电源分配
电力发电是电力传递的最后阶段。电力是从传输系统传递到个体消费者的。分配变电站连接到传输系统,并将传输电压降低到中型电压2 kV和使用变压器33 kV 。一级分销线将这种中型电压功率带到位于客户场所附近的分配变压器。分配变压器再次将电压降低到照明,工业设备和家用电器使用的利用电压。通常,通过二级分销线从一个变压器提供几个客户。商业和住宅客户通过服务下降连接到二级分销线路。要求更大功率的客户可以直接连接到主要分配级别或子递交级别。
从传输到分布的过渡发生在功率变电站中,具有以下功能:
- 断路器和开关使变电站与变速箱网格或分配线路断开。
- 变形金刚向下往下传输电压, 35 kV或更多,直至主要分配电压。这些是中型电路,通常600–35 000 v 。
- 从变压器开始,电源可以转到可以将分布功率分配到多个方向上的母线。公共汽车将电源分发给分销线路,这些电源向客户带来了。
城市分布主要是在地下,有时是常见的效用管道。乡村分布主要在实用杆的地面上方,而郊区的分布是一种混合物。更接近客户,分销变压器将主要分销功率降低到低压二级电路,通常在美国为住宅客户提供120/240 V。电力通过服务下降和电表传达给客户。城市系统中的最后电路可能不到15米(50英尺),但对于农村客户来说可能超过91米(300英尺)。
历史
直到1880年代开始在电站开始发电时,电力发电才变得不必要。在此之前,通常在使用的地方发电。欧洲和美国城市安装的第一个电力分布系统用于供应照明:在非常高的电压(约3,000 V)交流电(AC)或直流(DC)上运行的电弧照明,并在低的白炽灯上运行。 - 电压(100 V)直流。两者都取代了燃气照明系统,电弧照明接管了大区域和街道照明,并为企业和住宅用户取代燃气灯而发光。
由于电弧照明中使用的高电压,单个发电站可以提供长达7英里(11 km)长的长灯。并且每次加倍电压将允许给定的电缆传输相同的电源距离的距离是较低电压(以相同的功率损耗)的四倍。相比之下,直接流动的室内白炽灯系统,例如1882年安装的Edison的第一个发电站很难为客户提供超过一英里的范围。这是由于它在整个过程中使用的低压(110 V)造成的。这种低压转化为较高的电流,需要厚的铜电缆进行传输。实际上,爱迪生的DC生成工厂需要在最远的客户约1.5英里(2.4公里)之内,以避免更厚,更昂贵的导体。
介绍变压器
较长距离发电的问题成为电力发电的公认的工程障碍,而照明公司测试了许多不满意的解决方案。但是1880年代中期的功能变压器的发展取得了突破,该功能变压器的发展使AC功率可以“加强”到更高的传输电压,然后下降到最终用户附近的较低电压。与直流电流相比,AC具有更便宜的传输成本和更高的规模经济- 大量的AC发电厂能够提供整个城市和地区 - 导致AC迅速扩散。
在美国,当托马斯·爱迪生(Thomas Edison)开始攻击乔治·韦斯汀豪斯(George Westinghouse)及其对美国第一个美国交流变压器系统的发展,突出了死亡,直达直流电和交流电流之间的竞争在1880年代后期以“电流战争”的形式进行了个人转变。多年来,高压AC系统引起的并声称任何交流系统本质上都是危险的。爱迪生的宣传活动是短暂的,他的公司于1892年转向AC。
AC成为电力传播的主要形式,该形式在欧洲和美国在电动机设计中的创新以及工程通用系统的开发,允许大量旧系统连接到大型AC网格。
在20世纪上半叶,在许多地方,电力行业垂直整合,这意味着一家公司进行了发电,传输,分销,计量和计费。从1970年代和1980年代开始,各国开始了放松管制和私有化的过程,导致电力市场。分销系统将保持监管,但是发电,零售以及有时将传输系统转变为竞争市场。
发电和传输
电力从发电站开始,在该站,电势差可以高达33,000伏。 AC通常使用。具有大量直流电力的用户,例如某些铁路电气化系统,电话交换和工业流程,例如铝冶炼,使用整流器从公共交流电供应中衍生出DC,或者可能具有自己的发电系统。高压直流可能是隔离交替流动系统或控制发射的电量的优势。例如, Hydro-Québec的直线线从詹姆斯湾地区到波士顿。
从发电站到发电站的开关场,升压变压器将电压提高到适合变速箱的电平,从44 kV到765 kV。进入传输系统后,每个发电站的电力与其他地方产生的电力结合在一起。发电后立即消耗电力。它以非常高的速度传输,接近光速。
主要分布
一级分布电压范围从4 kV到35 kV相位到相(2.4 kV至20 kV相位到中性),只有大消费者直接从分布电压中馈入;大多数公用事业客户都连接到变压器,这将分配电压降低到低电压“利用电压”,“电源电压”或“电源电压”或“电源电压”。
网络配置
分销网络分为两种类型,即径向或网络。径向系统像一棵树一样排列,每个客户都有一个供应源。网络系统具有多个并行运行的供应源。点网络用于集中载荷。径向系统通常用于农村或郊区。
径向系统通常包括紧急连接,如果有问题或计划的维护,则可以重新配置系统。这可以通过打开和关闭开关来完成,以将某个部分与网格隔离。
长馈线会经历电压下降(功率因子失真),需要安装电容器或电压调节器。
重新配置,通过交换系统元素之间的功能链接,代表了可以改善分配系统运行性能的最重要措施之一。就其定义而言,通过重新配置电源分配系统的优化问题是具有约束的历史单一目标问题。自1975年以来,当梅林(Merlin)和背部(Merlin and Back)介绍了分配系统重新配置以减少主动功率损失的想法,直到当今,许多研究人员都提出了各种方法和算法来解决重新配置问题作为单个目标问题。一些作者提出了基于帕累托最优的方法(包括主动功率损失和可靠性指数作为目标)。为此,已经使用了不同的基于人工智能的方法:微源,分支交换,粒子群优化和非主导的排序遗传算法。
农村服务
由于分布线覆盖的较长距离(请参阅农村电气化给药) ,农村电气化系统倾向于使用更高的分布电压。 7.2、12.47、25和34.5 kV分布在美国很常见;在英国,澳大利亚和新西兰很常见11 kV和33 kV;在南非很常见11 kV和22 kV; 10、20和35 kV在中国很常见。其他电压偶尔使用。
农村服务通常会尝试最大程度地减少两极和电线的数量。它使用更高的电压(而不是城市分布),这反过来允许使用镀锌钢丝。坚固的钢丝可允许较便宜的宽杆间距。在农村地区,一个杆安装变压器只能为一个客户提供服务。在新西兰,澳大利亚,萨斯喀彻温省,加拿大和南非,单线地球返回系统(SWER)用于使偏远的农村地区电气化。
三阶段服务为大型农业设施,石油抽水设施,水厂或其他具有较大负载的客户(三阶段设备)提供了动力。在北美,架空分配系统可能是带有中性导体的三相的三相,四线。农村分配系统可能具有长期的一个相导体和中性。在其他国家或极端农村地区,中性电线连接到地面,以将其用作回报(单线地球返回)。
次要分布
取决于50或60 Hz的频率,取决于区域。它作为单相电力交付给国内客户。在某些国家 /地区,在欧洲,可以为更大的物业提供三期供应。从示波器上可以看到北美的家用电源看起来像是正弦波,在-170伏和170伏之间振荡,有效的电压为120伏RMS。三相电力在使用的每台电缆传递方面更有效,并且更适合运行大型电动机。一些大型欧洲电器可能由三相动力提供动力,例如电炉和干衣机。
通常为客户的系统以及公用事业公司拥有的设备提供接地连接。将客户的系统连接到地面的目的是限制如果高压导体落到通常安装在地面下的低压导体上,或者如果分配变压器内发生故障,则可能会发展出的电压。接地系统可以是TT,TN-S,TN-CS或TN-C。
区域变化
220–240伏系统
世界上大多数人使用50 Hz 220或230 V单相,或400 V三相用于住宅和轻型工业服务。在此系统中,主要分销网络每个区域提供了几个变电站,并且每个变电站的230 V / 400 V电源直接分配给最终用户,通常不到1 km半径。三个直播(热)电线和中性线连接到建筑物,以进行三相服务。单相分布,一根活线和中性,在总负载很轻的地方使用中性。在欧洲,电力正态分为工业和家庭用途,由三相四线系统分配。这给出了400伏WYE服务的相相电压,任何一个相和中性之间的单相电压为230伏。在英国,通常将典型的城市或郊区低压变电站评为150 kVa和1 MVA,并提供数百座房屋的整个社区。变压器通常以每个家庭的平均负载为1至2 kW,服务保险丝和电缆的尺寸为允许任何一个属性的峰值负载约为十倍。对于工业客户,也可以提供3阶段690 /400伏特,也可以在本地生成。大型工业客户拥有自己的变压器,其投入为11 kV至220 kV。
100–120伏系统
大多数美洲使用60 Hz AC,即在国内120/240伏特分阶段系统,三个阶段用于较大的装置。北美变压器通常以240伏的电压为240伏,类似于欧洲的230伏。这是允许在家中使用120伏的拆分相。
在日本的电力部门中,标准电压为100 V,使用50和60 Hz AC频率。该国的部分地区使用50 Hz,而其他零件则使用60 Hz。这是1890年代的遗物。东京的一些当地提供商进口了50 hz德国设备,而大阪的当地电力提供商从美国带来了60 Hz发电机。网格越来越多,直到整个国家都被连接为止。如今,日本东部的频率为50 Hz(包括东京,横滨,东京和北海道)和日本西部的60 Hz(包括nagoya ,大阪,京都,广岛,希科科和京胡)。
大多数家用电器都可以在任何频率上使用。当2011Tōhoku地震和海啸淘汰了东方的三分之一的能力时,不兼容的问题就引起了公众的关注,因为该国没有共同的频率,西方的权力无法与东方完全分享。
有四个高压直流电(HVDC)转换器站,它们可以在日本的交流频率边框上移动功率。 Shin Shinano是日本的一家背靠背HVDC设施,构成了将日本西部和东部电力电网连接起来的四个频率更换器中之一。其他三个是在Higashi-Shimizu , Minami-Fukumitsu和Sakuma大坝上。他们可以一起升至东部或西部的1.2吉瓦。
240伏系统和120伏插座
大多数现代现代的北美房屋都可以从变压器接收240伏,并且通过使用分阶段的电力,可以具有120伏特式插座和240伏特式插座。 120伏通常用于照明和大多数墙壁出口。 240伏电路通常用于需要高瓦热输出(例如烤箱和加热器)的电器。它们还可以用来提供电动汽车充电器。
现代分销系统
传统上,分销系统只能以简单的分销线路运行,在这些分销线路中,传输网络中的电力将在客户之间共享。当今的分销系统通过分布式生成资源(例如太阳能和风能)的方式与电力系统分配级别的可再生能源分类融合在一起。结果,分销系统越来越多地与每日传输网络独立。平衡这些现代分销网络(有时称为微电网)的供需关系极具挑战性,它需要使用各种技术和运营手段才能运行。这样的工具包括电池存储电站,数据分析,优化工具等。