电网系统如何为新负载提供电力？

Question

我知道电力系统中没有储能元件。因此，一旦发电机产生电能，电能就被传输到使用电能的最终用户。

假设一个电力系统目前是稳定的(能源供应等于能源消耗)。如果新设备连接到电力系统(比如5兆瓦)，它一连接上就会通电。

在电力系统频率下降且有功功率调节器加速发电机之前，额外的5 MW功率从何而来？（显然存在时间延迟。）

Answer 1

在电力系统频率下降且有功功率调节器加速发电机之前（显然存在时间延迟），额外的5MW功率从何而来？

当负载接通时，线路上的电压会下降（这取决于物理导线中的电阻和电感；如果它们是超导导线，负载和电源几乎会在瞬间发生反应）。当大负载接通时，电网无法立即供电，因为电线的电感和电阻会阻止供电，电压会下降，并可能导致断电（当你打开真空吸尘器，灯会变暗一点时，同样的情况也会发生在你的房子里）。

通常情况下，如果负荷较大，需要通知电力公司，以便他们可以随时避免当地停电。另一端的发电必须提供更多的电流（以匹配负载在另一端的电流），否则电压会下降，没有人喜欢这样。

短期内，电容器和DFR的(分布式馈线调节器)和其他调节器可以弥补一些差异，但它们只能覆盖小功率短时间的线路调节。

如果耗电过多，发电设施可能会“跳闸”，并将发生停电，直到恢复发电。

Answer 2

连接新负载时，它将成为较大电路的一部分。目前开始流过新负载。这是一个短暂的过程和相关的电磁场以接近光速的速度在整个网格中传播——也就是说，这种变化几乎会立即被检测到在电网的其他部分，甚至在距离新负荷连接处相对较远的地方。

在电力系统频率下降且有功功率调节器加速发电机之前，额外的5 MW功率从何而来？

如果以小时间尺度（微秒到毫秒）放大，则为当前值开始流经新负载和之前发电机有机会调整发电量，新负载开始吸取的能量是通过“饿死”其他负载来收集的随着电流/功率流的重新分配。你可以考虑两种电路：

1. 连接新负载之前的电网。
2. 在新负载连接后立即启动电网。在连接新负载后的时间实例中，此电路的电源与原始电路相同（发电机无变化）。

您可以通过每个拓扑计算当前流程，并将看到，给定相同的电源，新负载将通过“挨饿其他负载”来获得电源。

Answer 3

我们不能在不通知当局的情况下将一个巨大的负载连接到电力系统（5兆瓦确实是一个巨大的负载）

当如此巨大的负荷连接到现有的平衡电网时，电网将首先尝试满足负荷要求。因此，电网的电压和频率将下降，因为系统不知道电压，但自动电压调节器（AVR）和自动频率控制器（AFC）将通过满足发电机不断增加的扭矩需求（通过增加燃油液位、蒸汽液位等）使系统稳定

通常，在发电厂，

• 多样性因素必须大于1
• 需求系数必须小于1

Answer 4

电网中的频率和电压始终存在小的波动。这些波动的尺寸取决于网格中的发电机的功率以及当前存在的负载以及加载的负载。

与正常存在于网格中的负载相比，在正常情况下，5 MW并不大负载。例如，留下火车站的火车可能很容易超过这个。对于比较：2019年，德国的发电能力约为200GW，德国是一个巨大的同步网格的一部分，覆盖着整个欧洲的一部分，莫伦多斯的一代人超过600gw（更多信息在维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Synchronous_grid_of_Continental_Europe)-在这种情况下，5MW是微不足道的，且该负载的频率或电压变化不会引起注意。

电压和——实际上更重要的是——频率被不断地监测，当它们超过一定的阈值时，将从电网中增加或减少发电机或增加或减少可控负载。

电网运营商有许多方法来调整电网中的负荷和发电量。例如，抽水蓄能电站可以在几秒钟内提供或消耗巨大的功率，以保持频率稳定。一旦频率降至某个值以下，将发生滚动停电，城市和任何可能的工业工厂将关闭，以防止全面停电。

几十或几百兆瓦的大负荷大多由电网运营商控制，这样他们就可以稳定电网。例如，铝制小屋的负荷有几百兆瓦，必须与电网运营商安排开启或关闭。

实际上，你可以在每小时00分看到瑞士火车网频率的周期性下降，因为当时很多火车都离开车站。

Answer 5

虽然其他答案都很好，而且切中要害，但问题中有一点让我感到刺痛：

我知道电力系统中没有储能元件。因此，一旦发电机产生电能，电能就被传输到使用电能的最终用户。

没有长期储能。你今天不能生成一只kWh，明天消耗它。但是有能量储存：旋转机械有惯性。如果你从60Hz到59.9Hz的旋转电机减速，你已经消耗了一些这种能量。

随着许多发电机并行，频率的微小倾角可以提供大量的能量。调节器也可以使用频率的倾沸，以将能量流入原动机（水到水力发电，燃料到喷气轮机等）中。