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大電網(wǎng)是怎么連接起來的?

? ? ? 大電網(wǎng)是已知人類建造的最復(fù)雜人造系統(tǒng),主要承擔(dān)電能的輸送和分配任務(wù)。
??當(dāng)電能從電源側(cè)發(fā)電機(jī)組(火電、水電、太陽能、風(fēng)能、核電等)產(chǎn)生后,需要通過電網(wǎng)(輸電網(wǎng)、配電網(wǎng))輸送到用電側(cè)(負(fù)荷側(cè)),驅(qū)動用電設(shè)備(農(nóng)業(yè)、工商業(yè)、居民生活等)使用,點亮萬家燈火。
??那么電網(wǎng)是怎么連接的呢?
??其實,大電網(wǎng)是依托于一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理連接(嗯,頭條君不禁想到了自己的名字top,看來還挺有緣的)。
??首先我們來解釋一下拓?fù)涞暮x。拓?fù)浔緛硎侵秆芯繋缀螆D形或空間在連續(xù)改變形狀后還能保持不變的一些性質(zhì)的一個學(xué)科。在大電網(wǎng)中,“拓?fù)洹本褪前褟S站抽象成“點”,把線路抽象成“線”,進(jìn)而以特定的圖標(biāo)來表示這些點與線之間關(guān)系的方法,其目的在于研究電網(wǎng)中點、線之間的相連關(guān)系。
??簡單來說,發(fā)電廠、變電站(換流站)、用電負(fù)荷等是大電網(wǎng)的“點”,而輸電線路則被視為大電網(wǎng)的“線”,點、線不斷增多,就成了電網(wǎng)。小電網(wǎng)不斷連接起來,就成了大電網(wǎng)。
??目前,我國已經(jīng)形成七大區(qū)域電網(wǎng),各個區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)互通,一般通過直流相連接,區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部通過交流聯(lián)通,形成了完整的長距離輸電網(wǎng)網(wǎng)架。如下圖:
??大電網(wǎng)互聯(lián)有兩種輸電方式:交流輸電和直流輸電。這個不難理解。
??大電網(wǎng)有三個主要參數(shù)——電壓、頻率、相位。
??第一個參數(shù):電壓。
??兩個獨立的交流電網(wǎng)如果通過交流線路相連接,一定要電壓等級相同。
??兩個獨立的交流電網(wǎng)如果通過直流線路相連接,則電壓等級可以不相同。
??再看看頻率:這是交流輸電特有的。
??頻率是描述研究對象在單位時間內(nèi)周期變化的次數(shù)。交流輸電指電流圍繞受端方向以波形傳輸,產(chǎn)生頻率,中國大陸地區(qū)電網(wǎng)頻率為50赫茲,一般情況下上下不超過0.5赫茲。直流輸電頻率為零。
??電網(wǎng)互聯(lián)方式包括同步互聯(lián)和異步互聯(lián)。交流方式的同步互聯(lián)要求頻率完全相同,直流方式的異步電網(wǎng)互聯(lián),頻率是可以不相同的。
??通過交流互聯(lián)起來的電網(wǎng),也叫同步電網(wǎng)。它是指電網(wǎng)中并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)以同步功率相互聯(lián)結(jié)、在同一額定頻率下運(yùn)行的電網(wǎng)模式。即全網(wǎng)各處,從發(fā)電廠到用戶,交流電的頻率相同。
??通過直流互聯(lián)起來的電網(wǎng)叫異步電網(wǎng)。簡單來說,就是用直流相聯(lián)的兩個同步電網(wǎng)是可以異步運(yùn)行的,即頻率可以不用處處時時相同,原理就是通過直流背靠背換流站關(guān)聯(lián)起來,只傳輸能量不傳遞頻率,我們的東北電網(wǎng)和華北電網(wǎng)就是通過這樣的方式連接的。比如A電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行在50.1赫茲,與他異步互聯(lián)的B電網(wǎng)可以穩(wěn)定運(yùn)行在49.9赫茲。
??最后說說相位。這也是交流輸電所特有的。相位由電能傳輸產(chǎn)生,同一時間下,體現(xiàn)在不同位置相位差的形式。如下圖所示:

??

? ? ? 相位差好比兩塊相同的表,指針轉(zhuǎn)速相同,但同一時刻下,指針的位置不同。這就是比較形象的相位差比喻。[相位與電網(wǎng)互聯(lián)沒啥關(guān)系,相位是電網(wǎng)自身的基本參數(shù),交流電網(wǎng)相位一般處處不同。

??在交流輸電的背景下,我們可以把幾個區(qū)域電網(wǎng)想象成幾塊表,表針粗細(xì)想象成電壓等級,表針轉(zhuǎn)速想象成頻率,表針位置想象成相位。
??在電壓、頻率一致,相位差保持穩(wěn)定的前提條件下,小的電網(wǎng)就能通過交流方式慢慢連接成大的電網(wǎng)。
??愛動腦筋的小伙伴可能會擔(dān)心:電網(wǎng)是連起來了,可是輸電線路斷了怎么辦?不用擔(dān)心,電網(wǎng)中的線路一般都留有備用容量,由于電網(wǎng)連接呈網(wǎng)狀,一條線路斷聯(lián)后傳輸功率通??梢杂梢粭l或幾條線路的備用容量來繼續(xù)進(jìn)行傳輸,保障負(fù)荷用電。根據(jù)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》這一國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn),對于丟失一條線路這種N-1故障擾動,在電網(wǎng)的設(shè)計和運(yùn)行中,應(yīng)該保證通過保護(hù)、開關(guān)及重合閘正確動作,不采取穩(wěn)定控制措施,保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和電網(wǎng)的正常供電,其他元件不超過規(guī)定的事故過負(fù)荷能力,不發(fā)生連鎖跳閘。
??一度電離開電廠,需要經(jīng)過低壓電網(wǎng)、中壓電網(wǎng)、高壓電網(wǎng)、超高壓電網(wǎng)、特高壓電網(wǎng),才能輸送到遠(yuǎn)方,然后再經(jīng)過超高壓電網(wǎng)、高壓電網(wǎng)、中壓電網(wǎng)、低壓電網(wǎng)來到用戶家中。所以說,一度電雖然可以秒到您家,但中間走的路還是挺長的,準(zhǔn)備工作也要做很多很多。

??

? ? ? 而這些不同層級電網(wǎng)是一個空間概念,在同一區(qū)域內(nèi),可能存在不同層級電網(wǎng)的重合。比如我國的高速和國道、縣道。從北京前往國內(nèi)某地,通過引導(dǎo)上高速路的路段、收費站上高速,然后再從收費站、引導(dǎo)下高速路的路段,到省縣道,最終到達(dá)目的地。

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