Rimanere in fase sulla griglia

Sono stato un EE per oltre quarant'anni e non ho mai trovato la risposta giusta a questo ....

In che modo le centrali elettriche e le stazioni di commutazione del trasformatore garantiscono che l'energia che stanno alimentando nella rete sia in fase con la potenza esistente sulle linee.

So che sono MOLTO seri sull'impostazione della frequenza della linea su una precisione ridicolmente buona. Tuttavia, ovviamente, non è possibile collegare una linea di alimentazione a un'altra linea sfasata. Anche una piccola deviazione provocherebbe presumibilmente un enorme drenaggio nel sistema e genererebbe una forma d'onda AC piuttosto strana e fuori specifica.

OK, posso immaginare una soluzione nella centrale che utilizza la frequenza della linea di destinazione per sincronizzare gli alternatori prima di premere l'interruttore, forse. Tuttavia, quella stazione di commutazione a 100 km potrebbe commutare su una linea da un alternatore diverso che è molto più vicino o più lontano e di conseguenza in un punto diverso nel ciclo di fase ...

Come lo fanno ...

Notare che il suo NON è lo stesso di "Come sincronizzare un generatore sulla rete elettrica?" Questo articolo riguarda solo un generatore locale e non è, a mio avviso, lo stesso della rete elettrica principale e della commutazione del trasformatore.

Prima di collegare un generatore alla rete, lo fanno girare più o meno alla giusta velocità. Quindi agganciano quello che è fondamentalmente un voltmetro tra una fase del generatore e la corrispondente fase di linea. Regolano l'azionamento del generatore fino alla tensione osservata
a) cambiando molto lentamente (differenza di frequenza al di sotto di una certa soglia)
eb) scende al di sotto di una soglia di bassa tensione (differenza di fase abbastanza vicina in modo che il flusso di potenza che risulta quando si getta l'interruttore grande sia gestibile ).

Una volta che il generatore è collegato alla rete, rimane sempre in fase. Se non guidato meccanicamente, fungerà da motore. La quantità di energia che trae o esporta verso la rete è controllata da quanto è spinta meccanicamente.

Ogni generatore è collegato alla sua parte locale della griglia, sincronizzato alla sua frequenza locale. Ci sarà una leggera differenza di fase tra il generatore e la rete locale. Se il generatore fornisce energia alla rete, la sua fase sarà leggermente anticipata. Maggiore è la potenza assorbita dal generatore, maggiore è la differenza di fase e maggiore sarà la potenza esportata nella rete.

Questo "flusso di potenza segue la differenza di fase" si estende a intere aree della griglia. Se c'è un grande carico nel sud, i generatori nel sud rallenteranno inizialmente, ritardando la loro fase rispetto al nord. Questa differenza di fase creerà un flusso di potenza da nord a sud.

Laddove si dispone di una griglia nazionale, la direzione si impegna molto a non lasciare che nessuna parte significativa venga "isolata" dall'altra parte. Una volta che si separano in fase, potrebbe essere necessario molto tempo prima che possano essere riuniti di nuovo, poiché l'adattamento di fase dovrà essere squisitamente accurato per evitare un enorme flusso di potenza al momento della connessione.

Laddove devono essere collegate due reti controllate separatamente, ad esempio tramite il cavo sottomarino anglo-francese, viene eseguita con corrente continua. È facile alla fine della ricezione sincronizzare gli inverter con la rete.

Mantenere la griglia in fase con una media di 50 cicli al secondo nel corso di una giornata, viene semplicemente eseguita alimentando più o meno energia, per accelerare o rallentare la frequenza della griglia rispettivamente, di solito di notte quando c'è un po 'più di la richiesta.

Stai confondendo un numero preciso di cicli in un periodo di 24 ore con un controllo della frequenza istantaneo molto rigido. Non è così che viene fatto nella maggior parte dei luoghi.

La frequenza è mantenuta intorno sua frequenza nominale abbinando la generazione al carico: per tutto il tempo in cui il carico è maggiore della generazione, la frequenza diminuirà (molto) gradualmente e per tutto il tempo in cui il carico sarà inferiore alla generazione della frequenza aumenterà.

L'inerzia è enorme e, in generale, sia il carico che la generazione cambiano in modo abbastanza graduale, quindi c'è un sacco di tempo per apportare modifiche ai generatori (o carichi, in cui le persone hanno contratto per controllare i loro carichi in questo modo) per mantenere il sistema bilanciato. La frequenza può spostarsi tra vari limiti (operativi e regolatori).

Almeno nel Regno Unito, viene mantenuto il numero corretto di cicli al giorno tenendo traccia di "tempo reale" e "tempo della griglia" e la griglia viene eseguita un po 'velocemente o un po' lentamente per assicurarsi che non ottengano troppo distanti.

Ci sono frequenze di riferimento precisi in uso all'interno del sistema di controllo di griglia - questo è quello che stanno confrontando con / misurazione contro, ma la griglia di per sé non è di fase / frequenza bloccato in alcun modo diretto.

Nella parte in basso a sinistra del grande display in questa immagine c'è un grafico con una traccia gialla ondulata verticale - questa è la frequenza della griglia nazionale del Regno Unito per un po 'prima che la foto fosse scattata - come puoi vedere non è bloccata su qualcosa di molto stretto, sebbene il grafico sia probabilmente solo di ± 0,3 Hz.

Usano un sincroscopio. L'ho visto fare nelle sale di controllo delle centrali elettriche.

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

Far eseguire parti di un singolo sistema di alimentazione a diversi angoli di fase rispetto ad altre parti è di routine e inevitabile. Questo non è un problema fino a quando non è necessario ricollegare le parti. Nell'utilità in cui ho lavorato, gli addetti all'assistenza del sito collegavano un misuratore di fase a ciascuna delle parti. A causa della differenza di fase, il misuratore di fase avrebbe funzionato come un orologio, indicando la differenza di fase istantanea. La persona che sta effettuando la connessione (di solito tramite un interruttore automatico) dovrebbe semplicemente temporizzare la chiusura dell'interruttore per l'istante in cui il misuratore di fase mostra una differenza di fase zero. Poiché questo punto zero si verifica ogni pochi secondi, non è difficile rilevarlo. Lo abbiamo persino usato con la nostra stazione di conversione back-to-back HVDC; funziona molto, molto bene.

20 anni fa, subito dopo l'università, ho lavorato su un'azienda facendo esattamente questo.

In passato c'erano tutti i tipi di circuiti di regolazione di fase complessi con elettronica analogica complessa. Di questi tempi generalmente non è così.

Ciò a cui la mia azienda in quel momento era specializzata era la tecnologia di conversione AC / DC ad alta tensione. Hanno costruito il primo collegamento cross-channel e da allora vari collegamenti HVDC in tutto il mondo. (Su lunghe distanze le perdite nei cavi dovute alla reattanza sono significative, quindi la CC offre una trasmissione più efficiente.) Quando la CC viene ripristinata in CA (con una potenza sostanzialmente elevata, un inverter molto fluido) è possibile sincronizzare i tempi in modo che la CA risultante è esattamente in fase con la rete locale.

Dato che questo è diventato più efficiente con una migliore elettronica ad alta potenza, ciò che la gente ha capito è che era diventato più efficiente convertire da CC a CA e di nuovo a CC di quanto non fosse usare metodi alternativi. Il risultato è chiamato "convertitore back-to-back". Laddove un collegamento cross-channel avrebbe miglia di cavo tra i convertitori AC-DC e DC-AC, uno schema back-to-back ha solo pochi piedi di sbarre estremamente spesse.

Naturalmente la conversione non è efficiente al 100%, quindi l'elettronica è montata su dissipatori di calore raffreddati ad acqua e il tutto è monitorato con molta attenzione. Ma è abbastanza efficiente che le perdite sono perfettamente accettabili in cambio della potenza che entra nella rete perfettamente in fase.

Negli Stati Uniti, le reti sono gestite da operatori di sistema indipendenti (ISO). Gli ISO sono in qualche modo come un mercato azionario. Negoziano la quantità di energia fornita da ciascuna stazione di generazione alla rete. Oltre alle transazioni di acquisto / vendita, monitorano e gestiscono le prestazioni della griglia. Quando un generatore è collegato, corrisponde alla tensione, alla frequenza e alla fase nel punto di connessione locale. Quindi si collega, ma non fornisce immediatamente energia. Negozia il prezzo, il livello di potenza e il tasso di aumento della potenza con l'ISO. Questa è la mia comprensione del funzionamento di base del sistema.

All'epoca (1979), subito dopo l'università, ho lavorato presso un produttore di generatori del Regno Unito e nel laboratorio di prova (questo era per apparecchiature più piccole) hanno usato il metodo delle luci incrociate per semplificare la "misurazione della tensione" che altri hanno menzionato.

Fondamentalmente hanno collegato L1-L1 tramite una lampada, che doveva spegnersi (zero volt / in fase) prima della chiusura, e una lampada incrociata L2 (gen) - L3 (griglia) che doveva prima andare al massimo. Una volta che la spia della differenza di fase è stata "spenta", è possibile lanciare il relè / contattore / interruttore di collegamento.

C'erano varie storie apocrife su cose che erano andate male in vari luoghi che erano educative!