Пребывание в фазе на сетке

Я был EE более сорока лет и так и не нашел правильного ответа на этот вопрос ....

Как электростанции и трансформаторные коммутационные станции гарантируют, что мощность, которую они подают в сеть, совпадает с существующей мощностью в линиях.

Я знаю, что они ОЧЕНЬ серьезно относятся к настройке частоты линии с невероятно хорошей точностью. Однако, очевидно, вы не можете подключить линию электропередачи к другой линии, которая находится на 180 градусов ниже фазы. Даже небольшое отклонение, вероятно, приведет к огромному истощению системы и будет генерировать довольно странную и некондиционную форму сигнала переменного тока.

Хорошо, я могу представить решение на электростанции, которая использует целевую частоту линии для синхронизации генераторов, прежде чем, возможно, щелкнуть выключателем. Однако эта коммутационная станция в 100 км может быть переключена на линию от другого генератора, который находится намного ближе или дальше и, следовательно, в другой точке фазового цикла ...

Как они это делают...

Обратите внимание, что это НЕ то же самое, что "Как синхронизировать генератор на электрической сети?" Эта статья относится только к локальному генератору и, на мой взгляд, не совпадает с основной сетью и переключением трансформатора.

Прежде чем подключить генератор к сети, они раскручивают его до более или менее нужной скорости. Затем они подключают то, что в основном является вольтметром между фазой генератора и соответствующей фазой линии. Они регулируют привод генератора до тех пор, пока наблюдаемое напряжение не будет
a) очень медленно изменяться (разность частот ниже некоторого порога) и
b) опускаться ниже некоторого порога низкого напряжения (разность фаз достаточно близка, так что поток мощности, возникающий при переключении большого переключателя, поддается управлению ).

Как только генератор подключен к сети, он всегда остается в фазе. Если механический двигатель не приводится в действие, он будет действовать как двигатель. Количество энергии, которое она потребляет или экспортирует в сеть, зависит от того, насколько сильно она управляется механически.

Каждый генератор подключен к своей локальной части сетки, синхронизированной с его локальной частотой. Будет небольшая разность фаз между генератором и локальной сеткой. Если генератор подает питание в сеть, его фаза будет немного заранее. Чем больше потребляемая мощность генератора, тем больше разность фаз и тем больше будет мощность, экспортируемая в сеть.

Этот «поток энергии следует за разностью фаз» распространяется на все области сетки. Если на юге большая нагрузка, генераторы на юге будут изначально замедляться, замедляя свою фазу относительно севера. Эта разность фаз создаст поток энергии с севера на юг.

Там, где у вас есть общенациональная сеть, руководство изо всех сил старается не допустить, чтобы какая-либо значительная часть стала «отделенной» от другой части. После того, как они разошлись по фазе, может потребоваться много времени, прежде чем они снова могут быть собраны вместе, поскольку синхронизация фазы должна быть исключительно точной, чтобы избежать огромного потока мощности во время соединения.

Там, где необходимо соединить две отдельно управляемые сетки, скажем, по англо-французскому подводному кабелю, это делается с помощью DC. На приемном конце легко синхронизировать инверторы с сетью.

Сохранение сетки в фазе со средним значением 50 циклов в секунду в течение дня, просто выполняется путем подачи большей или меньшей мощности, соответственно, для ускорения или замедления частоты сетки, обычно ночью, когда немного больше провала спрос.

Вы путаете точное количество циклов в течение 24 часов с очень жестким мгновенным контролем частоты. Это не так, как это делается в большинстве мест.

Частота поддерживается на уровне около ее номинальной частоте, путем согласования генерации с нагрузкой - все время, когда нагрузка превышает генерацию, частота будет (очень) постепенно падать, и все время нагрузка будет меньше частоты генерации будет увеличиваться.

Инерция огромна, и, как правило, как нагрузка, так и генерация изменяются довольно постепенно, поэтому есть много времени для настройки генераторов (или нагрузок, когда люди заключили контракт на управление своими нагрузками таким образом), чтобы сохранить систему сбалансированной. Частота может колебаться между различными пределами (эксплуатационные и нормативные).

По крайней мере, в Великобритании правильное количество циклов в день поддерживается за счет отслеживания «реального времени» и «времени сетки», а сетка работает немного быстро или немного медленно, чтобы убедиться, что они не работают слишком быстро. далеко друг от друга.

Там являются управления сеткой используются точные опорные частоты - это то, с чем они сравнивают / измеряют, но сама сетка напрямую не привязана к фазе / частоте.

В левом нижнем углу большого экрана на этом изображении показан график с вертикальной волнистой желтой линией - это частота национальной сетки Великобритании за некоторое время до того, как была сделана фотография - как вы можете видеть, она не привязана ни к чему очень плотно, хотя график, вероятно, только около ± 0,3 Гц.

Они используют синхроскоп. Я видел это в залах управления электростанциями.

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

Работа частей отдельной энергосистемы с разными фазовыми углами от других частей является обычной и неизбежной. Это не проблема, пока не понадобится повторное соединение деталей. В Утилите, где я работал, обслуживающий персонал на месте подключал фазометр к каждой из частей. Из-за разности фаз фазометр будет работать как часы, указывающие мгновенную разность фаз. Лицо, выполняющее соединение (обычно с помощью выключателя с электроприводом) обычно просто рассчитывает время замыкания выключателя на тот момент, когда фазовый измеритель показывает нулевую разность фаз. Поскольку эта нулевая точка возникает каждые несколько секунд, поймать ее нетрудно. Мы даже использовали это с нашей преобразовательной станцией HVDC Back-to-Back; это работает очень, очень хорошо.

20 лет назад, сразу после универа, я работал в компании, занимающейся именно этим.

Раньше было много всяких сложных схем фазовой регулировки со сложной аналоговой электроникой. В наши дни это, как правило, не так.

В то время моя компания специализировалась на технологии преобразования высокого напряжения в переменный / постоянный ток. С тех пор они построили первое межканальное соединение и различные линии HVDC по всему миру. (На больших расстояниях потери в кабелях из-за реактивного сопротивления значительны, поэтому постоянный ток обеспечивает более эффективную передачу.) Когда постоянный ток снова превращается в переменный (с очень плавным инвертором очень высокой мощности, вы можете синхронизировать синхронизацию так, чтобы результирующий переменный ток точно в фазе с локальной сеткой.

Поскольку это стало более эффективным с улучшенной электроникой большой мощности, люди поняли, что стало более эффективно преобразовывать постоянный ток в переменный и обратно в постоянный ток, чем использовать любые альтернативные методы. Результат называется «обратным преобразователем». Там, где по межканальной линии связи должны быть мили между преобразователями переменного тока в постоянный и постоянного тока в переменный, схема «спина к спине» имеет всего несколько футов чрезвычайно толстой шины.

Конечно, преобразование не является эффективным на 100%, поэтому электроника устанавливается на радиаторах с водяным охлаждением, и все это довольно тщательно контролируется. Но он достаточно эффективен, чтобы потери были вполне приемлемыми в обмен на мощность, поступающую в сеть идеально в фазе.

В США сетками управляют независимые системные операторы (ISO). ISO в некотором роде похожи на фондовый рынок. Они договариваются, сколько энергии каждая генераторная станция поставляет в сеть. В дополнение к транзакциям покупки / продажи они контролируют и управляют производительностью сети. Когда генератор подключен, он соответствует напряжению, частоте и фазе в локальной точке подключения. Затем он подключается, но не сразу подает питание. Он договаривается о цене, уровне мощности и скорости увеличения мощности с ISO. Это мое понимание основной работы системы.

Когда-то в 1979 году, сразу после университета, я работал в Великобритании по производству генераторов, а в испытательной лаборатории (это было для меньшего оборудования) они использовали метод скрещенных источников света, чтобы упростить «измерение напряжения», о котором упоминали другие.

По сути, они подключили L1-L1 через лампу, которая должна была погаснуть (ноль вольт / в фазе) перед закрытием, и скрещенную лампу L2 (gen) - L3 (сетка), которая должна была идти в максиму сначала. Когда лампа разности фаз погасла, можно было подключить реле подключения / контактор / выключатель.

Были разные апокрифические истории о том, что пошло не так в разных местах, которые были образовательными!