🏭电网原理模拟 - 高压输电、特高压直流、调度、频率稳定

如何使用电网原理模拟

1. 1在“为什么用高压”里输入功率和距离，点选电压等级，比较电流、损耗和电压降
2. 2在“交流 vs 直流”里选择架空线或海底电缆，调整容量和距离，找到交直流等价距离
3. 3在“日负荷与调度”里调各类电源装机，或在图上拖动负荷，观察鸭子曲线、弃电与储能
4. 4在“频率稳定”里选预设或调惯量、下垂和备用，看频率最低点、RoCoF 和切负荷
5. 5在“三相电”和“变压器与补偿”里调各相电流、匝数比和功率因数

常见问题

为什么要用高压输电？

输送同样的功率 P，三相线路电流 I = P/(√3·V·cosφ)，与电压成反比，而线路损耗是 3I²R，与电流平方成正比。电压提高 10 倍，电流降为 1/10，损耗降为 1/100。比如 1000 MW 送 300 km，用 220 kV 损耗超过三成，用 500 kV 约 2.4%，用 1000 kV 特高压只有约 0.2%。电压也不能无限提高，绝缘、铁塔、变电设备成本和电晕损耗都会上升，所以各个电压等级各有适用的距离和容量。

什么时候用直流输电比交流更划算？

直流线路只需两根导线，没有感抗和电容充电电流，线路造价和损耗都比交流低，也没有同步稳定问题；但两端要建昂贵的换流站，并有约 1.5% 的换流损耗。距离越长，线路上省下的钱越多，超过等价距离后直流更经济。架空线的等价距离一般在 600–800 km，海底或地下电缆因为交流充电电流很大，几十公里就应该用直流。工具中的费用是相对单位的教学模型，可调整参数观察变化。

什么是鸭子曲线？储能起什么作用？

用电负荷减去风电和光伏出力后得到的“净负荷”，在光伏大发的中午凹下去，傍晚太阳落山、用电高峰到来时又迅速升高，形状像一只鸭子。其他电源必须在两三个小时内大幅爬坡，如果白天它们降不下来，就只能弃光。储能把中午多余的电存起来，在晚高峰放出，可以减少弃电和燃气调峰机组的使用。工具按核电、风光、储能、水电、煤电、燃气的顺序调度，可以直观看到这些效果。

机组跳闸后电网频率会怎样变化？

跳闸瞬间缺失的功率只能由所有同步发电机转子的动能补上，频率开始下降，初始变化率 RoCoF = ΔP·f₀/(2H·S)，惯量 H 越小下降越快。几秒内调速器增加出力（一次调频），频率在最低点后回升，稳定在略低于额定值处，偏差约为 ΔP/(1/R + D)；之后 AGC 在几分钟内把频率拉回 50 Hz。如果频率跌到 49 Hz 左右，低频减载装置会自动切除部分负荷，防止全网崩溃。2019 年 8 月英国大停电就是这样的过程。

为什么三相电只需要三根线？

三相电由三个相位差 120° 的正弦电压组成。负载平衡时，三相电流在任何时刻相加都为零，中性线上没有电流，所以可以省掉，三根线就能送电。在相同功率、相同线间电压和相同损耗下，三相三线制用铜只有单相两线制的 75%。三相电的瞬时总功率恒定，电动机转矩平稳，还能自然产生旋转磁场。单个电路的有功、无功和功率因数计算请使用交流电功率工具。