Кіріспе
Аймақтағы электр қуатының жоғалуы, кездейсоқ электр қуатының үзілуі.
accidental power failures
Электр қуатының үзілуі (сонымен қатар электр қуатының тоқтауы, қуаттың өшіп қалуы, электр қуатының бұзылуы, қараңғылық немесе қуаттың жоғалуы деп те аталады) – электр қуаты желісінен соңғы тұтынушыға электр қуаты жеткізілмей қалуы. Электр желісінде қуат үзілуіне көптеген себептер бар. Мұндай себептерге электр станцияларындағы ақаулар, электр беру желілеріне, трансформаторлық подстанцияларға немесе тарату жүйесінің басқа да бөліктеріне келтірілген зақымдар, қысқа тұйықталу, тізбектеп келетін ақаулар, сақтандырғыштардың немесе автоматтардың іске қосылуы жатады. Электр қуатының үзілуі, қоршаған орта мен қоғамдық қауіпсіздікке қауіп төндіретін объектілерде ерекше маңызды. Ауруханалар, сарқынды суларды тазарту станциялары және шахталар сияқты мекемелерде әдетте резервтік қуат көздері болады, мысалы, электр қуаты жоғалған кезде автоматты түрде іске қосылатын қосалқы генераторлар. Телекоммуникация жүйелері сияқты басқа да маңызды жүйелерге де төтенше жағдайларда қуат беру қажет. Телефон стансасының аккумуляторлық бөлімінде әдетте резервтік қуат үшін қорғасын-қышқыл аккумуляторлар тізбегі және ұзақ үзілістер кезінде генераторды қосуға арналған розетка болады. Электр қуаты үзілген кезде, электрмен жабдықтау тоқтатылып, үйлерге, кәсіпорындарға және басқа да нысандарға қуат жеткізілмейді. Электр қуатының үзілуіне түрлі себептер әсер етуі мүмкін, соның ішінде ауа райының нашарлауы (мысалы, дауылдар, қыраулар немесе қарлы борандар), жабдықтың істен шығуы, желінің артық жүктелуі немесе жоспарлы техникалық жөндеу жұмыстары.
Электр жүйелерін тоқ түсіп қалудан қорғау
Электрмен жабдықтау желілерінде электр қуатын өндіру және электр жүктемесі (сұраныс) әр секунд сайын шамалас болуы тиіс, әйтпесе желі компоненттерінің артық жүктелуіне және олардың ауыр зақымдануына әкелуі мүмкін. Артық жүктемені автоматты түрде анықтау және зақымдану қаупі бар тізбектерді ажырату үшін қорғау релелері мен сақтандырғыштар қолданылады. Белгілі бір жағдайларда желі компонентінің істен шығуы желідегі көршілес сегменттерде ток құбылуына себеп болуы мүмкін, бұл желінің үлкен бөлігінің тізбектей бұзылуына (каскадтық ақаулыққа) әкелуі мүмкін. Бұл бір ғимараттан бастап, тұтас ауданға, қалаға, тіпті бүкіл электр желісіне дейін таралуы мүмкін. Қазіргі заманғы қуат жүйелері мұндай тізбектей бұзылуларға төзімді болу үшін жобаланған, бірақ олардың пайда болуы мүмкін (төменде қараңыз). Сонымен қатар, сирек кездесетін, ірі масштабты бұзылулардың алдын алудан қысқа мерзімді экономикалық пайда көрілмейтіндіктен, зерттеушілер желінің сенімділігі уақыт өте келе төмендеуге бейім екендігіне алаңдаушылық білдірді, және бұл тек ірі бұзылудан кейін түзетіледі. 2003 жылғы жарияланымда Каррерас және авторлар кішкентай бұзылулардың ықтималдығын азайту үлкен бұзылулардың ықтималдығын арттырады деп мәлімдеді.
Компьютер жүйелерін электр энергиясының үзілуінен қорғау
Компьютерлік жүйелер мен логикалық тізбектерді қамтитын басқа да электрондық құрылғылар күрт электр қуатының үзілуінен деректерді жоғалтуға немесе аппараттық зақымдануға ұшырауы мүмкін. Бұған деректер желісінің жабдықтары, бейнепроекторлар, дабыл жүйелері және компьютерлер жатады. Компьютерлік жүйелерді мұндай жағдайдан қорғау үшін, егер негізгі қуат көзі қысқа мерзімге қолжетімсіз болса, үзіліссіз қуат көзі немесе "UPS" тұрақты электр ағынын қамтамасыз ете алады. Ал, қуат қайта қалпына келтірілген кезде аппараттық құрылымды зақымдауы мүмкін кернеудің шамадан тыс көтерілуінен (бірнеше секундқа созылатын) қорғану үшін, артық кернеуді сіңіретін, арнайы "кернеуден қорғағыш" құрылысын қолдануға болады.
Кең аймақты үзілістен кейін электр қуатын қалпына келтіру
Электр станцияларын қайта іске қосу қажет болғандықтан, кең аумақты электр қуатын қалпына келтіру қиынға соғуы мүмкін. Әдетте, бұл электр желісінің қалған бөлігінен келетін қуат көмегімен жасалады. Егер желіде қуат мүлдем болмаса, электр желісін іске қосу үшін "қара іске қосу" процедурасы жүргізілуі керек. Мұны қалай істеу жергілікті жағдайлар мен операциялық ережелерге байланысты, бірақ көбінесе беруші компаниялар біртіндеп біріктірілетін шағын "қуат аралдарын" құрады. Осы процесте жиілікті қалыпты деңгейде ұстап тұру үшін, қуатты қалпына келтірумен бірдей қарқында тұтынушылар қосылуы керек, бұл электр станциялары, беру және тарату ұйымдары арасындағы тығыз координацияны талап етеді.
Өзін-өзі ұйымдастырған сыншылдық
Тарихи деректер мен компьютерлік модельдеу негізінде электр желілері өзін-өзі ұйымдастыратын сынды жүйелер деп саналады. Бұл жүйелер барлық масштабтағы, тіпті жүйе көлеміне дейінгі қашусыз бұзылыстарды көрсетеді. Бұл құбылыс тұрақты түрде артып келе жатқан сұраныс/жүктеме, электр компаниясын басқару экономикасы және қазіргі заманғы инженерияның шектерімен байланысты. Электр қуаты үзілу жиілігін оның сынды нүктесінен алшақтату арқылы төмендету мүмкіндігі көрсетілгенімен, бұл көбінесе экономикалық тұрғыдан тиімді емес. Сондықтан, провайдерлер орташа жүктемені уақыт өте келе арттыруға немесе жаңартуды сиректеп жасауға мәжбүр болады, нәтижесінде желі өзінің сынды нүктесіне жақындайды. Керісінше, егер жүйе сынды нүктенің өзінен асып кетсе, өте көп электр қуаты үзілу жағдайлары туындайды, бұл жүйелік жаңартуларға алып келіп, оны қайтадан сынды нүктенің төменіне түсіреді. Мұндағы жүйенің сынды нүктесі термині статистикалық физика және сызықты емес динамика мағынасында қолданылады, бұл жүйенің фазалық өтуден өтетін нүктесін білдіреді; бұл жағдайда тұрақты, сенімді желіден аздаған каскадтық ақаулармен сирек кездесетін, сенімсіз желіге өту. Сынды нүктеге жақын жерде электр қуаты үзілу жиілігі мен мөлшері арасындағы байланыс қуат заңына бағынады. Басқалар кең ауқымды желідегі АЖ желілеріне кедергілердің таралуын болдырмау үшін электрондық басқаруы бар жоғары кернеулі тұрақты ток (ЖЖҚ) өрт сөндіргіштерін кеңінен қолдануды ұсынады.
ОПА үлгісі
2002 жылы Оук Ридж ұлттық зертханасының (ORNL) зерттеушілері, Висконсин университетінің электр жүйелерін инженерлік зерттеу орталығы (PSerc) және Аляска университеті Фэрбенкс электр тарату жүйелерінің қызмет ету ерекшеліктерін сипаттайтын математикалық модель ұсынды. Бұл модель авторлардың институттарының аттарымен байланысты OPA моделі деп аталды. OPA – каскадтық іркілу моделі. Басқа каскадтық іркілу модельдеріне Манчестер, жасырын іркілу, CASCADE және тармақталу модельдері жатады. OPA моделі Crucitti–Latora–Marchiori (CLM) күрделі желілік каскадтық іркілу моделімен сандық түрде салыстырылды, нәтижесінде екі модель де желінің орташа зақымдануында (OPA-да жүктеме/талап, CLM-де жол зақымдануы) ұқсас фазалық өтулерді көрсететіні анықталды.
Электр қуатының үзілу жиілігін азайту
Критикалық нүктеге жақын каскадтық ақауларды экономикалық тұрғыдан тиімді түрде азайтуға тырысудың салдары көбінесе пайдалы емес, тіпті зиянды болып шығады. OPA тоқтап қалу моделі қолданылып, төрт жеңілдету әдісі сынақтан өтті:
Increase critical number of failures causing cascading blackouts – Shown to decrease the frequency of smaller blackouts but increase that of larger blackouts. Increase individual power line max load – Shown to increase the frequency of smaller blackouts and decrease that of larger blackouts. Combination of increasing critical number and max load of lines – Shown to have no significant effect on either size of blackout. The resulting minor reduction in the frequency of blackouts is projected to not be worth the cost of the implementation. Increase the excess power available to the grid – Shown to decrease the frequency of smaller blackouts but increase that of larger blackouts. In addition to the finding of each mitigation strategy having a cost benefit relationship with regards to frequency of small and large blackouts, the total number of blackout events was not significantly reduced by any of the above mentioned mitigation measures. In 2015, one of the solutions proposed to reduce the impact of power outage was introduced by M. S. Saleh.
* Каскадты тоқтап қалуға себеп болатын сәтсіздіктердің критикалық санын арттыру – Кішігірім тоқтап қалу жиілігін азайтады, бірақ ірі тоқтап қалу жиілігін арттырады.
* Жеке электр желісінің максималды жүктемесін арттыру – Кішігірім тоқтап қалу жиілігін арттырып, ірі тоқтап қалу жиілігін азайтады.
* Критикалық сан мен желілердің максималды жүктемесін арттырудың комбинациясы – Тоқтап қалудың мөлшеріне ешқандай маңызды әсер етпейтіні көрсетілді. Тоқтап қалу жиілігінің шағын азаюы іске асыру құнына бармайтындығы болжанып отыр.
* Желіге қолжетімді артық қуатты арттыру – Кішігірім тоқтап қалу жиілігін азайтады, бірақ ірі тоқтап қалу жиілігін арттырады.
Increase critical number of failures causing cascading blackouts – Shown to decrease the frequency of smaller blackouts but increase that of larger blackouts. Increase individual power line max load – Shown to increase the frequency of smaller blackouts and decrease that of larger blackouts. Combination of increasing critical number and max load of lines – Shown to have no significant effect on either size of blackout. The resulting minor reduction in the frequency of blackouts is projected to not be worth the cost of the implementation. Increase the excess power available to the grid – Shown to decrease the frequency of smaller blackouts but increase that of larger blackouts. In addition to the finding of each mitigation strategy having a cost benefit relationship with regards to frequency of small and large blackouts, the total number of blackout events was not significantly reduced by any of the above mentioned mitigation measures. In 2015, one of the solutions proposed to reduce the impact of power outage was introduced by M. S. Saleh.
Әрбір жеңілдету стратегиясының кіші және ірі тоқтап қалу жиілігіне қатысты шығын мен пайда арақатынасы бар екені анықталды. Сонымен қатар, жоғарыда аталған жеңілдету шараларының ешқайсысы тоқтап қалу оқиғаларының жалпы санын айтарлықтай азайта алмады. 2015 жылы М.С. Салех электр қуатының үзілуінің әсерін азайтуға бағытталған шешімдердің бірін ұсынды.
Increase critical number of failures causing cascading blackouts – Shown to decrease the frequency of smaller blackouts but increase that of larger blackouts. Increase individual power line max load – Shown to increase the frequency of smaller blackouts and decrease that of larger blackouts. Combination of increasing critical number and max load of lines – Shown to have no significant effect on either size of blackout. The resulting minor reduction in the frequency of blackouts is projected to not be worth the cost of the implementation. Increase the excess power available to the grid – Shown to decrease the frequency of smaller blackouts but increase that of larger blackouts. In addition to the finding of each mitigation strategy having a cost benefit relationship with regards to frequency of small and large blackouts, the total number of blackout events was not significantly reduced by any of the above mentioned mitigation measures. In 2015, one of the solutions proposed to reduce the impact of power outage was introduced by M. S. Saleh.