Aukštos įtampos komplektinių sistemų serija energijos tiekimo įmonėms: patikimi tinklo sprendimai

Aukštos įtampos komplektinių sistemų serijos vaidmuo šiuolaikiniame tinkle stabilumui užtikrinti

Perdavimo perkrovos ir patikimumo iššūkių sprendimas

Visoje šalyje elektros tinklai vis labiau patiria spaudimą dėl atsinaujinančių energijos šaltinių sparčios plėtros ir nuolat augančios elektros energijos paklausos. Vienviečio perdavimo kamštynės JAV rinkose kiekvienais metais kainuoja daugiau nei 740 milijonų dolerių, teigia Ponemono 2023 metų ataskaita. Siekiant išspręsti šią problemą, Aukštos įtampos komplektinės įrangos serija naudoja tinklo formavimo invertorius (GFMs), kurie imituoja tradicinių sinchroninių generatorių inercijos reakciją. Tai tampa ypač svarbu susiduriant su dažnio kritimu dėl neprognozuojamos saulės ar vėjo energijos gamybos. Sujungus su lankstaus kintamosios srovės perdavimo sistemomis (FACTS), tokie sprendimai žymiai geriau kontroliuoja įtampos svyravimus. Bandymai parodė, kad tokia kombinacija sunkiomis sąlygomis gali sumažinti elektros tiekimo pertraukas apie 42 %, padarydama mūsų elektros infrastruktūrą žymiai atsparesnę sutrikimams.

Kaip aukštos įtampos komplektinės įrangos serija stiprina tinklo atsparumą

Kai dujinė izoliacija apsaugotas jungtukas (GIS) veikia kartu su STATCOM (statiniais sinchroniniais kompensatoriais), šios sistemos realiuoju laiku kompensuoja reaktyviosios galios problemas. Pažvelkite, kas vyksta, kai į sistemą įtraukiami STATCOM – jie sumažina įtampos kritimus maždaug dviem trečdaliais elektros tinkluose, kuriuose atsinaujinančios energijos šaltiniai sudaro daugiau nei trisdešimt procentų bendros galios. Tačiau tai, kaip šie skirtingi elementai derinami, sukuria kažką išties ypatingo. Stiprių oro sąlygų metu sistema gali toliau veikti per gedimus, nepamestant stabilumo. Net jei staiga iš tinklo dingtų penkiolika procentų visos gaminamos energijos, viskas išlieka veikiančiu. Ir tai nėra tik papildomas patogumas. Naujausioje IEEE 1547-2018 tinklelio standartų versijoje dabar būtent tokia naša yra būtina.

Atvejo analizė: 500 kV koridoriaus modernizavimas naudojant integruotus aukštos įtampos sprendimus

2024 m. vidurio JAV tinklo plėtros projektas senovinę įrangą pakeitė Aukštos įtampos Visos Serijos Rinkiniu, pasiekiant:

Metrinė	Prieš atnaujinimą	Po atnaujinimo
Maksimalus pajėgumas	2.1 GW	3.4 GW
Avarinės būklės atkūrimo laikas	8,7 sekundės	1,2 sekundės
Užkimšimo valandos/metai	290	47

Atnaujinimo 1200 MVA transformatoriai ir modulinės GIS skylos pašalino 83 % šiluminių susitraukimų, tuo pačiu užtikrindami būsimus 800 kV modernizavimus.

Elektros tinklų ateities užtikrinimas: siekis iki 2030 m. padidinti perdavimo pajėgumą 60 %

Kad būtų patenkintas prognozuojamas 19,3 TWh pasaulinis duomenų centrų apkrovos lygis iki 2030 m. (IEA 2024), serijoje naudojami sujungto polietileno (XLPE) kabeliai, kurie yra skirti 525 kV/6300 A – dvigubai didesnę nei tradicinės linijos talpą. Naujausi elektros tinklo taisyklių pakeitimai dabar reikalauja 100 ms trumpojo jungimo srovės nutraukimo greičio, kuris pasiekiamas naudojant šios serijos hibridinius jungtuvus su ultra greitais atjungimo jungikliais.

Aukštos įtampos komplektinių įrenginių serijos pagrindiniai komponentai

Šiuolaikiniai elektros tinklai priklauso nuo tiksliai suprojektuotų aukštos įtampos komplektinių įrenginių serijų komponentų, kad būtų išlaikytas operacinis efektyvumas ir tinklo stabilumas. Šios sistemos integruoja tris pagrindines technologijas, sukurtas atsparumui perdavimo lygio įtampoms.

Aukštos įtampos galios transformatoriai efektyviai reguliuoti įtampą

Kaip įtampos valdymo pagrindas, šie transformatoriai dėl optimizuotų magnetinių šerdžių sumažina perdavimo nuostolius iki 1,2 % kas 100 km. Jų laipsniškai reguliuojama įtampa užtikrina ±0,5 % išvesties tikslumą net esant 15 % apkrovos svyravimams, kas ypač svarbu sinchronizuoti energijos gamybos šaltinius tarpusavyje sujungtose elektros tinklo sistemose.

Dujų izoliuota jungtuvė (GIS) kompaktiškai ir patikliai apsaugoti

GIS konfigūracijos sumažina pastotės užimamą plotą 40 %, išlaikydamos 99,98 % veikimo patikimumą (Ponemon, 2023 m.). Uždarant atjungiklius ir trumpikio jungtuvus SF6 dujų kameros, pasiekiamas 50 % greitesnis gedimo nutraukimas, palyginti su oro izoliuotomis sistemomis – tai labai svarbu apsaugoti 500 kV linijas nuo kaskadinio gedimo.

Srovės ir įtampos transformatoriai (CT/PT) tiksliai elektros tinklo stebėsenai

Pažangūs CT/PT įrenginiai užtikrina 0,2 klasės matavimo tikslumą, leidžiant realiuoju laiku balansuoti apkrovas ±5 % tolerancijos ribose. Pagal 2024 metų tinklo komponentų analizę , dviejų branduolių dizainai dabar palaiko vienu metu matavimo ir apsaugos signalus, pašalinant būtinybę montuoti lygiagrečius jutiklius 83 % pastotyje atnaujinimų.

Tinklo stiprinančių technologijų integravimas su aukštos įtampos komplektinės serijos įranga

Skirstytų energijos išteklių (DER) valdymas per pažangią tinklo integraciją

Aukštos įtampos komplektinių skirstomųjų įrenginių serija leidžia realiuoju laiku valdyti energijos srautą naudojant išmanius jungiklius kartu su moduliniais transformatoriais. Tai padeda tvarkyti augančią sudėtingumą, kylantį dėl vis dažniau pasitaikančių skirstytosios energetikos resursų, tokių kaip saulės elektrinės ir baterijų kaupimo sistemos. Šios pažangios sistemos veikia balansuodamos abipusį energijos srautą vienu metu. Pagal 2024 m. Brattle Group tyrimą, šis metodas sumažina įtampos svyravimus apie 40 procentų, lyginant su senesnėmis infrastruktūros konfigūracijomis. Tai reiškia geresnę sistemos stabilumą net tada, kai tenka susidurti su atsinaujinančių energijos šaltinių neprognozuojamu pobūdžiu.

Dinaminiai linijų reitingai ir didelės talpos laidininkai optimaliam našumui

Senoviškos statinės linijų apkrovos ribos iš esmės palieka apie 20–30 procentų perdavimo pajėgumų nepanaudotus. Dabar matome šių dinaminių terminių reitingų sistemų diegimą, kurios įvertina esamas orų sąlygas ir laidų kaitrą realiu laiku. Sužiedojus šią technologiją su specialiais aukštos temperatūros kompozitiniais laidais, operatoriai gali padidinti savo sistemos našumą nuo 15 iki 30 procentų nereikiant statyti naujų bokštų. Išties įspūdinga. Be to, pagal neseniai 2023 metais paskelbtą PJM Interconnection tyrimą, tokia protinga valdymo sistema gali atidėti poreikį kurti visiškai naujas perdavimo trasas nuo septynerių iki dvylikos metų ilgiau tiek vietose, kur paklausa toliau sparčiai auga.

Atvejo analizė: Perdarbinimo projektai, padidinantys pajėgumą 30 %

Vidurio vakarų regiono energijos tiekimo įmonė pakeitė senėjančius ACSR laidus HTLS (aukštos temperatūros, mažo įviržimo) laidais iš Aukštos įtampos komplektinės serijos, pasiekdama:

Metrinė	Patobulinimas	Šaltinis
Termalinis pajėgumas	+34%	Regioninė tinkle tvarkos ataskaita
Įtampos kritimo sumažinimas	22%	Operatoriaus analitika
Pertraukų dažnis	-41%	2023 metų lauko duomenys

Šis 120 mln. JAV dolerių projektas leido išvengti 800 mln. JAV dolerių subrangos modernizavimo kaštų, kartu palaikant 2,8 GW naujos vėjo energijos gamybos.

Išmaniųjų tinklų sinergija: jutiklių ir valdymo sistemų integravimas aukštos įtampos įrenginiuose

Tai, kas šias sistemas išskiria, yra jų integruotos IoT galimybės, kurios paprastas dalis paverčia protingomis komponentėmis, gebančiomis savarankiškai diagnozuoti problemas. Svarbios vietos visoje tinkle dabar aprūpintos specialiais jutikliais, kurie aptinka izoliacijos nusidėvėjimo požymius už 6–8 mėnesius iki faktinio gedimo. Taip pat įrengti maži orų stebėjimo vienetukai strateginėse vietose, kurie prognozuoja, kaip ledo kaupimasis ar stiprūs vėjai gali paveikti elektros linijas. Kai tik atsiranda problemų, automatiniai jungikliai beveik iš karto įsijungia ir problemas izoliuoja per penkias elektrines ciklo fazes. Pernai Europoje atlikti lauko tyrimai parodė kažką nepaprasto – šios naujos technologijos sumažino avarinių remontų išlaidas apie dviejų trečdalių. Be to, jos žymiai palengvina matyti, kas vyksta su skirstytomis energijos ištekliais, prijungtais prie pagrindinės elektros tinklo sistemos.

Palaikant atsirandančias apkrovos paklausas iš duomenų centrų, turinčių gigavatų mastelį

Duomenų centrai kaip pagrindiniai viršutinės elektros energijos paklausos veiksniai

Duomenų centrai dėl vis sparčiau besivystančios dirbtinio intelekto ir debesijos skaičiavimo technologijos tampa vienais didžiausių elektros energijos vartotojų planetoje. Prognozės rodo, kad 2026 metais šie objektai kasmet gali sunaudoti daugiau nei 1 000 teravatvalandžių elektros energijos. Norėdami tai įsivaizduoti, įsivaizduokite, kad kiekvienam penkių gigavatų duomenų centro kompleksui statome tris naujas branduolinės energijos jėgas. Problema ta, kad mūsų elektros tinklai nesukurti tokiai apkrovai. Daugelis jų po spaudimu sensta ir ima „trankyti“. Dabar didžiosioms technologijų įmonėms reikalingos tiekimo galios, kurios prilygsta visos šalies vidutiniam suvartojimui, o tai kelia rimtų iššūkių komunalinėms paslaugų teikėjams, kurie stengiasi atitikti augantį poreikį.

Technologijų ir pramonės mazgų artimoje aplinkoje stiprinti aukštos įtampos tinklus

Energetikos įmonės pradėjo montuoti šiuos aukštos įtampos įrangos komplektus, tokius kaip dujomis izoliuoti jungikliai ir intelektiniai transformatoriai, tiesiogiai ten, kur dideli duomenų centrai grupuojasi apie dešimties mylių spinduliu. Toks artumas sumažina energijos nuostolius per vežimą maždaug nuo aštuoniolikos iki dvidešimt dviejų procentų, palyginti su elektros tiekimu ilgesniais atstumais. Be to, tai padeda išlaikyti įtampą pastovią tiems sistemoms, kurioms reikalingas nuolatinis maitinimas. Pagal „Woodway Energy“ 2024 metų ataskaitą, JAV tinklo valdytojai skiria milžiniškas investicijas, siekiančias apie 174 milijardus dolerių, siekdami modernizuoti visos šalies elektros tinklus. Šios patobulinimo priemonės nukreiptos į problemų su prijungimu sprendimą, dėl kurių šiuo metu neįmanoma įgyvendinti apie septyniasdešimt procentų visų naujų duomenų centrų projektų.

Aukštos įtampos pilnos serijos komplektų strateginė bendra vieta tinkle

Šiuolaikiniai didelio masto duomenų centrai, remiantis naujausiais regioniniais apkrovos tyrimais, kiekvienoje vietoje reikalauja nuolatinės energijos nuo 30 iki 100 megavatų. Dėl to komunalinės paslaugų tiekėjai pradėjo integruoti modulinius aukštos įtampos sistemas tiesiai į savo duomenų centrų energijos tiekimo sistemas. Kai šios sistemos montuojamos vienoje vietoje, tai leidžia sutaupyti apie šešis–aštuonis mėnesius laukimo prijungimo trukmės ir palengvina kintamų apkrovų valdymą iš atsinaujinančių energijos šaltinių. Šią tendenciją jau pastebi pramonės ekspertai, prognozuodami, kad maždaug 60 procentų visų naujų duomenų centrų iki 2028 metų (plius-minus keletas metų) bus įrengta šias patalpose esančias aukštos įtampos transformatorines.

Dažniausiai paskyrančių klausimų skyrius

Kas yra aukštos įtampos komplektiniai komplektai?

Aukštos įtampos komplektiniai komplektai – tai naudojami elektros tinklams stabilizuoti, kurie integruoja pažangias technologijas, tokias kaip tinklą formuojantys invertoriai ir lankstūs kintamosios srovės perdavimo tinklai (FACTS), siekiant geriau kontroliuoti įtampos svyravimus ir sumažinti gedimus.

Kaip šios sistemos padidina tinklo atsparumą?

Naudojant tokias sudedamąsias dalis kaip dujomis izoliuota jungtukų įranga ir statiniai sinchroniniai kompensatoriai (STATCOM), šios sistemos realiuoju laiku kompensuoja reaktyviosios galios problemas ir gali išlaikyti veikimo stabilumą net susidūrus su stipriais orų reiškiniais ar elektros energijos gamybos problemomis.

Kokie pranašumai buvo parodyti atliktuose atvejų tyrimuose?

Atvejų tyrimai parodė žymius pagerinimus, tokius kaip padidinta maksimali talpa, sumažintas gedimų šalinimo laikas ir mažesnis tinklo perkrovos trukmė, dėl ko pagerėja bendras tinklo patikimumas ir efektyvumas.

Kodėl duomenų centrų elektrinio tinklo modernizavimas yra būtinas?

Duomenų centrai turi didelę elektros energijos paklausą ir reikalauja stabilaus maitinimo, todėl modernizavimas būtinas, kad efektyviai būtų galima valdyti didesnes apkrovas ir išvengti prijungimo problemų.