缺氧 电网「缺氧稳定电力」

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“缺氧”与电力网络

上一期我们在“一起玩缺氧(OXYGEN NOT INCLUDED)复习自动化”（此处可添加上期链接）中介绍了如何在游戏中利用简单模块玩转自动化知识。但是对于新手来说，自动化系统毕竟是锦上添花。这里我们聊聊如何构建好的电力系统，也借这个机会，好好了解一下我们身边影响每个人衣食住行用的电网。

图1. 电力模块概览

1. 串联与并联

这个可能是最简单的概念了，学过中学物理的我们肯定不会忘记。我们身边常用的几乎每个用电器几乎都是通过并联的方式接入主电路中的。而并联最大的好处，就是单一负载发生故障造成断路，不会导致整个线路的断路，影响其他负载的正常使用。同样在游戏中，也很简单的原则，负载能并联不要串联。

图2. 串联（上）与并联（下）（图片来自网络）

2. 电网分级

电网：电力系统中各种电压的变电所及输配电线路组成的整体，称为电力网。它包含变电、输电、配电三个单元。电力网的任务是输送与分配电能，改变电压。

发电机-蓄电池-用电器这样的单一电路循环就可以在初期满足我们的需求。但是随着接入电路的用电器的增多，电路中的总额定功率也会随着提升。负载当中有持续负载例如电冰箱，也有瞬时负载例如我们建造过的声控照明灯。当各种负载瞬时功率之和的超过电线的限制功率时，就会发生过载破坏。

图3. 超负载引起的过载破坏

因此到了游戏中期，为了合理输送与分配电能，我们就需要建造分级的电力系统如图3。

图3. 高、中、低负荷导线（限制功率分别为20kw，2kw与1kw）与分级电网示意图

最高功率电线（20kv）电线将各种类型的大规模发电机组统一接入组成一级供电网络，一级储能区接入智能蓄电池存储多余电能并通过自动化控制发电设备优先度。一级用电区可以用于功率巨大的工业区设备用电。一级和二级变压器则对应大功率转变器和功率转变器模型。上端统一输入电能，下端单向独立输出电能。各个转换器下端互不影响，当下一级瞬时总功率超过转换器的限制功率时，转换器断路。多级电网不仅避免了区域过载对上一级电网的负面影响，还节省了大量的线路材料（高负荷导线成本是低负荷的100倍！），也减少了高负荷导线对空间利用和装饰度的负面影响。

图4. 发电模型-实际发电设备

图5. 配电模型-实际配电设备

由于游戏中简化电力模块只有功率，没有电压的概念，也没有交流直流之分。所以我们的多级电网考虑的只是输电和配电的功能，而变电、整流等则不包含在内。

而实际中电网对电压、频率等特性则有更高的要求。输电线路线路过载（发热）将由功率与电压共同决定。功率恒定下电压越高，热量越低。因此高压输电线路成为最有效的远距离输电方法。一般10kv到220k电压的输电叫做高压输电，330到750kv的输电电压叫做超高压输电，1000kv以上的输电电压叫做特高压输电。1条1150千伏输电线路的输电能力可代替5～6条500千伏线路,或3条750千伏线路，大大节省了铁塔、导线等电网本身的造价。同游戏中一样，建设高功率的高压输电线路同样也要占用土地，工程上叫“线路走廊”，提高输电电压节省土地面积对于东部人口稠密地区也有着重大意义。总之电压越高，“经济输送距离”越远，就越有利于解决局部发电到全局用电的问题。

2016年1月11日，中国首条±1100千伏特高压直流输电工程开工建设。这是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的特高压输电工程。

3. 集中供电模式与分布式供电模式

听起来很高端实际上很简单的概念。游戏中所有用20kw高负荷导线接入一级主电网的供电设备都可以被认为是集中供电模式。而另外一些因为距离过远等原因接入次级电网的，可以理解为分布式供电模式。

游戏里集中供电模式的优势显而易见，大机组、大电网、高负荷、远距离输电、配电。唯一的缺点在于大电网的建设成本高昂了。分布式供电模式更多是资源距离主网距离过远并入主网成本过高而不得不并入次级网现场利用电力资源的情况。

实际上的分布式供电一般指低于30MW以满足特定用户的需要 ,支持现存配电网的经济运行 ,或者同时满足这两个方面的要求。比游戏中有更多优点，而且随着新能源的发展其重要性也大大提高。

例如居民住宅使用更多的太阳能发电和储能设备日常供电，分布式发电投资少、占地小、节能、环保，可以缓解用电高峰对集中式电网的负荷压力。对于边远地区来说，人口密度小，基础建设差，建设规模化的集中式供配电网络需要巨额的投资和很长的时间周期，就近利用优势资源建设太阳能发电、风电、小水电等对于区域供电就起到了关键的作用。对于医院、商业大楼等公共建筑来说，微型燃气轮机等小型发电机组既是备用电源，又可以在用电高峰期减轻主网负荷。

分布式供电模式对于主网来说，是个不可控的子系统，只能采取隔离、切机的方式来控制微型发电系统。进一步发展出了微网的概念。微网作为主网的可控制子系统，既可以组网向局部重要负载供电，减少了直接从大电网输电和电力线传输的负担，增强重要负荷抵御来自主网故障影响的能力，也可以以孤网模式进行独立 运行，保证微网自身和大电网的正常运行，从而提 高供电可靠性和安全性。

图6. 微网的基本结构图

看完这些，不知道你有没有在玩游戏的同时对身边的电网又更多认识呢。