Электрическая технология была открыта благодаря выдающемуся открытию Фарадея о том, что изменяющийся магнитный поток может создавать электрическое поле. Это открытие привело к созданию главного и самого сложного инженерного достижения человека — электроснабжения и создание энергетической системы. В этой системе явление электромагнитной индукции положенное в основу современного сухого трансформатора ЭПА оказалось значимым. Конечно, жизнь без электричества сейчас немыслима.
Электроэнергетические системы формируют фундаментальную инфраструктуру мира. Электрическая энергия производится с избытком в тысячи гигаватт (1 ГВт = 1 000 000 000 Вт).
Массивные роторы, вращающиеся со скоростью до 5000 оборотов в минуту, могут нести энергию, запасенную в движении воды и в ископаемом топливе.
Тем не менее, электричество замечается только тогда, когда выключается свет.
Несмотря на то, что основные характеристики электроэнергетической системы оставались почти неизменными в прежние времена, существует ряд важных вех в развитии электроэнергетических систем.
Вехи в развитии электроэнергетических систем.
Все начиналось с разработки оригинальной системы питания постоянного тока, разработанной компанией Edison в 1882 году. Спустя десятилетие разработка трансформаторов привела к замене систем постоянного тока системами переменного тока. 
Разработка Николой Тесла многофазных асинхронных двигателей привело к разработке 3-фазных систем переменного тока. С началом создания более крупной системы и необходимостью совместного использования ресурсов объединение систем привело к стандартизации частоты. За этим последовало использование более высоких уровней напряжения до 1000 кВ линейного среднеквадратичного переменного тока и последующая стандартизация уровней напряжения.
В некоторых странах, как Индия и Китай иногда используется постоянный ток. Передача постоянного тока подходит для больших расстояний, объемной передачи и подводных кабельных линий. Первая товарная линия постоянного тока была установлена в 1954 году.
Ряд новых разработок привел к созданию современных комбинированных энергетических систем. Они включают в себя системы статического возбуждения, газовые турбины, быстродействующие автоматические выключатели, использование коммуникационных технологий, ретрансляцию на основе микропроцессоров и т.д.
Структура энергетических систем
Одной из жизненно важных проблем, связанных с энергетическими системами, является необходимость более эффективного использования и обработка систем передачи переменного тока с использованием мощных электронных преобразователей. В настоящее время эксплуатируется несколько таких преобразователей, и ведется работа над несколькими оптимальными конструкциями.
Современные энергетические системы чаще всего характеризуются:
- генерацией переменного тока;
- передачей переменного тока;
- использованием 3-фазного переменного тока.
Сеть связи содержит дополнительные высоковольтные (220 кВ и выше) линии, соединяющие крупные генераторы с основными центрами нагрузки. Эти линии способны передавать огромное количество энергии на большие расстояния дальностью до 1000 км.
Например, для передачи, предположим, 2000 МВт от огромной тепловой электростанции к удаленному центру нагрузки может потребоваться множество линий напряжением 400 кВ.
Генераторы вырабатывающие ток, как правило, имеют напряжение на клеммах в несколько кВ и подключены к линиям сверхвысокого напряжения с помощью трансформаторов. Соединенные между собой трансформаторы соединяют высоковольтные линии с различными уровнями напряжения. Вспомогательная сеть передачи, имеющая линии электропередачи напряжением 66 кВ и 132 кВ, используется для передачи энергии, полученной из сети сверхвысокого напряжения, на различные распределительные подстанции. Наконец, распределительная сеть, имеющая линии меньше 66 кВ, используется для передачи электроэнергии каждому потребителю. Большая энергосистема также может быть связана с соседними энергосистемами посредством линий электропередачи переменного тока или соединений постоянного тока. Обмен энергией между такими соседями обычно регулируется.
Надежность энергосистемы
Энергетические системы обычно соединены между собой в целях надежности и экономии. Надежность подразумевает, что в этой взаимосвязанной сети, потеря компонента системы, такого как основная линия электропередачи или генератор, окажет незначительное влияние на систему. Когда одно устройство выходит из строя, другое компенсирует потерю.
В практике существует более одного пути, соединяющего нагрузку с каждым генератором. Таким образом, потеря одной линии передачи или отключение одного генератора обычно не прерывают подачу питания на нагрузку.
Экономия подразумевает, что электроэнергию можно получать там, где она дешевая. Более экономично эксплуатировать большие генераторы 24 часа в день на полную мощность. Несколько генераторов могут быть запущены почти мгновенно, затем могут выступать в качестве резервов для обслуживания.
Как правило, паровые станции работают как станции с постоянной базовой нагрузкой, в то время как водохранилищные гидростанции действуют как станции с пиковой нагрузкой. Возможность совместного использования резервов во взаимосвязанных системах также приводит к уменьшению потребностей в резервах. Различные регионы сети могут сталкиваться с пиковым спросом в разное время суток. Следовательно, общий пиковый спрос системы меньше, чем сумма отдельных пиков в различных регионах.
Однако обширные взаимосвязи также означают, что неисправности в одной части системы могут быстро распространиться на всю систему, что приведет к отключению нагрузок / генераторов и могут даже сделать работу взаимосвязанной системы нежизнеспособной. Например, некоторые большие помехи могут сделать невозможной синхронную работу генераторов. В случае, если работа взаимосвязанной системы становится нежизнеспособной, система должна быть разделена на более мелкие. Однако, если системы контроля и защиты неработоспособны может произойти полное отключение электроэнергии, что приведет к потере обслуживания миллионов потребителей.
Однако сбои в работе сети случаются редко, и система, как правило, хорошо работает при хорошо реализованных стратегиях управления. Для хорошо спроектированных энергосистем мощность доступна по требованию и может быть получена простым «распараллеливанием» нагрузки в сети.
Аналогично, синхронная машина, приводимая в движение первичным двигателем, может быть синхронизирована с сетью и может подавать на нее энергию. Для создания взаимосвязанной сети, способной обеспечивать определенный уровень энергопотока и предотвращать отключения электроэнергии, требуется предварительное планирование и контроль во время эксплуатации.
