Pozostając w fazie w sieci

17

Jestem EE od ponad czterdziestu lat i nigdy nie znalazłem właściwej odpowiedzi na to ...

W jaki sposób elektrownie i stacje transformatorowe zapewniają, że energia, którą dostarczają do sieci, jest w fazie z obecną mocą na liniach.

Wiem, że BARDZO poważnie podchodzą do ustawiania częstotliwości linii z absurdalnie dobrą dokładnością. Oczywiście nie można podłączyć linii zasilającej do innej linii, która jest przesunięta w fazie o 180 stopni. Nawet niewielkie odchylenie przypuszczalnie spowodowałoby ogromny drenaż w systemie i wygenerowałoby dość dziwny i niespecyficzny kształt fali prądu przemiennego.

OK. Mogę sobie wyobrazić rozwiązanie w elektrowni, które wykorzystuje częstotliwość linii docelowej do synchronizacji alternatorów, zanim może przełączyć przełącznik. Jednak ta stacja przełączania oddalona o 100 km może przełączać się na linię z innego alternatora, który jest znacznie bliżej lub dalej, a tym samym w innym punkcie cyklu fazowego ...

Jak oni to robią...

Zauważ, że jego NIE jest tym samym, co „Jak zsynchronizować generator z siecią elektryczną?” Ten artykuł dotyczy tylko lokalnego generatora i moim zdaniem nie jest tym samym, co główna sieć energetyczna i przełączanie transformatora.

Trevor_G
źródło
Pojęcie nieskończonego autobusu. 1 generator jest nieistotny w odniesieniu do pełnej magistrali. Dopasuj fazę, napięcie i prędkość. Spraw, aby nadjeżdżający generator był trochę szybszy od autobusu, więc będzie on obciążał, gdy wejdzie w tryb online. Rzut młotem. Generator uruchomi się, aby zsynchronizować się idealnie. Im bardziej generator nie jest zsynchronizowany, tym wyższy jest prąd. Idealnie nie chcemy prądu. Po podłączeniu do sieci zajmie to część obciążenia. Staje się częścią nieskończonej magistrali i pozostanie zsynchronizowany.
StainlessSteelRat
1
To jednak dryfuje, szczególnie jeśli wyłączysz oryginalny generator. Firma energetyczna bardzo dokładnie utrzymuje 60 Hz, więc należy zastosować inne regulacje. Mam na myśli, że ... konwój porusza się z prędkością najwolniejszego statku ...
Trevor_G
1
@ThePhoton, jakby duplikat, ale na znacznie większą skalę. Z różną ekonomią skali i kompromisów. Dostosowanie generatora zasilanego gazem w garażu do sieci jest nieco inne i trywialne w porównaniu do synchronizacji elektrowni wodnej w odległości 500 km.
Trevor_G,
4
(zauważ, że prawie wszystko zakłada dostępność częstotliwości sieci do synchronizacji; rozpoczynanie od całkowicie obniżonej sieci nazywa się „czarnym startem” i nieco trudniejsze. Ten termin w wyszukiwarce powie ci więcej)
pjc50

Odpowiedzi:

15

Przed podłączeniem generatora do sieci obracają go do mniej więcej odpowiedniej prędkości. Następnie łączą woltomierz pomiędzy fazą generatora i odpowiednią fazą linii. Dostosowują napęd generatora, aż obserwowane napięcie będzie
a) bardzo powoli zmieniało się (różnica częstotliwości poniżej pewnego progu)
ib) spada poniżej pewnego niskiego progu napięcia (różnica faz wystarczająco blisko, aby można było zarządzać przepływem mocy, który powstaje po naciśnięciu dużego przełącznika ).

Po podłączeniu generatora do sieci zawsze pozostaje on w fazie. Jeśli nie będzie napędzany mechanicznie, będzie działał jak silnik. Ilość energii, którą pobiera lub eksportuje do sieci, jest kontrolowana przez to, jak mocno jest napędzana mechanicznie.

Każdy generator jest podłączony do swojej lokalnej części sieci, zsynchronizowanej z jego lokalną częstotliwością. Wystąpi niewielka różnica faz między generatorem a siecią lokalną. Jeśli generator dostarcza energię do sieci, jego faza będzie nieco wcześniej. Im większa moc wejściowa do generatora, tym większa różnica faz, a większa moc będzie eksportowana do sieci.

Ten „przepływ mocy po różnicy faz” rozciąga się na całe obszary sieci. Jeśli na południu występuje duże obciążenie, generatory na południu początkowo zwolnią, opóźniając swoją fazę w stosunku do północy. Ta różnica faz spowoduje przepływ mocy z północy na południe.

Tam, gdzie masz ogólnokrajową siatkę, zarząd bardzo stara się, aby żadna znacząca część nie została „wyspiarska” z drugiej strony. Gdy rozejdą się w fazie, może minąć dużo czasu, zanim można je ponownie połączyć, ponieważ dopasowanie faz musi być wyjątkowo dokładne, aby uniknąć ogromnego przepływu energii w momencie połączenia.

Tam, gdzie mają być podłączone dwie osobno kontrolowane sieci, powiedzmy anglo-francuski kabel podmorski, odbywa się to za pomocą prądu stałego. Na końcu odbiorczym łatwo jest zsynchronizować falowniki z siecią.

Utrzymywanie fazy w sieci przy średnio 50 cyklach na sekundę w ciągu dnia, jest po prostu wykonywane przez dostarczenie większej lub mniejszej mocy, aby odpowiednio przyspieszyć lub spowolnić częstotliwość sieci, zwykle w nocy, gdy jest nieco więcej luzu popyt.

Neil_UK
źródło
1
Więc mówisz, że połykają wszelkie efekty odległości jako znikome, dopóki odległość nie będzie zbyt duża, w którym momencie „regenerują” moc? BTW: Myślę bardziej jak kontynentalne USA / Kanada. Trudno jest zrozumieć te koncepcje, gdy elektrownie mogą znajdować się w odległości 3000 km od siebie.
Trevor_G,
4
Continental US ma inną odpowiedź; USA mają 5
pól
3
@SimonB, nie wyobrażam sobie stu-tonowego wirnika, który „uderzy”, prawda? Może Twoja Honda jest przenośna w garażu, ale nie generator elektrowni. Musi istnieć skończony czas zabijania.
Trevor_G,
2
@ Trevor Idealnie, gdy synchronizujesz nowy generator, różnica częstotliwości i fazy wynosi zero, więc nie ma uderzenia, a mechaniczny pobór mocy = brak strat obciążenia, więc nie ma zmiany mocy sieci. Tolerancja dla „zerowej różnicy” pozwala na synchronizację praktycznie, jest trochę „rozruchu”, gdy generator jest wciągany do dokładnej fazy.
Neil_UK
4
Dodanie większej mocy przy istniejącej częstotliwości sieci oznacza, że ​​nadwyżka energii wejściowej do produkcji energii jest nadmierna. Ta nadwyżka energii jest magazynowana jako energia kinetyczna we wszystkich maszynach wirujących, co oznacza, że ​​idzie szybciej. Podobnie, jeśli wyłączysz turbinę parową, siatka zwolni. Jeśli jedna część sieci jest napędzana, a inna część jest załadowana, wtedy masz ogromny przepływ mocy z pierwszej części do drugiej. W ten sposób kontrolujesz kierunek przepływu mocy na zasilaczach, zmieniasz pobór mocy w różnych punktach sieci.
Neil_UK
15

Mylisz dokładną liczbę cykli w ciągu 24 godzin z bardzo sztywną natychmiastową kontrolą częstotliwości. W większości miejsc tak się nie dzieje.

Częstotliwość jest utrzymywana na poziomie zbliżonym do częstotliwości nominalnej poprzez dopasowanie generacji do obciążenia - przez cały czas, gdy obciążenie jest większe niż wytwarzanie, częstotliwość będzie (bardzo) stopniowo spadać, a przez cały czas obciążenie jest mniejsze niż generowanie częstotliwości będzie wzrastać.

Bezwładność jest ogromna i, ogólnie rzecz biorąc, zarówno obciążenie, jak i wytwarzanie zmieniają się dość stopniowo, więc jest dużo czasu na dostosowanie generatorów (lub obciążeń, w których ludzie zobowiązali się do kontrolowania swoich obciążeń w ten sposób), aby utrzymać równowagę systemu. Częstotliwość może dryfować między różnymi limitami (operacyjnymi i regulacyjnymi).

Przynajmniej w Wielkiej Brytanii utrzymywana jest odpowiednia liczba cykli dziennie dzięki śledzeniu „czasu rzeczywistego” i „czasu siatki”, a sieć jest uruchamiana trochę szybko lub trochę wolno, aby upewnić się, że nie dostaną zbyt daleko od siebie.

W systemie kontroli sieci stosowane dokładne odniesienia częstotliwości - to jest to, z czym porównują / mierzą, ale sama sieć nie jest do nich zablokowana fazowo / częstotliwościowo w żaden bezpośredni sposób.

W lewym dolnym rogu dużego wyświetlacza na tym zdjęciu znajduje się wykres z pionowym, falistym żółtym śladem - taka jest częstotliwość krajowej siatki brytyjskiej na chwilę przed zrobieniem zdjęcia - jak widać, nie jest on ściśle powiązany z niczym, chociaż wykres ma prawdopodobnie tylko około ± 0,3 Hz.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

użytkownik141629
źródło
Fajne informacje i zdjęcia dzięki. Tak, czytałem gdzie indziej, całkowita liczba cykli na dzień to rzeczywista kontrolowana miara. Nadal jednak zastanawiam się, jakiego mechanizmu używa się, aby go policzyć ...
Trevor_G
A może jest to po prostu pokrętło sterujące o szerokości siatki, które każe wszystkim nieco przyspieszyć generatory w akceptowalnym stopniu.
Trevor_G,
1
Czy jest to po prostu pokrętło sterujące o szerokości siatki, które każe wszystkim nieco przyspieszyć generatory w akceptowalnej ilości zgodnie - Tak
Neil_UK
Jako inżynier i muzyk jest to interesujące. Stare organy Hammonda wywodziły się z (chwilowej) częstotliwości sieci. 0,3 Hz w 50 Hz działa na poziomie około 1/10 półtonu, który jest wyraźnie nieostrojony. Ale jeśli masz na myśli, że osie wykresu wynoszą +/- 0,3 Hz, wówczas ślad wynosi tylko około +/- 0,1 Hz, co jest trudne do wykrycia.
Level River St
W pewnym sensie: wszystkie generatory są zawsze w zgodzie z siecią w punkcie połączenia, ale każdy pojedynczy generator może zmieniać swoją prąd wyjściowy (I) poprzez kontrolowanie mechanicznej mocy wału.
pjc50
8

Używają synchroskopu. Widziałem to w pomieszczeniach kontrolnych elektrowni.

https://en.wikipedia.org/wiki/Synchroscope

wprowadź opis zdjęcia tutaj

użytkownik125718
źródło
To właściwa odpowiedź IMO, ale tylko dla małych generatorów (<500 KW) i przy małych limitach mocy (<2 MW). Brakuje jednak zastosowania automatyzacji do zarządzania przełącznikami zaczepów i zamykania styczników (nie jest to wykonywane przez ludzkie oko na dużych alternatorach), aw przypadku równoważenia poziomu sieci (100 kV i więcej) zwykle odbywa się to za pomocą napędu prądu stałego (tyrystorów). Zobacz artykuły takie jak ten: library.eabb.com/public/793bfb6d691ddf0bc125781f0027d91f/…
Jack Creasey
4

Posiadanie części indywidualnego systemu zasilania pod różnymi kątami fazowymi względem innych części jest rutynowe i nieuniknione. Nie stanowi to problemu, dopóki nie będzie konieczne ponowne połączenie części. W narzędziu, w którym pracowałem, pracownicy serwisu na miejscu podłączaliby miernik fazy do każdej części. Ze względu na różnicę faz miernik fazy działałby jak zegar, wskazując chwilową różnicę faz. Osoba wykonująca połączenie (zwykle za pomocą elektrycznie uruchamianego przerywacza obwodu) po prostu odmierza czas zamknięcia wyłącznika na moment, w którym licznik faz wykazał zerową różnicę faz. Ponieważ ten punkt zerowy występuje co kilka sekund, nie jest trudno go złapać. Użyliśmy tego nawet w naszej stacji przekształtnikowej HVDC Back-to-Back; działa bardzo, bardzo dobrze.

Tom Johnson
źródło
3

20 lat temu, zaraz po studiach, pracowałem w firmie, która właśnie to robi.

Kiedyś istniały różnego rodzaju złożone obwody regulacji fazy ze złożoną analogową elektroniką. W dzisiejszych czasach tak nie jest.

W tamtym czasie moja firma specjalizowała się w technologii konwersji AC / DC na wysokie napięcie. Od tego czasu zbudowali pierwsze łącze międzykanałowe i różne łącza HVDC na całym świecie. (Na dużych odległościach straty na kablach wynikające z reaktancji są znaczne, więc prąd stały zapewnia bardziej wydajną transmisję.) Kiedy prąd stały zostanie ponownie przekształcony w prąd przemienny (przy zasadniczo bardzo wysokiej mocy, bardzo gładkim falowniku), można zsynchronizować taktowanie, aby wynikowy prąd przemienny jest dokładnie w fazie z lokalną siecią.

Gdy stało się to bardziej wydajne dzięki lepszej elektronice dużej mocy, ludzie zdali sobie sprawę, że stało się bardziej wydajne przekształcanie prądu stałego na prąd przemienny i powrót do prądu stałego niż przy użyciu jakichkolwiek alternatywnych metod. Wynik nazywany jest „konwerterem back-to-back”. Tam, gdzie połączenie międzykanałowe miałoby mile kabla między przetwornikami AC-DC-DC i DC-AC-AC, schemat równoległy ma zaledwie kilka stóp wyjątkowo grubej szyny zbiorczej.

Oczywiście konwersja nie jest w 100% sprawna, więc elektronika jest zamontowana na chłodzonych wodą radiatorach, a całość jest dość dokładnie monitorowana. Ale jest wystarczająco wydajny, aby straty były całkowicie akceptowalne w zamian za energię, która idealnie trafia do sieci w fazie.

Graham
źródło
2

W USA sieciami zarządzają niezależni operatorzy systemów (ISO). ISO są trochę jak giełda. Negocjują, ile mocy każda stacja generująca dostarcza do sieci. Oprócz transakcji kupna / sprzedaży monitorują i zarządzają wydajnością sieci. Gdy generator jest podłączony, dopasowuje napięcie, częstotliwość i fazę w lokalnym punkcie przyłączenia. Następnie łączy się, ale nie od razu dostarcza zasilania. Negocjuje cenę, poziom mocy i tempo wzrostu mocy z ISO. Tak rozumiem podstawową obsługę systemu.

Charles Cowie
źródło
Jest to zrozumiałe, ale tak naprawdę nie odpowiada na pytanie JAK ... pasują do tego, robią to.
Trevor_G,
2
@ Trevor, każdy operator generatora dopasowuje go, dławiąc generator w górę lub w dół, aby dopasować go przed podłączeniem do sieci. Aby utrzymać częstotliwość na 60 000 Hz (lub 50 000), kilku operatorów dostosowuje przepustnicę we współpracy, aby utrzymać częstotliwość.
Photon
4
Jest powód, dla którego hydro jest preferowane przy dużych stałych ładunkach, a węgiel i gaz są używane do utrzymywania synchronizacji pod zmiennymi obciążeniami. W przypadku hydro dławienie prawdopodobnie oznacza jakoś ograniczenie dopływu wody.
Photon
1
@ThePhoton Wiele elektrowni wodnych może regulować kąt łopatek turbin (bardzo nieznacznie), kiedy muszą dokonać drobnych regulacji. Lub mieć zawór obejściowy, który kieruje trochę wody (co moim zdaniem jest dość podobne do tego, co robią węgiel i gaz, z wyjątkiem obejścia parowego?)
mbrig
1

Wcześniej (1979 r.) Tuż po ukończeniu uniwersytetu pracowałem u brytyjskiego producenta generatorów, aw laboratorium testowym (dotyczyło to mniejszego sprzętu) zastosowali metodę skrzyżowanego światła, aby uprościć „pomiar napięcia”, o którym wspominali inni.

Zasadniczo połączyli L1-L1 za pomocą lampy, która musiała zgasnąć (zero woltów / w fazie) przed zamknięciem, i skrzyżowaną lampę L2 (gen) - L3 (siatka), która musiała najpierw przejść na maksimum. Gdy lampka różnicy faz została „zgaszona”, przekaźnik / stycznik / przełącznik mógł zostać wyrzucony.

Były różne apokryficzne historie o tym, co poszło nie tak w różnych miejscach, które miały charakter edukacyjny!

Philip Oakley
źródło