กริดซิงโครไนซ์บริเวณกว้างของยุโรป ส่วนใหญ่เป็นสมาชิกของสมาคมผู้ประกอบการระบบส่งไฟฟ้ายุโรป กริดการส่งกำลังไฟฟ้าภาคพื้นทวีปของสหรัฐอเมริกา ประกอบด้วยประมาณ 300,000 km ของความยาวสาย ดำเนินการโดยประมาณ 500 บริษัทระบบสายส่งกระแสตรงความดันสูงเชื่อมโยงในยุโรปตะวันตก - สีแดงเป็นเชื่อมโยงปัจจุบัน สีเขียวอยู่ระหว่างการก่อสร้างและสีฟ้าอยู่ระหว่างการนำเสนอ

โครงสร้างของกริดกระจาย

โครงสร้างหรือ "โทโปโลยี" ของกริดสามารถแปรเปลี่ยนกันมาก แผนผังทางกายภาพมักจะถูกบังคับโดยสภาพที่ดินและธรณีวิทยาของมันเป็นอย่างไร โครงสร้างตรรกะสามารถแปรเปลี่ยนขึ้นอยู่กับข้อจำกัดของงบประมาณ, ความต้องการสำหรับความน่าเชื่อถือของระบบและคุณลักษณะของโหลดและการผลิตไฟฟ้า

โครงสร้างที่ถูกที่สุดและง่ายที่สุดสำหรับกริดการกระจายหรือการส่งผ่านเป็นโครงสร้างรัศมี ซึ่งเป็นรูปร่างต้นไม้ที่พลังงานจากแหล่งจ่ายขนาดใหญ่แผ่กระจายออกไปในสายไฟฟ้าแรงต่ำ อย่างก้าวหน้าจนถึงบ้านและธุรกิจที่เป็นเป้าหมาย

กริดสายส่งส่วนใหญ่ต้องการความน่าเชื่อถือแบบที่เครือข่ายตาข่ายที่ซับซ้อนมากๆจะจัดให้ได้ หากมีใครสักคนหนึ่งจะจินตนาการถึงการวางสายที่ซ้ำซ้อน(อังกฤษ: redundancy)ระหว่างสายสาขาของต้นไม้ที่สามารถถูกเปิดใช้งานในกรณีที่กิ่งใดของต้นไม้ถูกตัดลง ภาพนี้จะใกล้เคียงกับวิธีการที่ระบบตาข่ายทำงาน ค่าใช้จ่ายของโครงสร้างตาข่ายจะจำกัดการนำไปใช้กับกริดสายส่ง และกริดการกระจายแรงดันขนาดกลาง การวางสายซ้ำซ้อนยอมให้ความล้มเหลวของสายเกิดขึ้นได้ และกำลังไฟฟ้าจะถูกเพียงแค่เปลี่ยนเส้นทางในขณะที่คนงานซ่อมแซมสายที่เสียหายและถูกปิดการใช้งาน โครงสร้างอื่นๆที่สามารถใช้ได้คือระบบลูปที่พบในยุโรปและระบบเครือข่ายเชื่อมโยงวงแหวน

ในเมืองใหญ่และเมืองเล็กของทวีปอเมริกาเหนือ กริดมีแนวโน้มที่จะเป็นไปตามการออกแบบแบบถูกป้อนจากศูนย์กลางที่คลาสสิก สถานีย่อยได้รับพลังงานจากเครือข่ายการส่ง แรงดันของพลังงานจะถูกแปลงให้ต่ำลงด้วยหม้อแปลงไฟฟ้าและส่งไปยังบัสอันหนึ่ง จากบัสนี้ตัวฟีดเดอร์หลายตัวจะแผ่ออกไปในทุกทิศทางในชนบท ฟีดเดอร์เหล่านี้จะขนส่งไฟฟ้าสามเฟส และมีแนวโน้มที่จะถูกแขวนไปตามถนนใหญ่ใกล้สถานีย่อย เมื่อระยะทางจากสถานีย่อยเพิ่มขึ้น สายกระจายยังคงแผ่ออกไปโดยที่สายกระจายขนาดเล็กจะถูกใช้แทนเพื่อครอบคลุมพื้นที่ที่ฟีดเดอร์ไปไม่ถึง โครงสร้างเหมือนต้นไม้นี้แผ่กิ่งก้านออกมาจากสถานีย่อย แต่เพื่อความน่าเชื่อถือ มักจะมีการเชื่อมต่อสำรองอย่างน้อยหนึ่งชุดที่ไม่ได้ใช้งานจากสถานีย่อยใกล้เคียง การเชื่อมต่อนี้สามารถเปิดใช้งานในกรณีฉุกเฉินเพื่อที่ว่าส่วนหนึ่งของเขตดินแดนที่ให้บริการของสถานีย่อยหนึ่งสามารถถูกป้อนโดยสถานีย่อยอื่น

ภูมิศาสตร์ของเครือข่ายสายส่ง

เครือข่ายสายส่งที่มีความซับซ้อนมากขึ้นด้วยเส้นทางซ้ำซ้อน ตัวอย่างเช่น ดูแผนที่เครือข่ายสายส่งของแรงดันสูงสหรัฐฯ (ขวา)

กริดซิงโครนัสบริเวณกว้างหรือ "การเชื่อมต่อ" เป็นกลุ่มหนึ่งของพื้นที่การกระจาย ที่ทั้งหมดดำเนินงานด้วยกระแสสลับ (AC) ความถี่ซิงโครไนซ์ (เพื่อให้จุดสูงสุดของยอดคลื่นเกิดขึ้นในเวลาเดียวกัน) การนี้จะช่วยให้การส่งกำลังไฟ AC ได้ทั่วบริเวณ, เชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจำนวนมากกับผู้บริโภคและมีศักยภาพที่ทำให้ตลาดไฟฟ้าและการผลิตไฟฟ้าที่ซ้ำซ้อนมีประสิทธิภาพมากขึ้น แผนที่การเชื่อมต่อโครงข่ายมีการแสดงของทวีปอเมริกาเหนือ (ขวา) และยุโรป (ด้านล่างซ้าย)

ในกริด synchronous หนึ่ง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งหมดไม่แต่เพียงใช้ที่ความถี่เดียวกัน แต่ยังอยู่ในเฟสเดียวกันอีกด้วย แต่ละเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีการบำรุงรักษาโดยผู้บริหารในพื้นที่ที่ควบคุมแรงบิดขับโดยการควบคุมการจ่ายไอน้ำเข้ากังหันที่ขับมัน การผลิตและการบริโภคจะต้องมีความสมดุลตลอดทั่วทั้งกริด เพราะพลังงานจะถูกบริโภคเกือบจะทันทีที่มีการผลิต พลังงานจะถูกเก็บไว้ในระยะสั้นได้ทันทีโดยพลังงานจลน์จากการหมุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ความล้มเหลวขนาดใหญ่ในส่วนหนึ่งของกริด - ถ้าไม่ได้รับการชดเชยอย่างรวดเร็ว - สามารถก่อให้เกิดกระแสที่จะเปลี่ยนเส้นทางด้วยตัวมันเองให้ไหลจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เหลือไปยังผู้บริโภคผ่านสายส่งของที่มีกำลังการผลิตไม่เพียงพอ, ทำให้เกิดความล้มเหลวต่อไปอีก ด้านหนึ่งล้มเหลวที่จะเชื่อมต่อกับกริดที่ถูกเชื่อมโยงกันอย่างแพร่หลายทำให้มีความเป็นไปได้ของความล้มเหลวต่อเนื่องและทำให้ไฟฟ้าดับอย่างกว้างขวาง ผู้มีอำนาจกลางมักจะถูกกำหนดให้อำนวยความสะดวกในการติดต่อสื่อสารและการพัฒนาข้อตกลงในการทำการสื่อสารเพื่อรักษากริดให้มั่นคง ตัวอย่างเช่นบริษัทความน่าเชื่อถือไฟฟ้าแห่งอเมริกาเหนือคอร์ปอเรชั่น ได้รับอำนาจผูกพันในประเทศสหรัฐอเมริกาในปี 2006 และมีอำนาจให้คำปรึกษาในส่วนที่ใช้บังคับของประเทศแคนาดาและเม็กซิโก รัฐบาลสหรัฐยังได้กำหนด National Interest Electric Transmission Corridors ที่เชื่อว่าคอขวดการส่งผ่านได้มีการพัฒนา

บางพื้นที่เช่นชุมชนชนบทในอลาสกา ไม่ได้ดำเนินการบนกริดขนาดใหญ่ แต่อาศัยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้ดีเซลในท้องถิ่นแทน[10]

ระบบสายส่งกระแสตรงความดันสูงหรือหม้อแปลงปรับความถี่ได้สามารถถูกนำมาใช้ในการ เชื่อมต่อเครือข่ายกระแสสลับสองเครือข่ายที่ไม่ได้ซิงโครไนซ์กัน นี้จะให้ประโยชน์ในการเชื่อมต่อโครงข่ายโดยไม่จำเป็นต้องซิงโครไนซ์แม้ในพื้นที่กว้าง ตัวอย่างเช่น เปรียบเทียบแผนที่กริดซิงโครนัสบริเวณกว้างของยุโรป (บนซ้าย) กับแผนที่ของสาย HVDC(ล่างขวา)

ความซ้ำซ้อนและการกำหนด "กริด"

เมืองที่จะกล่าวได้ว่าได้ประสบความสำเร็จในการเชื่อมต่อกริด ก็ต่อเมื่อมีการเชื่อมต่อกับแหล่งซ้ำซ้อนหลายแหล่ง ทั่วไปแล้วเกี่ยวข้องกับการส่งผ่านทางไกล

การซ้ำซ้อนนี้ถูกจำกัด กริดระดับชาติหรือระดับภูมิภาคที่มีอยู่เพียงแต่ให้การเชื่อมต่อโครงข่ายของสิ่งอำนวยความสะดวกที่จะใช้อะไรก็ตามที่การซ้ำซ้อนใช้ได้ ขั้นตอนที่แน่นอนของการพัฒนา ที่ซึ่งโครงสร้างของอุปทานจะกลายเป็นกริดเป็นไปโดยพลการ ในทำนองเดียวกัน คำว่ากริดแห่งชาติเป็นบางสิ่งของยุคสมัยในหลายส่วนของโลก ในขณะที่สายเคเบิลส่งผ่านในขณะนี้มักจะข้าม เขตแดนของประเทศ คำว่ากริดการกระจายสำหรับการเชื่อมต่อท้องถิ่นกับกริดสายส่งสำหรับการส่งทางไกลจึงเป็นที่ต้องการ แต่กริดแห่งชาติมักจะยังคงใช้สำหรับโครงสร้างโดยรวม

กริดที่เชื่อมต่อ

สาธารณูปโภคไฟฟ้าทั่วทั้งภูมิภาคจะมีการเชื่อมต่อระหว่างกันหลายต่อหลายครั้งเพื่อให้ประโยชน์ที่หลากหลาย ประการแรกคือความจริงที่ว่าสาธารณูปโภคไฟฟ้าให้ประโยชน์จากธรรมชาติ ของมันในการเป็นระบบสาธารณูปโภคขนาดใหญ่และมีการเชื่อมต่อกัน ช่วยให้เกิดการประหยัดจากขนาด ประการที่สอง สาธารณูปโภคสามารถดึงพลังงานจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองจากภูมิภาคที่แตกต่างกันเพื่อให้แน่ใจว่าพลังงานที่ได้จะต่อเนื่องและที่เชื่อถือได้และ ทำให้โหลดของพวกเขามีความหลากหลาย การเชื่อมต่อกันยังช่วยให้ภูมิภาคมีการเข้าถึงพลังงานราคาถูกจำนวนมากโดยได้รับพลังงานจากแหล่งจ่ายที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ภูมิภาค หนึ่งอาจจะผลิตไฟฟ้าพลังน้ำราคาถูกในช่วงฤดู​​น้ำมาก แต่ในฤดูกาลที่น้ำน้อย พื้นที่อื่นอาจจะผลิตไฟฟ้าพลังงานลมได้ถูกกว่า ช่วยให้ทั้งสองภูมิภาคในการเข้าถึงแหล่งพลังงานราคาถูกจากอีกภูมิภาคหนึ่งในช่วงเวลาที่ต่างกันของปี สาธารณูปโภคเพื่อนบ้านใกล้เคียงยังช่วยให้คนอื่น ๆ ได้รักษาความถี่ของระบบโดยรวม และยังช่วยในการจัดการการถ่ายโอนที่ผูกพันกันระหว่างสาธารณูปโภคของภูมิภาค[11]