stringtranslate.com

Отключение электроэнергии

Во время энергетического кризиса в Эквадоре в 2009 году единственным источником освещения были фары транспортных средств .

Перебой в подаче электроэнергии (также называемый отключением электроэнергии , отключением питания , сбоем в подаче электроэнергии , потерей электроэнергии или отключением электроэнергии ) — это потеря подачи электроэнергии конечному потребителю .

Существует множество причин сбоев в электросети. Примерами таких причин являются неисправности на электростанциях , повреждение линий электропередачи , подстанций или других частей распределительной системы, короткое замыкание , каскадный отказ , срабатывание предохранителя или автоматического выключателя .

Сбои в подаче электроэнергии особенно критичны на объектах, где под угрозой находится окружающая среда и общественная безопасность. Такие учреждения, как больницы , очистные сооружения и шахты , обычно имеют резервные источники питания, такие как резервные генераторы , которые автоматически запускаются при отключении электроэнергии. Другие критические системы, такие как телекоммуникации , также должны иметь аварийное питание. В аккумуляторной комнате телефонной станции обычно имеются массивы свинцово-кислотных аккумуляторов для резервного питания, а также розетка для подключения генератора в течение длительных периодов отключения электроэнергии. Во время отключения электроэнергии происходит сбой в подаче электроэнергии, что приводит к потере питания в домах, на предприятиях и других объектах. Отключения электроэнергии могут происходить по разным причинам, включая суровые погодные условия (такие как штормы, ураганы или снежные бури), отказ оборудования, перегрузку сети или плановое техническое обслуживание.

Типы

Блэкаут
Временный отказ

Перебои с подачей электроэнергии подразделяются на три различных явления в зависимости от продолжительности и последствий отключения:

Веерные отключения происходят, когда спрос на электроэнергию превышает предложение, и позволяют некоторым клиентам получать электроэнергию с требуемым напряжением за счет других клиентов, которые вообще не получают электроэнергию. Они являются обычным явлением в развивающихся странах и могут быть запланированы заранее или происходить без предупреждения. Они также происходили в развитых странах, например, во время калифорнийского энергетического кризиса 2000–2001 годов, когда правительственное дерегулирование дестабилизировало оптовый рынок электроэнергии. Отключения также используются в качестве меры общественной безопасности, например, для предотвращения возгорания утечки газа (например, электричество было отключено в нескольких городах в ответ на взрывы газа в долине Мерримак ) или для предотвращения лесных пожаров вокруг плохо обслуживаемых линий электропередачи (например, во время отключений электроэнергии в Калифорнии в 2019 году ).

Защита энергосистемы от отключений

Ветки деревьев создают короткое замыкание в линиях электропередач во время шторма. Обычно это приводит к отключению электроэнергии в районе, снабжаемом этими линиями

В сетях электроснабжения выработка электроэнергии и электрическая нагрузка (потребление) должны быть очень близки к равным каждую секунду, чтобы избежать перегрузки компонентов сети, которая может серьезно повредить их. Защитные реле и предохранители используются для автоматического обнаружения перегрузок и отключения цепей, подверженных риску повреждения.

При определенных условиях отключение компонента сети может вызвать колебания тока в соседних сегментах сети, что приведет к каскадному отказу большего участка сети. Это может быть здание, квартал, целый город или вся электрическая сеть .

Современные энергосистемы спроектированы так, чтобы быть устойчивыми к такого рода каскадным отказам, но это может быть неизбежно (см. ниже). Более того, поскольку нет краткосрочной экономической выгоды от предотвращения редких крупномасштабных отказов, исследователи выразили обеспокоенность тем, что существует тенденция к снижению устойчивости сети с течением времени, которая исправляется только после возникновения крупного отказа. [ необходима цитата ] В публикации 2003 года Каррерас и соавторы утверждали, что снижение вероятности небольших отключений только увеличивает вероятность более крупных. [2] В этом случае краткосрочная экономическая выгода от поддержания удовлетворенности отдельного клиента увеличивает вероятность крупномасштабных отключений.

В октябре 2018 года сенатский комитет по энергетике и природным ресурсам провел слушания для изучения « черного старта », процесса восстановления электроэнергии после общесистемной потери электроэнергии. Целью слушаний было узнать, какие резервные планы существуют в электроэнергетической отрасли на случай повреждения электросети. Угрозы для электросети включают кибератаки, солнечные бури и суровые погодные условия, среди прочего. Например, « северо-восточное отключение электроэнергии 2003 года » было вызвано тем, что разросшиеся деревья коснулись высоковольтных линий электропередач. Около 55 миллионов человек в США и Канаде остались без электроэнергии, а ее восстановление обошлось примерно в 6 миллиардов долларов. [3]

Защита компьютерных систем от перебоев питания

Компьютерные системы и другие электронные устройства, содержащие логические схемы, подвержены потере данных или повреждению оборудования, которые могут быть вызваны внезапным отключением питания. К ним могут относиться сетевое оборудование для передачи данных, видеопроекторы, системы сигнализации, а также компьютеры. Чтобы защитить компьютерные системы от этого, использование источника бесперебойного питания или «ИБП» может обеспечить постоянный поток электроэнергии, если основной источник питания становится недоступным в течение короткого периода времени. Для защиты от скачков напряжения (событий, когда напряжение увеличивается на несколько секунд), которые могут повредить оборудование при восстановлении питания, можно использовать специальное устройство, называемое сетевым фильтром , которое поглощает избыточное напряжение.

Восстановление подачи электроэнергии после масштабного отключения

Восстановление питания после широкомасштабного отключения может быть сложным, поскольку электростанции необходимо снова включить в работу. Обычно это делается с помощью электроэнергии из остальной части сети. При полном отсутствии электроэнергии в сети необходимо выполнить так называемый черный запуск , чтобы запустить электросеть в эксплуатацию. Способы этого будут в значительной степени зависеть от местных обстоятельств и эксплуатационной политики, но обычно передающие коммунальные службы устанавливают локализованные «острова питания», которые затем постепенно соединяются вместе. Чтобы поддерживать частоты поставок в допустимых пределах во время этого процесса, спрос должен быть повторно подключен в том же темпе, что и генерация, что требует тесной координации между электростанциями, передающими и распределительными организациями.

Неизбежность отключения электроэнергии и электрическая устойчивость

Сравнение продолжительности отключений электроэнергии ( значение SAIDI ) в 2014 году.

Самоорганизованная критичность

На основе исторических данных [4] и компьютерного моделирования [5] [6] утверждается , что электросети являются самоорганизующимися критическими системами . Эти системы демонстрируют неизбежные [7] нарушения всех размеров, вплоть до размера всей системы. Это явление приписывается постоянно растущему спросу/нагрузке, экономике управления энергетической компанией и ограничениям современной инженерии. [8]

Хотя было показано, что частота отключений электроэнергии снижается за счет ее работы дальше от критической точки, это, как правило, экономически нецелесообразно, заставляя поставщиков увеличивать среднюю нагрузку с течением времени или обновлять ее реже, в результате чего сеть приближается к своей критической точке. И наоборот, система, прошедшая критическую точку, будет испытывать слишком много отключений электроэнергии, что приведет к общесистемным обновлениям, которые перемещают ее обратно ниже критической точки. Термин критическая точка системы используется здесь в смысле статистической физики и нелинейной динамики, представляя точку, в которой система претерпевает фазовый переход ; в этом случае переход от устойчивой надежной сети с небольшим количеством каскадных отказов к очень спорадической ненадежной сети с обычными каскадными отказами. Вблизи критической точки зависимость между частотой отключений электроэнергии и размером следует степенному распределению . [6] [8]

Каскадный отказ становится гораздо более распространенным вблизи этой критической точки. Степенная зависимость наблюдается как в исторических данных, так и в модельных системах. [8] Практика эксплуатации этих систем гораздо ближе к их максимальной мощности приводит к усилению эффектов случайных, неизбежных нарушений из-за старения, погоды, человеческого взаимодействия и т. д. Находясь вблизи критической точки, эти отказы оказывают большее влияние на окружающие компоненты из-за того, что отдельные компоненты несут большую нагрузку. Это приводит к тому, что большая нагрузка от отказавшего компонента должна быть перераспределена в больших количествах по всей системе, что повышает вероятность отказа дополнительных компонентов, не затронутых напрямую нарушением, что приводит к дорогостоящим и опасным каскадным отказам. [8] Эти первоначальные нарушения, вызывающие отключения электроэнергии, тем более неожиданны и неизбежны из-за действий поставщиков электроэнергии по предотвращению очевидных нарушений (вырубка деревьев, разделение линий в ветреных районах, замена стареющих компонентов и т. д.). Сложность большинства электросетей часто делает первоначальную причину отключения чрезвычайно сложной для определения.

Лидеры отвергают системные теории, которые заключают, что отключения неизбежны, но соглашаются, что базовая работа сети должна быть изменена. Научно-исследовательский институт электроэнергетики выступает за использование функций интеллектуальной сети , таких как устройства управления питанием, использующие передовые датчики для координации сети. [9] Другие выступают за более широкое использование электронно-управляемых противопожарных заграждений постоянного тока высокого напряжения (HVDC) для предотвращения каскадного распространения помех по линиям переменного тока в широкополосной сети . [10]

модель ОПА

В 2002 году исследователи из Национальной лаборатории Оук-Ридж (ORNL), Исследовательского центра по инжинирингу энергосистем Университета Висконсина (PSerc) [11] и Университета Аляски в Фэрбенксе предложили математическую модель поведения систем распределения электроэнергии. [12] [13] Эта модель стала известна как модель OPA, отсылка к названиям институтов авторов. OPA — это модель каскадного отказа. Другие модели каскадного отказа включают Manchester, Hidden failure, CASCADE и Branching. [14] Модель OPA количественно сравнивалась с моделью сложных сетей каскадного отказа — моделью Crucitti–Latora–Marchiori (CLM), [15] показывая, что обе модели демонстрируют схожие фазовые переходы в среднем повреждении сети (сброс нагрузки/спрос в OPA, повреждение пути в CLM) относительно пропускной способности. [16]

Снижение частоты отключений электроэнергии

Эффекты попыток смягчить каскадные отказы вблизи критической точки экономически целесообразным способом часто оказываются невыгодными и часто даже вредными. Четыре метода смягчения были протестированы с использованием модели отключения OPA : [2]

В дополнение к выводу о том, что каждая стратегия смягчения последствий имеет соотношение затрат и выгод в отношении частоты небольших и крупных отключений электроэнергии, общее количество событий отключения электроэнергии не было значительно сокращено ни одной из вышеупомянутых мер смягчения последствий. [2]

Сложная сетевая модель для управления крупными каскадными отказами (отключениями электроэнергии) с использованием только локальной информации была предложена А. Э. Моттером. [17]

В 2015 году одно из решений, предложенных для снижения последствий отключения электроэнергии, было представлено М.С. Салехом. [9]

Ключевые показатели эффективности

Эффективность коммунальных услуг оценивается по трем конкретным показателям:

Смотрите также

Крупные отключения электроэнергии

Ссылки

  1. ^ Петерманн, Томас; Брадке, Харальд; Люльманн, Арне; Пётцш, Майк; Рием, Ульрих (2011). Что происходит во время отключения электроэнергии — последствия длительного и широкомасштабного отключения электроэнергии . Берлин: Управление по оценке технологий в немецком Бундестаге. doi : 10.5445/IR/1000103292. ISBN 978-3-7322-9329-2.
  2. ^ abc Carreras, BA; Lynch, VE; Newman, DE; Dobson, I. (2003). "Оценка смягчения последствий отключения электроэнергии в системах передачи электроэнергии" (PDF) . 36-я Гавайская международная конференция по системным наукам . Гавайи. Архивировано из оригинала (PDF) 1 апреля 2011 г.
  3. ^ Ковалески, Дэйв (15 октября 2018 г.). «Слушания в Сенате изучают способность электроэнергетической отрасли восстанавливать электроснабжение после общесистемных отключений электроэнергии». Daily Energy Insider . Получено 23 октября 2018 г.
  4. ^ Добсон, И.; Чен, Дж.; Торп, Дж.; Каррерас, Б.; Ньюман, Д. Исследование критичности отключений электроэнергии в моделях энергосистем с каскадными событиями. 35-я ежегодная Гавайская международная конференция по системным наукам (HICSS'02), 7–10 января 2002 г. Биг-Айленд, Гавайи. Архивировано из оригинала 12 сентября 2003 г. Получено 17 августа 2003 г.
  5. ^ Каррерас, BA; Линч, VE; Добсон, I.; Ньюман, DE Динамика, критичность и самоорганизация в модели отключений электроэнергии в системах передачи электроэнергии (PDF) . Гавайская международная конференция по системным наукам, январь 2002 г., Гавайи. Архивировано из оригинала (PDF) 21 августа 2003 г.
  6. ^ ab Hoffmann, H.; Payton, DW (2014). «Подавление каскадов в самоорганизованно-критической модели с несмежным распространением отказов» (PDF) . Хаос, солитоны и фракталы . 67 : 87–93. Bibcode :2014CSF....67...87H. doi :10.1016/j.chaos.2014.06.011. Архивировано (PDF) из оригинала 4 марта 2016 г.
  7. ^ Каррерас, BA; Ньюман, DE; Добсон, I.; Пул, AB (2000). Первоначальные доказательства самоорганизованной критичности при отключениях электроэнергии в энергосистемах (PDF) . Труды Гавайской международной конференции по системным наукам, 4–7 января 2000 г., Мауи, Гавайи. Архивировано из оригинала (PDF) 29 марта 2003 г. . Получено 17 августа 2003 г.
  8. ^ abcd Добсон, Ян; Каррерас, Бенджамин А.; Линч, Вики Э.; Ньюман, Дэвид Э. (2007). "Анализ сложных систем серий отключений электроэнергии: каскадный отказ, критические точки и самоорганизация". Хаос: междисциплинарный журнал нелинейной науки . 17 (2): 026103. Bibcode : 2007Chaos..17b6103D. doi : 10.1063/1.2737822 . PMID  17614690.
  9. ^ ab Saleh, MS; Althaibani, A.; Esa, Y.; Mhandi, Y.; Mohamed, AA (октябрь 2015 г.). Влияние кластеризации микросетей на их стабильность и устойчивость во время отключений электроэнергии. Международная конференция по интеллектуальным сетям и технологиям чистой энергии 2015 г. (ICSGCE). стр. 195–200. doi :10.1109/ICSGCE.2015.7454295. ISBN 978-1-4673-8732-3. S2CID  25664994.
  10. ^ Фэрли, Питер (2004). «Неуправляемая электросеть». IEEE Spectrum . 41 (8): 22–27. doi :10.1109/MSPEC.2004.1318179. S2CID  19389285. Получено 24 июня 2012 г.
  11. ^ "Power Systems Engineering Research Center". Board of Regents of the University of Wisconsin System. 2014. Архивировано из оригинала 12 июня 2015 г. Получено 23 июня 2015 г.
  12. ^ Каррерас, BA; Линч, VE; Добсон, I.; Ньюман, DE (2002). «Критические точки и переходы в модели передачи электроэнергии при каскадных отключениях электроэнергии» (PDF) . Хаос: междисциплинарный журнал нелинейной науки . 12 (4): 985–994. Bibcode :2002Chaos..12..985C. doi :10.1063/1.1505810. ISSN  1054-1500. PMID  12779622. Архивировано (PDF) из оригинала 5 марта 2016 г.
  13. ^ Добсон, И.; Каррерас, BA; Линч, VE; Ньюман, DE (2001). "Начальная модель для сложной динамики при отключении электроэнергии в энергосистемах". Труды 34-й ежегодной Гавайской международной конференции по системным наукам . стр. 710. doi :10.1109/HICSS.2001.926274. ISBN 978-0-7695-0981-5. S2CID  7708994.
  14. ^ Nedic, Dusko P.; Dobson, Ian; Kirschen, Daniel S.; Carreras, Benjamin A.; Lynch, Vickie E. (2006). «Критичность в модели каскадного отключения электроэнергии». International Journal of Electrical Power & Energy Systems . 28 (9): 627. CiteSeerX 10.1.1.375.2146 . doi :10.1016/j.ijepes.2006.03.006. 
  15. ^ Crucitti, P.; Latora, V.; Marchiori, M. (2004). "TModel for cascading failures in complex networks" (PDF) . Physical Review E . 69 (4 Pt 2): 045104. arXiv : cond-mat/0309141 . Bibcode :2004PhRvE..69d5104C. doi :10.1103/PhysRevE.69.045104. PMID  15169056. S2CID  3824371. Архивировано из оригинала (PDF) 24 апреля 2017 г.
  16. ^ Купак, В.; Лизье, Дж. Т.; Прокопенко, М. (2013). «Сравнение динамики каскадных отказов между сетецентрическими моделями и моделями потоков мощности». Международный журнал по электроэнергетике и энергетическим системам . 49 : 369–379. doi :10.1016/j.ijepes.2013.01.017.
  17. ^ Motter, Adilson E. (2004). «Каскадное управление и защита в сложных сетях». Physical Review Letters . 93 (9): 098701. arXiv : cond-mat/0401074 . Bibcode : 2004PhRvL..93i8701M. doi : 10.1103/PhysRevLett.93.098701. PMID  15447153. S2CID  4856492.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Отключения электроэнергии .