1. Состав, структура и функции подсистем энергетической системы.

Электроснабжение промышленных, коммунальных и прочих потребителей производится от электростанций, вырабатывающих электроэнергию, которые строятся преимущественно в местах, близких к источникам топливных и гидроресурсов. Передача электроэнергии от электростанции к потребителю осуществляется по линиям электропередачи. Если потребители удалены от электростанции, передачу осуществляют при повышенном напряжении. В этом случае между электростанцией и потребителями необходимо сооружать повышающие и понижающие подстанции. Исключение представляют отдельные промышленные электростанции малой мощности и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые располагаются вблизи потребителей, так как передача пара и горячей воды может быть осуществлена на расстояние не более нескольких километров.

Отдельные электростанции при помощи линий электропередачи через подстанции связываются друг с другом для параллельной работы на общую нагрузку.

Энергетической системой (энергосистемой) называется совокупность электростанций, предприятий для производства электрической и тепловой энергии, а также электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом.

Электроэнергетической системой (ЭЭС) называется электрическая часть энергосистемы и питающиеся от нее приемники (потребители) электроэнергии, объединенная общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии.

Передача и распределение электроэнергии осуществляется электрической сетью – совокупностью электроустановок, состоящей из подстанций, воздушных и кабельных линий электропередачи, токопроводов, электропроводок, работающих на определенной территории. Как составной элемент энергосистемы и ЭЭС, электрическая сеть передачи и распределения энергии обеспечивает:

• прием электроэнергии от электростанций;

• передачу электроэнергии на различные расстояния;

• преобразование параметров электроэнергии на подстанциях;

• распределение электроэнергии по определенной территории, вплоть до непосредственных потребителей.

2.Особенности процессов производства и потребления электроэнергии.

Электроэнергия в сравнении с другими видами энергий (тепловой, пневматической, гидравлической и т.п.) легко передается на большие расстояния, распределяется между потребителями и с высоким коэффициентом полезного действия (КПД) преобразуется во вторичные виды энергии для осуществления технологических процессов промышленных предприятий.

Физическая природа электричества рассматривается в двух аспектах:

• корпускулярном, т.е. в виде потока электронов;

• волновом, т.е. в виде электромагнитного поля, имеющего различные проявления в электроэнергетике.

В электроэнергетике электрическая энергия рассматривается в волновом аспекте.

Средством передачи больших количеств энергии при низких частотах (50 Гц) являются электрические линии, представляющие собой волноводы. Передача по ним электроэнергии потребителю целесообразна в том случае, если ее мощность многократно превышает мощность, теряемую в проводниках линии передачи вследствие их нагревания.

Электрическая система обладает свойством единства производства и потребления электроэнергии – вся энергия, производимая электрическими генераторами W_г, расходуется потребителями W_п и на ее транспорт W_тр:

.

Для измерения потребления электроэнергии в электроэнергетике используется киловатт-час (кВтч). Киловатт-час равен количеству энергии, потребляемой устройством мощностью один киловатт в течение одного часа.

Другой характеристикой производства и потребления в электроэнергетике является активная мощность P(t), измеряемая в ваттах (Вт), которая связана с электроэнергией соотношением:

,

где функция P(t) характеризует изменение режима потребления во времени на рассматриваемом интервале времени t. В цепи переменного тока мощность P по смыслу является средней величиной мгновенной мощности за период T:

,

(1)

где p(t) – мгновенная мощность; u(t) и i(t) – синусоидальные функции времени с периодом изменения Т, который для промышленной частоты переменного тока  = 50 Гц равен 0,02 с: u(t) = U_m sin t, i(t) = I_m sin(t – ); U_m и I_m – амплитудные значения, а U и I – действующие значения напряжения и тока; cos  – коэффициент мощности, определяемый как косинус угла, на который ток в цепи отстает от напряжения или опережает его (угол сдвига фаз ). Сдвиг фаз считается положительным, если ток отстает от напряжения, и отрицательным, если ток опережает напряжение.

В выражении (1) мгновенная мощность определяется следующим образом:

(2)

Интегрирование конечной формы выражения (2) для мгновенной мощности по времени за период T и дает формулу (1) для активной мощности. Согласно (2) мгновенная мощность колеблется с удвоенной частотой 2. В интервалы времени, когда u(t) и i(t) имеют одинаковые знаки, мгновенная мощность положительна, энергия поступает от источника к нагрузке, поглощается в активном сопротивлении и накапливается в магнитном поле индуктивности. В интервалы времени, когда u(t) и i(t) имеют разные знаки, мгновенная мощность отрицательна и энергия частично возвращается приемником (нагрузкой) источнику.