Электр желілері үшін жоғары кернеулі толық жинақ сериясы: Сенімді желілік шешімдер

Қазіргі заманғы желі тұрақтылығындағы жоғары кернеулі толық жинақ сериясының рөлі

Беріліс бітелуі мен сенімділік мәселелерін шешу

Понеманың 2023 жылғы есебіне сәйкес, АҚШ нарықтарында ғана трансмиссиялық тежелу жылына 740 миллионнан астам доллар шығынға әкеп соғады. Жалпылама электр желілеріне күшейтілген қажеттілік пен жаңартылатын энергия көздерін жедел қолдануға байланысты ел бойынша электр желілері барынша қысым астында. Бұл мәселені шешу үшін Жоғары кернеулі Толық Жинақ Сериясы дәстүрлі синхронды генераторлардың инерциялық реакциясын көшіретін желіге пішін беретін инверторларды (GFMs) қамтиды. Бұл күн сәулесінің немесе желдің болжамсыз генерациясы салдарынан туындайтын жиіліктің төмендеуімен кезінде ерекше маңызды болып табылады. Икемді айнымалы ток беру жүйелері (FACTS) құрылғыларымен бірге пайдаланылған кезде, бұл орнату кернеудің тербелістерін әлдеқайда жақсы бақылауға көмектеседі. Сынақтар қиын жағдайларда үзілістерді шамамен 42% -ға дейін азайтуға мүмкіндік беретінін көрсетті, бұл электрлік инфрақұрылымымызды үзілістерге қарсы әлдеқайда төзімді етеді.

Жоғары кернеулі Толық Жинақ Сериясы желінің төзімділігін қалай арттырады

Газ изоляциялық қосқыш жабдығы (GIS) STATCOM (статикалық синхронды компенсаторлар) жүйелерімен бірге жұмыс істегенде, осы жүйелер реактивті қуат мәселелерін нақты уақыт режимінде түзетуге мүмкіндік береді. STATCOM жүйелері араласқан кезде не болатынын қарастырайық — олар электр желілеріндегі кернеудің екі үштен бірін төмендетеді, онда қайталанбалы энергия көздері жалпы қуаттың отыз пайызынан асады. Бірақ осы әртүрлі элементтердің бір-біріне қалай сәйкес келуі өте ерекше нәтиже береді. Ауа райының аса ауыр жағдайларында жүйе тұрақтылықты жоғалтпай-ақ ақаулар арқылы жұмыс істеуді жалғастыра алады. Желіден қуат өндірудің лезде он бес пайызы жоғалса да, бәрі желіде қалады. Бұл тек қана қосымша ыңғайлылық емес. IEEE 1547-2018 желі стандартының соңғы нұсқасы қазір осындай жұмыс істеу көрсеткішін талап етеді.

Зерттеу жағдайы: Интегралды жоғары кернеулі шешімдерді қолдана отырып 500 кВ коридорын жаңарту

АҚШ-тың Орталық Батысындағы 2024 жылғы желіні кеңейту жобасы ескі жабдықтарды Жоғары кернеулі Толық Жинақ Сериясымен ауыстырып, мынадай нәтижелерге қол жеткізді:

Метрика	Жаңартуға дейін	Жаңартудан кейін
Жоғары Қуат	2.1 ГВт	3.4 ГВт
Қалыпты Күйге Қайту Уақыты	8,7 секунд	1,2 секунд
Тығыздану Сағаты/Жыл	290	47

Жаңартудың 1200 МВА трансформаторлары мен модульді GIS бөлмелері жылулық тесіктердің 83%-ын жойып, болашақтағы 800 кВ-ға дейінгі жаңартуларды қамтамасыз етеді.

Болашаққа Бағытталған Электр Желілері: 2030 жылға дейін берілетін қуатты 60% арттыру бағыты

2030 жылға дейінгі болжанып отырған 19,3 ТВт/сағ глобалдық дерек орталығының жүктемесіне (IEA 2024) сәйкес келу үшін тізбек 525 кВ/6300 А-ге арналған көлденең байланысқан полиэтилен (XLPE) кабельдерін қамтиды — бұл дәстүрлі желілердің қуатынан екі есе асады. Соңғы уақыттағы желі кодының түзетулері қателік пайда болған кезде токты 100 мс ішінде үзу талаптарын қояды, бұл серияның өте жылдам ажырату қосқыштары бар гибридті ажыратқыштары арқылы іске асырылуы мүмкін.

Жоғары кернеулі толық жинақ сериясының негізгі компоненттері

Қазіргі заманғы электр желілері жұмыс істеу тиімділігі мен желі тұрақтылығын тепе-теңдікте ұстау үшін жоғары кернеулі толық жинақ сериясының ішіндегі дәл есептелген компоненттерге сүйенеді. Бұл жүйелер беру деңгейіндегі кернеуде төзімділікке арналған үш маңызды технологияны біріктіреді.

Тиімді кернеу реттеу үшін жоғары кернеулі электр трансформаторлары

Кернеулерді басқарудың негізгі тірегі ретінде осы трансформаторлар магниттік өзектің оптимизацияланған конструкциясы арқылы 100 км-ге шаққанда беріліс шығындарын 1,2%-ға дейін азайтады. Баспалдақты кернеулерді реттеу әдісі жүктеменің 15% өзгеруі кезінде де ±0,5% шығыс дәлдігін сақтайды, бұл бір-бірімен байланысқан желілер бойынша генерация көздерін синхрондау үшін маңызды.

Тығыз және сенімді қорғаныс үшін газбен изоляцияланған қосқыштар (GIS)

ЖИҚ конфигурациялары 99,98% жұмыс істеу сенімділігін сақтай отырып (Ponemon, 2023), тарату құрылғыларының аумағын 40% азайтады. Ажыратқыштар мен өшіргіштерді SF6 газы бар камераларға орналастыру ауамен изоляцияланған жүйелерге қарағанда 50% жылдамырақ ақауларды тоқтатуға мүмкіндік береді — бұл 500 кВ желілерін тізбектік істен шығулардан қорғау үшін маңызды.

Дәл торапты бақылау үшін ток пен кернеу трансформаторлары (ТТ/КТ)

Жетілдірілген ТТ/КТ құрылғылары 0,2-ші класс өлшеу дәлдігін қамтамасыз етеді және ±5% дәлдік шегінде нақты уақыт режимінде жүктемені теңестіруге мүмкіндік береді. Қарай 2024 жылғы Торап компоненттерін талдау , екі ядролы конструкциялар қазір 83% айырғыш станциялардың жаңартылуында параллель сенсорларды орнатудың қажеттілігін жоя отырып, бір уақытта санау және қорғау сигналдарын қолдайды.

Жоғары кернеулі толық жинақталған сериямен торапты жақсарту технологияларын интеграциялау

Дамымаған энергоресурстарды (DERs) алдыңғы қатарлы желі интеграциясы арқылы басқару

Жоғары кернеулі толық жинақ сериясы зымыранды электр станциялары мен батареялық сақтау жүйелері сияқты таратылған энергия ресурстарының күнделікті өсуімен байланысты күрделілікті басқаруға мүмкіндік береді. Бұл озық жүйелер бір уақытта екі бағытта да қуат ағынын теңестіру арқылы жұмыс істейді. 2024 жылғы Brattle Group-тың зерттеуіне сәйкес, бұл тәсіл көне инфрақұрылымдық жүйелермен салыстырғанда кернеу тербелістерін шамамен 40 пайызға дейін азайтады. Бұл қайталанбайтын энергия көздерінің болжамсыз табиғатымен жұмыс істеген кезде де жүйенің тұрақтылығын жақсарту дегенді білдіреді.

Оптимизацияланған өнімділік үшін Динамикалық Сызықтық Бағалаулар мен Жоғары Сыйымдылықты Өткізгіштер

Ескі мода статикалық желілік бағалаулар шығындардың шамамен 20-30 пайызын пайдаланбастан қалдырады. Біз қазір нақты уақытта ауа райының жағдайы мен өткізгіштердің қаншалықты қызып кеткенін қарастыратын динамикалық жылулық бағалау жүйелерінің енуін байқаймыз. Бұл технологияны арнайы жоғары температураға төзімді композитті өткізгіштермен қосып, операторлар жаңа башнялар орнатуды қажет етпей-ақ жүйенің өткізу қабілетін 15%-дан 30%-ға дейін арттыра алады. Шынымен де, бұл елеулі нәтиже. Сонымен қатар, PJM Interconnection компаниясының 2023 жылғы соңғы зерттеуіне сәйкес, сұраныс тез өсіп келе жатқан аймақтарда осындай ақылды басқару жаңа электр беру коридорларына деген қажеттілікті жетіден он екі жылға дейін кешіктіруі мүмкін.

Зерттеу жағдайы: Қуаттылықты 30%-ға арттыратын қайтадан өткізгіштерге ауыстыру жобалары

Орталық Батыстағы энергетикалық компания ескірген ACSR желілерін Жоғары кернеулі Толық Жинақ Сериясынан шыққан ЖЖТС (Жоғары Температуралы Қысқаруы Төмен) өткізгіштерімен ауыстырып, мынадай нәтижеге қол жеткізді:

Метрика	Жақсарту	Жоғары ашықтың баспасы
Жылулық қуаттылық	+34%	Аймақтық желілік есеп
Кернеу төмендеуін азайту	22%	Оператордың талдауы
Сөну жиілігі	-41%	2023 жылғы жергілікті деректер

Бұл 120 млн долларлық жоба субстанцияларды модернизациялауға 800 млн доллар үнемдеді және жаңа жел генерациясының 2,8 ГВт қуатын қолдады.

Ақылды желі синергиясы: Жоғары кернеулі орнатылымдарға сенсорлар мен басқару құрылғыларын енгізу

Бұл жүйелердің ерекшелігі — олардың ішкі IoT мүмкіндіктері, бұл әдеттегі бөлшектерді өздерін-өздері диагностикалау қабілеті бар «ақылды» компоненттерге айналдырады. Желідегі маңызды нүктелерге нақты 6-8 ай бұрын изоляцияның тозу белгілерін анықтайтын арнайы датчиктер орнатылған. Сонымен қатар, кілттік орындарға мұз жиналуы мен күшті жел электр желілеріне қалай әсер етуі мүмкін екенін болжайтын өте кішкентай ауа райын бақылау құрылғылары орнатылған. Ал мәселелер пайда болған кезде автоматты жиынтықтар жиырма бес электр циклы ішінде мәселені дер кезінде бөліп қояды. Европаның түрлі аймақтарында өткен жылы жүргізілген жергілікті сынақтарда жаңа технологиялар авариялық жөндеу шығындарын шамамен үштен екіге дейін қысқартқаны көрсетілді. Сондай-ақ, олар басқару желісіне қосылған таратылған энергия ресурстарының жағдайын бақылауды әлдеқайда оңайлатады.

Гигаваттық масштабтағы дерек орталықтардан туындайтын жүктеме сұранысын қолдау

Шыңдық электр энергиясы сұранысына негізгі ықпал ететін дерек орталықтар

Бұл AI және бұлттық есептеулердің жарық жылдамдығымен дамуы арқасында деректер орталықтары планетадағы ең үлкен электр тұтынушылардың біріне айналып келеді. 2026 жылға арналған болжамдар бойынша, мұндай объектілер жылына 1000 тераватт сағаттан астам электр энергиясын тұтынуы мүмкін. Бұл көлемді түсіну үшін мынандай мысал келтіруге болады: құрылысы жоспарланып отырған әрбір 5 гигаваттық деректер орталығы үшін үш жаңа атом электр станциясы салу керек болады. Мәселе мынада: электр желілері мұндай жүктемеге есептеліп жасалмаған. Олардың көпшілігі қазір қысым астында ескіріп, нашарлауда. Ірі технологиялық компаниялар қазір бүкіл елдердің тұтынатын деңгейіндегі электр қуатын талап етеді, ал бұл сұраныспен үнемі қол аласып отыруға тырысатын коммуналдық қызмет көрсетушілер үшін үлкен қиындық туғызады.

Технологиялық және өнеркәсіптік орталықтарға жақын жоғары кернеулі желілерді күшейту

Электр энергиясы компаниялары он километрлік радиус ішінде үлкен деректер орталықтары топтасқан жерлердің дәл жанына газбен изоляцияланған ажыратқыштар мен интеллектуалды трансформаторлар сияқты жоғары кернеулі жабдықтар жинағын орнатуды бастады. Мұндай жақын орналасу электр энергиясын ұзақ қашықтыққа жеткізуге қарағанда тасымалдау кезіндегі энергия шығынын шамамен он сегізден екі жиырмадан жүзге дейінгі пайызға қысқартады. Сонымен қатар, тұрақты электрмен жабдықталуды қажет ететін жүйелер үшін кернеуді тұрақты ұстауға көмектеседі. Woodway Energy-дің 2024 жылғы есебіне сәйкес, Американың желілік менеджерлері елдегі электр желілерін жаңарту бойынша жалпы сомасы шамамен 174 миллиард долларға сәйкес келетін үлкен көлемді инвестициялар жасауда. Бұл жаңартулар қазіргі уақытта барлық жаңа деректер орталықтарының жуық шамамен жетпіс пайызының іске қосылуына кедергі болып тұрған қосылу мәселелерін шешуді көздейді.

Желіні жаңарту үшін Жоғары кернеулі Толық Жинақ Серияларының Стратегиялық Орналасуы

Соңғы уақыттағы аймақтық жүктеме зерттеулеріне сәйкес, бүгінгі күнгі ірі масштабты деректер орталықтарына әрбір орында тұрақты түрде 30-дан 100 мегаватқа дейінгі электр энергиясы қажет. Бұл коммуналдық компанияларды деректер орталықтарының электрмен жабдықтау жүйелеріне модульді жоғары кернеулі жүйелерді тікелей енгізуге итермеледі. Осындай орнатылымдар алаңда бірге орнатылған кезде, олар қосылу уақытын шамамен алтыдан сегіз айға дейін қысқартады және сонымен қатар қайталанбалы энергия көздерінен келетін тербелмелі жүктемелерді басқаруды жеңілдетеді. Саладағы сарапшылар бұл даму бағытының пішін алуын байқап отыр, 2028 жыл шамасында барлық жаңа деректер орталықтарының шамамен 60 пайызы осындай жергілікті жоғары кернеулі трансформаторлық қондырғылармен жабдықталады деп болжануда.

Сұрақтар мен жауаптар бөлімі

Жоғары кернеулі толық жинақ сериялары дегеніміз не?

Жоғары кернеулі толық жинақ сериялары — желілік инверторлар мен икемді айнымалы ток беру жүйелері (FACTS) сияқты алдыңғы қатарлы технологияларды қолданып, электр желілерін стабилизациялауға арналған жүйелер болып табылады және кернеудің тербелістерін тиімді басқаруға, үзілістерді азайтуға мүмкіндік береді.

Бұл жүйелер желінің төзімділігін қалай жақсартады?

Газ изоляциялы сұлғау құрылғылары мен Статикалық Синхронды Компенсаторлар (STATCOM) сияқты компоненттерді пайдалану арқылы бұл жүйелер реактивті қуат мәселелеріне нақты уақытта түзету енгізе алады және ауа райының қолайсыз жағдайлары немесе электр энергиясын шығару мәселелері болған кезде де жұмыс істеу тұрақтылығын сақтай алады.

Зерттеу жағдайлары қандай пайданы көрсетті?

Зерттеулер шыққан нәтижелерге қуаттың максималды көлемінің өсуі, ақауларды жою уақытының қысқаруы және баспалдақтың сағаттарының азаюы сияқты маңызды жақсарулар кіреді, олар жалпы желінің сенімділігі мен тиімділігіне үлес қосады.

Дерек орталықтары үшін желіні жаңарту неге қажет?

Дерек орталықтары электр энергиясына жоғары сұраныс білдіреді және тұрақты электрмен жабдықтауды талап етеді, сондықтан жоғары жүктемелерді тиімді түрде өңдеу үшін және қосылу мәселелерін болдырмау үшін жаңарту қажет.