Pozostając w fazie w sieci

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.

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.

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 są 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.

Używają synchroskopu. Widziałem to w pomieszczeniach kontrolnych elektrowni.

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

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.

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.

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.

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!