2 %, takže teorie ideálního transformátoru je pro ně přibližně použitelná.

Pokud zanedbáme ztráty energie, pak výkon P₁, spotřebovaný ideálním transformátorem ze zdroje střídavého proudu, se rovná výkonu P₂, přenášené zatížení.

Podobná témata vědeckých prací z oblasti elektrotechniky, elektronického inženýrství, informačních technologií, autor vědecké práce – Berzan V. P., Rimsky V. K., Patsyuk V. I., Uzun M. N.

O některých vlastnostech režimu přenosu činného výkonu po elektrickém vedení střídavého proudu
Nouzové režimy při přenosu energie s zatížením v půlvlnné síti
Ztráty činného výkonu v dlouhých vedeních za koordinovaných, limitních a nouzových podmínek
PUTEREA REACTIVă IN LINIILE ELECTRIC

Numerické modelování přechodových a ustálených procesů v elektrických obvodech s proměnnými parametry

i Nemůžete najít, co potřebujete? Vyzkoušejte službu výběru literatury.

Text vědeckého článku na téma „Přenos elektrické energie po dlouhých vedeních“

REGIONÁLNÍ ENERGETICKÉ PROBLÉMY 2(10) 2009 PŘENOS ELEKTRICKÉ ENERGIE PO DLOUHÝCH VEDENÍCH

Berzan V.P., Rimsky V.K., Patsyuk V.I., Uzun M.N.

Energetický ústav Akademie věd Ruské federace E-mail: [email protected]. md

Abstrakt. Článek se zabývá vlastnostmi přenosu elektrické energie po dlouhých vedeních a prezentuje charakteristiky změn výkonu na začátku a konci vedení, účiník, účinnost přenosového vedení, proudy v závislosti na délce, parametry vedení a parametry zatížení. Je zkoumán vliv ztrát na dynamiku okamžitých hodnot napětí a proudů v otevřených a zkratovaných dlouhých vedeních a jsou odhaleny nelineární jevy v takových obvodech při napájení ze sinusového zdroje napětí. Je ukázáno, že metoda komplexní amplitudy není vždy použitelná při výpočtu módů v dlouhých vedeních.

Klíčová slova: přenosové vedení, výkon, přenášený výkon, proud, účinnost, účiník.

Elektrická přenosová energie při linii plic Berzan VP, Rimschi VX, Patiuc VI, Uzun MN

Rezumat. Se examaza partikulární transportului energiei electrice prin liniile lungi §i sunt prezentate caracteristicile evolutiilor puterii la intrarea §i la ie§ire linei, a factorului de putere §ia randamentului, precum §i curentilor in functie de lungiimea linei §i parametria linei Sa cercetat in regimurile de mers in gol §i de scurtcircuit influenta pierderilor de energy in liniile lungi asupra dinamicii evolutiei valorilor instantanee ale tensiunilor §i curentilor. Au fost depistate effecte de neliniaritate in linea lunga alimentata de la o sursa de tenziune sinusoidala. To znamená, že metoda amplitudinilor complexe není dosažitelná a je užitečná pro calcularea regimului linei lungi.

Klíčová slova: elektrická linka, elektrická energie, přechodová energie, proud, řešení, faktor napájení, randament.

Přenos elektrické energie po dlouhých vedeních Berzan VP, Rimskij VK, Patsjuk VI, Uzun MN

Abstrakt. Je zkoumán přenos elektrické energie po dlouhých vedeních a jsou uvedeny charakteristiky změny kapacit na začátku a na konci vedení: faktor kapacity, účinnost přenosového vedení, proudy v závislosti na délce, parametry vedení a parametry zatížení. Je zkoumán vliv ztrát na dynamiku okamžitých hodnot napětí a proudů v otevřených a zkratovaných dlouhých vedeních a jsou zjištěny vlivy nelinearity v takových řetězcích při napájení ze sinusového zdroje napětí. Je ukázáno, že metoda komplexních amplitud není vždy použitelná pro výpočet režimů v dlouhých vedeních.

Klíčová slova: přenosové vedení, výkon, přenášená kapacita, proud, účinnost, faktor kapacity.

Praktické využití elektrické energie vedlo k rozvoji určité infrastruktury, která zahrnuje kromě spotřebitelů také výrobní (generační) centra, dopravní systémy (vedení vysokého napětí) a distribuční (vedení nízkého a středního napětí) energie.

Trend zvyšování výrobní kapacity a délky přenosových vedení je charakteristický pro celé období rozvoje elektroenergetiky jako základního odvětví moderní ekonomiky. Například napětí vedení se zvýšilo z 1,5-2 kV (1882) na 1150 kV a vzdálenost přenosu elektrické energie z 57 km na 1500 km a více [1-3]. Kvantitativní změny ve struktuře a v schématech přenosu a distribuce elektrické energie vyvolávají nové problémy, které ovlivňují režimy sítí a efektivitu přepravy elektrické energie.

V současné době lze pozorovat nové kvalitativní změny v dodávkách energie v důsledku nárůstu podílu obnovitelných zdrojů energie v celkové bilanci spotřeby. Nízká měrná hustota energie obnovitelných zdrojů energie (OZE) a závislost výkonu zdroje na denní době a povětrnostních podmínkách je jejich významnou nevýhodou. V místním, ba i regionálním měřítku je tato nevýhoda prakticky nepřekonatelná. Problém širšího zapojení obnovitelných zdrojů energie, a především solární energie, má další

kvalitativní a kvantitativní řešení v případě paralelního provozu solárních elektráren umístěných v různých časových pásmech. Pro tento účel musí existovat energetické koridory pro přenos čisté elektrické energie ve spotřebních zónách vzdálených tisíce kilometrů od místa její výroby. Například moderní technologie a známá technická řešení pro přeměnu sluneční energie mohou zajistit její produkci v dostatečném objemu pro její přenos na velké vzdálenosti. Nejvýkonnější solární elektrárna na světě byla otevřena v Portugalsku (2007) [4]. Instalovaný výkon této elektrárny je 11 MW a solární fotovoltaické moduly zabírají plochu 60 hektarů. Další projekt plánovaný k realizaci v USA (Arizona) předpokládá výstavbu a spuštění solární elektrárny s výkonem 2011 MW v roce 280 [5], což je srovnatelné s výkonem tepelné elektrárny, například TPP-2 obce Kišiněv.

Dosažený technologický a technický pokrok, potřeba zvyšování energetické účinnosti obecně, předpokládá vytvoření regionálních a meziregionálních energetických systémů. V těchto konsolidovaných energetických systémech budou vzdálenosti přenosu energie již odpovídat délce elektromagnetické vlny a energetické systémy se co do velikosti přiblíží planetární energetické soustavě [6]. Tento problém je relevantní i pro Moldavskou republiku, jelikož Energetická strategie do roku 2020 považuje zvýšení role národní energetické soustavy v přenosu elektrické energie za jeden z prioritních úkolů.

2. Vyjádření problému

Vytvoření velkých energetických systémů s dlouhými elektrickými vedeními, například v rámci projektu Západ-Východ nebo energetického okruhu kolem Černého moře (regionální sjednocení energetických systémů), vyžaduje intenzivnější výzkum nejen technické proveditelnosti dálkových elektrických vedení, ale také specifik přenosu energie po těchto vedeních. Kromě toho je při vytváření energetických koridorů možné využít nová technická řešení, jako jsou supravodivá elektrická vedení nebo úseky takových vedení, což přirozeně ovlivní provozní režimy takových heterogenních vedení.

Cílem této práce je analyzovat vliv měřítkových (lineárních) a parametrických faktorů na účinnost přenosu elektrické energie na dlouhé vzdálenosti na základě důkladnějšího studia provozních charakteristik dlouhých elektrických vedení, například jako součásti regionálních energetických systémů.

3. Výzkumná metoda

Heterogenita dlouhých vedení a závislost režimu přenosu energie jak na parametrech zatížení, tak na parametrech samotného vedení je komplikujícím faktorem při studiu provozních charakteristik takových prvků v EPS.

V analýze budeme vycházet z pozice, že jakémukoli ustálenému režimu vždy předchází nestacionární vlnový proces. Proto by jejich výpočet měl být prováděn pomocí jednotných vzorců ve stejném pořadí jako ve skutečnosti. Metoda charakteristik a diferenční schéma „Albatros“, vyvinuté, striktně zdůvodněné a úspěšně testované v Ústavu energetiky Akademie věd Ruské federace v uplynulém desetiletí, tyto požadavky splňují. Diferenční schéma „Albatros“ umožňuje snadno a jednoduše řešit telegrafní rovnice pro nerovnoměrné vedení a sítě s libovolnými ztrátami, body větvení,

více generátorů a zátěžových jednotek a další komplikující faktory [7].

V metodě charakteristik je nutné a priori identifikovat a sledovat konfiguraci vlnových front (silných diskontinuit), které se v průběhu času výrazně zkomplikují, proto se používá hlavně pro testovací výpočty ideálních a nezkreslených čar za účelem kontroly přesnosti numerických řešení. Metoda konečných diferencí „Albatross“ má homogenní strukturu a provádí komplexní výpočet diskontinuálních řešení, kde vlnové fronty a další skoky jsou automaticky identifikovány a prezentovány jako místa velkých gradientů vlnového pole. Právě tato nepopiratelná výhoda v kombinaci s téměř absolutní přesností umožňuje výpočet přechodových a stacionárních procesů pomocí jednotných vzorců typu prediktor-korektor, s přihlédnutím k různým typům nehomogenit bez nadměrné fyzikální a geometrické idealizace studovaných elektrických systémů a zařízení [7-9].

Díky konzervatismu, nulové diferenciální disipaci a minimální disperzi numerického schématu se chyba výpočtu nehromadí, což umožňuje výpočet nestacionárních procesů ve velkých časových intervalech odpovídajících 300. 500 průběhům elektromagnetické vlny podél vedení, dokud není dosaženo ustáleného stavu. V tomto případě se parametry zatížení mohou náhle změnit, což simuluje například nouzové situace, jako je zkrat nebo přerušení vedení. Kdokoli si to může snadno ověřit pomocí počítačového programu v prostředí MATLAB uvedeného v [7].

Metoda konečných diferencí „Albatros“ je založena na známých telegrafních rovnicích dlouhého vedení, které dobře popisují procesy ve dvouvodičových, vícevodičových a koaxiálních vedeních. Tyto struktury se v praxi nejčastěji používají jako podélně pravidelné vodicí struktury, ve kterých je energie rozložena ve formě příčných elektromagnetických vln (T-vln). Jak je známo, pole T-vlny v průřezu se shoduje se stacionárním polem ve stejné struktuře a proudy ve vodičích tečou pouze v podélném směru (vodivé proudy). Proto je možné uvažovat veličiny tradiční v elektrotechnice (napětí mezi vodiči u a proud ve vodiči r) a provést analýzu „vln“ napětí a proudů ve vedení na základě telegrafních rovnic [7-9]:

kde Ü, C, ß, Ó jsou lineární indukčnosti, kapacity, aktivní odpory a vodivosti izolace.

Při řešení počátečních okrajových úloh matematické fyziky je vhodné používat bezrozměrné (normalizované) veličiny, k nimž se přechod provádí podle vzorců: