Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Чтобы узнать о других значениях, см. Отключение питания (значения) .
Эта статья о случайных сбоях питания. Для намеренно спроектированных см. Откатывающееся затемнение .
Автомобильные фары были единственным источником света во время кризиса электроэнергии в Эквадоре в 2009 году.

Отключения электроэнергии (также называются прекращением подачи энергии , А выход питания , A затемнение мощности , А сбой питания , А потеря мощности , или затемнение ) является потерей электрической мощности питания сети к конечному пользователю . [1]

Есть много причин сбоев в электросети. Примеры этих причин включают 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 важны на объектах, где окружающая среда и общественная безопасность находятся под угрозой. Такие учреждения, как больницы , очистные сооружения и шахты , обычно имеют резервные источники питания, такие как резервные генераторы , которые автоматически запускаются при отключении электроэнергии. Другие критически важные системы, такие как телекоммуникации , также должны иметь аварийное питание. В аккумуляторной телефонной станции обычно есть массивы свинцово-кислотных аккумуляторов для резервного копирования, а также розетка для подключения генератора во время длительных периодов простоя.

Типы отключения электроэнергии [ править ]

Затемнение
Временная неисправность

Сбои в подаче электроэнергии подразделяются на три разных явления, связанных с продолжительностью и последствиями отключения:

  • Переходная неисправность - это потеря мощности, обычно вызываемая неисправностью в линии электропередачи. Электропитание автоматически восстанавливается после устранения неисправности.
  • Пропадание является падение напряжения в сети электропитания. Термин «потемнение» происходит от затемнения, возникающего при освещении при падении напряжения. Отключение питания может привести к снижению производительности оборудования или даже к неправильной работе.
  • Отключение электроэнергии - это полная потеря электроэнергии в зоне и наиболее серьезная форма отключения электроэнергии, которая может произойти. Отключения, которые возникают в результате отключения электростанций или приводят к ним , особенно трудно быстро устранить. Отключения могут длиться от нескольких минут до нескольких недель в зависимости от характера отключения электроэнергии и конфигурации электрической сети.

Постоянные отключения электроэнергии происходят, когда спрос на электроэнергию превышает предложение, и позволяет некоторым потребителям получать электроэнергию с требуемым напряжением за счет других потребителей, которые вообще не получают электроэнергию. Они являются обычным явлением в развивающихся странах и могут быть запланированы заранее или произойти без предупреждения. Они также имели место в развитых странах, например, во время энергетического кризиса в Калифорнии в 2000–2001 годах, когда правительственное дерегулирование дестабилизировало оптовый рынок электроэнергии. Отключение электроэнергии также используется в качестве меры общественной безопасности, например, для предотвращения возгорания утечки газа (например, в нескольких городах было отключено электричество в ответ на взрывы газа в долине Мерримак.) или для предотвращения лесных пожаров вокруг плохо обслуживаемых линий электропередачи (например, во время отключения электроэнергии в Калифорнии в 2019 году ).

Защита энергосистемы от отключений [ править ]

Ветви деревьев создают короткое замыкание в электрических цепях во время шторма. Обычно это приводит к отключению электроэнергии в зоне, где проходят эти линии.

В сетях электроснабжения выработка электроэнергии и электрическая нагрузка (спрос) 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 с риском повреждения.

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

Современные энергосистемы спроектированы так, чтобы быть устойчивыми к такого рода каскадным сбоям, но они могут быть неизбежными (см. Ниже). Более того, поскольку нет краткосрочной экономической выгоды от предотвращения редких крупномасштабных сбоев, исследователи выразили обеспокоенность тем, что существует тенденция к снижению устойчивости сети с течением времени, что устраняется только после серьезного сбоя. В публикации 2003 года Каррерас и соавторы утверждали, что уменьшение вероятности небольших отключений только увеличивает вероятность более крупных. [2] В этом случае краткосрочная экономическая выгода от сохранения удовлетворенности отдельного клиента увеличивает вероятность крупномасштабных отключений электроэнергии.

Комитет Сената по энергетике и природным ресурсам провел слушания в октябре 2018 года для изучения « черный старт », процесс восстановления электричества после потери питания общесистемного. Целью слушания было, чтобы Конгресс узнал о планах резервного копирования в электроэнергетике на случай повреждения электросети. Угрозы для электросети включают, среди прочего, кибератаки, солнечные бури и суровые погодные условия. Например, « северо-восточное отключение электроэнергии в 2003 году » было вызвано прикосновением заросших деревьев к высоковольтным линиям электропередачи. Около 55 миллионов человек в США и Канаде потеряли электроэнергию, и ее восстановление обошлось примерно в 6 миллиардов долларов. [3]

Защита компьютерных систем от перебоев в подаче электроэнергии [ править ]

Компьютерные системы и другие электронные устройства, содержащие логические схемы, подвержены потере данных или повреждению оборудования, которые могут быть вызваны внезапной потерей питания. Они могут включать 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 на короткий период 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 устройством защиты от перенапряжения, которое поглощает избыточное напряжение.

Восстановление питания после обширного сбоя [ править ]

Восстановление электроснабжения после обширного отключения электроэнергии может быть затруднено, поскольку электростанции необходимо снова включить в работу. Обычно это делается с помощью энергии от остальной сети. В полном отсутствии мощности сетки, так называемый черный старт должен быть выполнен , чтобы самонастройки энергосистемы в эксплуатацию. Способы сделать это будут во многом зависеть от местных обстоятельств и операционной политики, но обычно передачаКоммунальные предприятия создадут локальные «энергетические острова», которые затем будут постепенно объединяться. Чтобы поддерживать частоты поставок в допустимых пределах во время этого процесса, спрос должен быть восстановлен в том же темпе, что и генерация, что требует тесной координации между электростанциями, передающими и распределительными организациями.

Неизбежность отключения электроэнергии и электрическая устойчивость [ править ]

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

Самоорганизованная критичность [ править ]

Дополнительная информация: Самоорганизованный контроль критичности

На основе исторических данных [4] и компьютерного моделирования [5] [6] утверждалось, что электрические сети являются самоорганизующимися критическими системами . Эти системы демонстрируют неизбежные [7] возмущения всех размеров, вплоть до размера всей системы. Это явление объясняется постоянно растущим спросом / нагрузкой, экономичностью управления энергетической компанией и ограничениями современного машиностроения. [8]

Хотя было показано, что частота отключения электроэнергии снижается при удалении от критической точки, это, как правило, экономически нецелесообразно, из-за чего провайдеры со временем увеличивают среднюю нагрузку или реже обновляются, в результате чего сеть приближается к своей критической точке. . И наоборот, система, прошедшая критическую точку, будет испытывать слишком много отключений, что приведет к общесистемным обновлениям, которые вернут ее 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 соотношение между частотой затемнения и размером определяется следующим образом:степенное распределение. [6] [8]

Вблизи этой критической точки каскадные отказы становятся гораздо более распространенным явлением. Степенная зависимость наблюдается в обоих исторических данных и систем модели. [8] Практика эксплуатации этих систем намного ближе к их максимальной мощности приводит к усилению эффектов случайных, неизбежных нарушений из-за старения, погодных условий, взаимодействия с людьми и т. Д. Находясь вблизи критической точки, эти сбои в большей степени влияют 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 системе, что повышает вероятность отказа дополнительных компонентов, не затронутых напрямую возмущением, вызывая дорогостоящие и опасные каскадные отказы. [8]Эти начальные нарушения, вызывающие отключение электроэнергии, становятся еще более неожиданными и неизбежными 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 затрудняет выявление первоначальной причины отключения электроэнергии.

Лидеры пренебрежительно относятся к системным теориям, которые заключают, что отключения электроэнергии неизбежны, но согласны с тем, что необходимо изменить основные операции сети. В научно - исследовательский институт электроэнергии чемпионы использование смарт - сетки такие функции, как управление мощностью устройства с использованием усовершенствованных датчиков для координации сетки. [9] Другие выступают за более широкое использование высоковольтных устройств постоянного тока с электронным управлением (HVDC) для предотвращения каскадного распространения помех по линиям переменного тока в обширной сети . [10]

Модель OPA [ править ]

В 2002 году исследователи из Окриджской национальной лаборатории (ORNL), Исследовательского центра по проектированию энергосистем Университета Висконсина (PSerc) [11] и Университета Аляски в Фэрбенксе предложили математическую модель поведения электрических распределительных систем. [12] [13] Эта модель стала известна как модель OPA, отсылка к названиям учреждений авторов. OPA - это модель каскадных отказов. К другим моделям каскадных отказов относятся Манчестер, Скрытый отказ, КАСКАД и Ветвление. [14] Модель OPA была количественно сравнена со сложной сетевой моделью каскадного отказа - моделью Круситти – Латора – Маркиори (CLM),[15], показывающий, что обе модели демонстрируют аналогичные фазовые переходы в среднем повреждении сети (сброс нагрузки / потребность в OPA, повреждение тракта в CLM) в отношении пропускной способности. [16]

Снижение частоты отключения электроэнергии [ править ]

Эффект от попытки смягчить каскадные отказы вблизи критической точки экономически целесообразным способом часто оказывается невыгодным, а часто даже вредным. Четыре метода смягчения последствий были протестированы с использованием модели затемнения OPA : [2]

  • Увеличить критическое количество отказов, вызывающих каскадные отключения - показано, чтобы уменьшить частоту небольших отключений, но увеличить частоту крупных отключений.
  • Увеличение максимальной нагрузки отдельной линии электропередачи - показано, чтобы увеличить частоту небольших отключений и уменьшить частоту крупных отключений.
  • Комбинация увеличения критического числа и максимальной загрузки линий - показано, что не оказывает значительного влияния на любой размер затемнения. Ожидается, что в результате незначительное сокращение частоты отключений не окупится затрат на внедрение.
  • Увеличьте избыточную мощность, доступную для сети - показано, чтобы уменьшить частоту небольших отключений, но увеличить частоту крупных отключений.

В дополнение к обнаружению каждой стратегии смягчения последствий, имеющей соотношение затрат и выгод в отношении частоты малых и крупных отключений, общее количество событий отключения не было значительно сокращено ни одной из вышеупомянутых мер по смягчению последствий. [2]

Сложная сетевая модель для управления крупными каскадными отказами (отключениями) с использованием только локальной информации была предложена AE Motter. [17]

В 2015 году MS Saleh представила одно из предложенных решений по снижению последствий отключения электроэнергии. [9]

Ключевые показатели эффективности [ править ]

Утилиты оцениваются по трем конкретным показателям производительности:

  • Индекс средней продолжительности прерывания системы , измеряемый в минутах
  • Индекс средней продолжительности прерывания работы клиента , измеряемый в минутах
  • Индекс средней частоты прерываний у клиентов

См. Также [ править ]

  • Отключение электроэнергии в Венесуэле в 2019 г.
  • Отключение Java в 2019 г.
  • Отключение электроэнергии в Индии в 2012 г.
  • Затмение в Италии, 2003 г.
  • Затмение на юго-западе, 2011 г.
  • Отключение электроэнергии в Калифорнии в 2019 году
  • 13–17 февраля 2021 г. Зимняя буря в Северной Америке
  • Хрупкая сила
  • Выброс корональной массы
  • Защита критически важной инфраструктуры
  • Кибератака
  • Dumsor
  • Электромагнитный импульс (ЭМИ)
  • Энергосбережение
  • Отключение интернета
  • Список основных отключений электроэнергии
  • Список проектов по хранению энергии
  • Блэкаут в Нью-Йорке 1977 г.
  • Северо-восточное затемнение 1965 года
  • Северо-восточное затемнение 2003 г.
  • Система управления отключениями
  • Проактивная киберзащита
  • Возобновляемая энергия
  • Скатывающееся затемнение
  • Самоорганизованный контроль критичности
  • Умная сеть электроснабжения
  • Бесперебойный источник питания

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Blackout: Правительство объявляет о восстановлении власти «Phase Wise», просит нацию проявлять терпение » . Кошелек . 10 января 2021 . Проверено 10 января 2020 года .
  2. ^ а б в Каррерас, BA; Lynch, VE; Newman, DE; Добсон, И. (2003). «Оценка смягчения последствий отключения электроэнергии в системах передачи электроэнергии» (PDF) . 36-я Гавайская международная конференция по системным наукам . Гавайи. Архивировано из оригинального (PDF) 1 апреля 2011 года.
  3. ^ Kovaleski, Дэйв (15 октября 2018). «Слушания в сенате исследуют способность электроэнергетики восстанавливать электроэнергию после общесистемных отключений электроэнергии» . Daily Energy Insider . Проверено 23 октября 2018 года .
  4. ^ Добсон, I .; Chen, J .; Thorp, J .; Carreras, B .; Ньюман, Д. Исследование критичности отключений в моделях энергосистем с каскадными событиями . 35-я ежегодная Гавайская международная конференция по системным наукам (HICSS'02), 7–10 января 2002 г., Большой остров, Гавайи. Архивировано из оригинального 12 сентября 2003 года . Проверено 17 августа 2003 года .
  5. ^ Каррерас, BA; Lynch, VE; Добсон, И .; Ньюман Д.Е. Динамика, критичность и самоорганизация в модели отключения электроэнергии в системах передачи электроэнергии (PDF) . Гавайская международная конференция по системным наукам, январь 2002 г., Гавайи.
  6. ^ a b Hoffmann, H .; Пэйтон, DW (2014). «Подавление каскадов в самоорганизующейся 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 .
  7. ^ Каррерас, BA; Newman, DE; Добсон, И .; Пул, AB (2000). Первоначальные доказательства критичности самоорганизации при отключении электроэнергии в энергосистеме (PDF) . Труды Гавайской международной конференции по системным наукам, 4–7 января 2000 г., Мауи, Гавайи. Архивировано из оригинального (PDF) 29 марта 2003 года . Проверено 17 августа 2003 года .
  8. ^ a b c d Добсон, Ян; Каррерас, Бенджамин А .; Lynch, Vickie E .; Ньюман, Дэвид Э. (2007). «Комплексный системный анализ серий отключений: каскадные отказы, критические точки и самоорганизация» . Хаос: междисциплинарный журнал нелинейной науки . 17 (2). DOI : 10.1063 / 1.2737822 .
  9. ^ а б Салех, MS; Althaibani, A .; Esa, Y .; Mhandi, Y .; Мохамед, AA (октябрь 2015 г.). Влияние кластеризованных микросетей на их стабильность и отказоустойчивость при отключениях электроэнергии . 2015 Международная конференция по интеллектуальным сетям и технологиям чистой энергии (ICSGCE) . С. 195–200. DOI : 10.1109 / ICSGCE.2015.7454295 . ISBN 978-1-4673-8732-3.
  10. ^ Фэрли, Питер (2004). «Неуправляемая электросеть» . IEEE Spectrum . 41 (8): 22–27. DOI : 10.1109 / MSPEC.2004.1318179 . Проверено 24 июня 2012 года .
  11. ^ "Центр исследования инженерных систем энергетики" . Попечительский совет системы Висконсинского университета. 2014 . Проверено 23 июня 2015 года .
  12. ^ Каррерас, BA; Lynch, VE; Добсон, И .; Ньюман, DE (2002). «Критические точки и переходы в модели передачи электроэнергии для каскадных отключений электроэнергии» (PDF) . Хаос: междисциплинарный журнал нелинейной науки . 12 (4): 985. Bibcode : 2002Chaos..12..985C . DOI : 10.1063 / 1.1505810 . ISSN 1054-1500 .  
  13. ^ Добсон, I .; Каррерас, BA; Lynch, VE; Ньюман, DE (2001). «Исходная модель сложной динамики при отключениях электроэнергии в энергосистеме». Труды 34-й ежегодной Гавайской международной конференции по системным наукам . п. 710. DOI : 10,1109 / HICSS.2001.926274 . ISBN 978-0-7695-0981-5.
  14. ^ Недич, Душко П .; Добсон, Ян; Киршен, Дэниел С .; Каррерас, Бенджамин А .; Линч, Викки Э. (2006). «Критичность в модели каскадного отключения электроэнергии». Международный журнал электроэнергетических и энергетических систем . 28 (9): 627. CiteSeerX 10.1.1.375.2146 . DOI : 10.1016 / j.ijepes.2006.03.006 . 
  15. ^ Crucitti, P .; Latora, V .; Марчиори, М. (2004). «TModel для каскадных отказов в сложных сетях» (PDF) . Physical Review E . 69 (4 Pt 2): 045104. arXiv : cond-mat / 0309141 . Bibcode : 2004PhRvE..69d5104C . DOI : 10.1103 / PhysRevE.69.045104 . PMID 15169056 .  
  16. ^ Cupac, V .; Lizier, JT; Прокопенко, М. (2013). «Сравнение динамики каскадных отказов между сетецентрической моделью и моделью потока мощности». Международный журнал электроэнергетических и энергетических систем . 49 : 369–379. DOI : 10.1016 / j.ijepes.2013.01.017 .
  17. ^ Моттер, Адилсон Э. (2004). «Каскадное управление и защита в сложных сетях». Письма с физическим обзором . 93 (9): 098701. arXiv : cond-mat / 0401074 . Bibcode : 2004PhRvL..93i8701M . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.93.098701 . PMID 15447153 . 

Внешние ссылки [ править ]

СМИ, связанные с отключениями электроэнергии на Викискладе?

  • Каскадное отключение в электросети
  • Blackout , выступление Марка Эльсберга на TED
  • 3 основные проблемы с восстановлением питания после аварийной космической погоды
  • А.Е. Моттер, Я.-К. Лай, Каскадные атаки на сложные сети, Physical Review E (Rapid Communications) 66, 065102 (2002).
  • Как все работает - отключение электричества