In der Phase am Netz bleiben

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Ich bin seit über vierzig Jahren ein EE und habe nie die richtige Antwort auf diese Frage gefunden ...

Wie stellen Kraftwerke und Transformatorschaltwerke sicher, dass der Strom, den sie in das Netz einspeisen, mit dem vorhandenen Strom auf den Leitungen in Phase ist.

Ich weiß, dass sie es SEHR ernst meinen, wenn es darum geht, die Netzfrequenz auf eine lächerlich gute Genauigkeit einzustellen. Es ist jedoch offensichtlich, dass Sie eine Stromleitung nicht an eine andere Leitung anschließen können, die um 180 Grad phasenverschoben ist. Sogar eine kleine Abweichung würde vermutlich eine große Belastung des Systems verursachen und eine ziemlich seltsame und nicht spezifikationsgemäße Wechselstromwellenform erzeugen.

OK, ich kann mir eine Lösung für das Kraftwerk vorstellen, die die Zielleitungsfrequenz verwendet, um die Lichtmaschinen zu synchronisieren, bevor der Schalter möglicherweise umgelegt wird. Diese 100 km entfernte Schaltstation kann jedoch auf eine Leitung von einem anderen Generator umschalten, der viel näher oder weiter entfernt ist und folglich an einem anderen Punkt im Phasenzyklus liegt ...

Wie haben sie das gemacht...

Beachten Sie, dass dies NICHT dasselbe ist wie "Wie synchronisiere ich einen Generator im Stromnetz?" Dieser Artikel bezieht sich nur auf einen lokalen Generator und ist meines Erachtens nicht mit dem Hauptstromnetz und der Transformatorschaltung identisch.

Trevor_G
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Das Konzept des unendlichen Busses. 1 Generator ist in Bezug auf den vollen Bus unbedeutend. Passen Sie Phase, Spannung und Geschwindigkeit an. Machen Sie den entgegenkommenden Generator etwas schneller als den Bus, damit er beim Einschalten die Last aufnimmt. Wurfbrecher. Der Generator wird den Motor perfekt synchronisieren. Je mehr der Generator nicht synchron ist, desto höher ist der Strom. Im Idealfall wollen wir keinen Strom. Sobald es online ist, nimmt es einen Teil der Last auf. Es wird Teil des unendlichen Busses und bleibt synchronisiert.
StainlessSteelRat
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Das würde allerdings driften, besonders wenn Sie den Originalgenerator ausschalten. Das Energieversorgungsunternehmen hält 60 Hz sehr genau ein, daher muss eine andere Regelung angewendet werden. Ich meine, wie ... ein Konvoi bewegt sich mit der Geschwindigkeit des langsamsten Schiffes ...
Trevor_G
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Mögliches Duplikat von Wie synchronisiere ich einen Generator im Stromnetz?
Das Photon
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@ThePhoton, eine Art Duplikat, aber in viel größerem Maßstab. Mit unterschiedlichen Größenvorteilen und Kompromissen. Das Einstellen Ihres gasbetriebenen Generators in der Garage auf das Stromnetz ist ein wenig anders und trivial als das Synchronisieren eines 500 km entfernten Wasserkraftwerks.
Trevor_G
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(Beachten Sie, dass fast alles davon ausgeht, dass die Netzfrequenz für die Synchronisierung verfügbar ist. Ausgehend von einem vollständig ausgefallenen Netz wird dies als "Schwarzstart" bezeichnet und ist etwas schwieriger. Dieser Begriff in einer Suchmaschine gibt Ihnen weitere
Hinweise.

Antworten:

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Bevor sie einen Generator an das Netz anschließen, drehen sie ihn auf ungefähr die richtige Drehzahl. Dann haken sie zwischen einer Generatorphase und der entsprechenden Netzphase ein, was im Grunde genommen ein Voltmeter ist. Sie regeln den Generatorantrieb so lange, bis sich die beobachtete Spannung
a) sehr langsam ändert (Frequenzdifferenz unter einem bestimmten Schwellenwert) und
b) unter einen bestimmten Niederspannungsschwellenwert fällt (Phasendifferenz nahe genug, damit der Stromfluss, der entsteht, wenn sie den großen Schalter betätigen, beherrschbar ist ).

Sobald der Generator an das Netz angeschlossen ist, bleibt er immer in Phase. Wird es nicht mechanisch angetrieben, wirkt es als Motor. Die Menge an Strom, die aus dem Netz bezogen oder in das Netz exportiert wird, hängt davon ab, wie stark es mechanisch angetrieben wird.

Jeder Generator ist mit seinem lokalen Teil des Netzes verbunden, synchronisiert mit seiner lokalen Frequenz. Zwischen dem Generator und dem lokalen Netz besteht eine geringfügige Phasendifferenz. Wenn der Generator das Netz mit Strom versorgt, ist seine Phase etwas früher. Je größer die Leistungsaufnahme des Generators ist, desto größer ist die Phasendifferenz und desto größer ist die in das Netz exportierte Leistung.

Dieser „Leistungsfluss folgt der Phasendifferenz“ erstreckt sich auf ganze Bereiche des Netzes. Bei einer großen Last im Süden verlangsamen sich die Generatoren im Süden zunächst und verzögern ihre Phase gegenüber dem Norden. Diese Phasendifferenz erzeugt einen Kraftfluss von Nord nach Süd.

Wenn Sie über ein landesweites Netz verfügen, bemüht sich das Management sehr, dass kein wesentlicher Teil vom anderen Teil „Insel“ wird. Sobald sie in der Phase auseinander driften, kann es lange dauern, bis sie wieder zusammengeführt werden können, da die Phasenanpassung äußerst genau sein muss, um einen großen Stromfluss zum Zeitpunkt der Verbindung zu vermeiden.

Wenn zwei getrennt gesteuerte Netze angeschlossen werden sollen, beispielsweise mit dem englisch-französischen Unterseekabel, erfolgt dies mit Gleichstrom. Empfangsseitig ist es einfach, die Wechselrichter mit dem Netz zu synchronisieren.

Um das Netz mit durchschnittlich 50 Zyklen pro Sekunde im Tagesverlauf in Phase zu halten, wird einfach mehr oder weniger Strom eingespeist, um die Netzfrequenz zu beschleunigen oder zu verlangsamen. Dies geschieht normalerweise nachts, wenn es etwas ruhiger wird die Nachfrage.

Neil_UK
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Sie sagen also, sie schlucken nur Entfernungs-Effekte, die vernachlässigbar sind, bis die Entfernung zu groß ist. An diesem Punkt "regenerieren" sie die Kraft? Übrigens: Ich denke eher wie die kontinentalen USA / Kanada. Es ist schwer, diese Konzepte zu verstehen, wenn Kraftwerke 3.000 km voneinander entfernt sein könnten.
Trevor_G
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Continental US hat eine andere Antwort; Die USA haben 5 Raster, nicht 1.
pjc50
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@ SimonB, ich kann mir nicht vorstellen, dass ein Hundert-Tonnen-Rotor "klopft", oder? Vielleicht ist deine Honda tragbar in der Garage, aber kein Kraftwerksgenerator. Es muss eine endliche Wartezeit geben.
Trevor_G
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@Trevor Wenn Sie einen neuen Generator synchronisieren, beträgt die Frequenz- und Phasendifferenz im Idealfall null, sodass kein Knall zu hören ist und die mechanische Leistungsaufnahme = keine Lastverluste, sodass sich die Netzleistung nicht ändert. Eine Toleranz von "Nulldifferenz" ermöglicht die Synchronisierung praktisch, es gibt ein bisschen "Anlauf", wenn der Generator in die genaue Phase gezogen wird.
Neil_UK
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Wenn Sie bei der vorhandenen Netzfrequenz mehr Strom hinzufügen, bedeutet dies, dass der Energieeintrag zu viel Energie abgibt. Diese überschüssige Energie wird in allen rotierenden Maschinen als kinetische Energie gespeichert, was bedeutet, dass sie schneller geht. Ebenso verlangsamt sich das Gitter, wenn Sie die Dampfturbine ausschalten. Wenn ein Teil des Netzes angetrieben und ein anderer Teil geladen wird, fließt eine enorme Leistung vom ersteren zum letzteren Teil. Auf diese Weise steuern Sie die Richtung des Stromflusses an Abzweigen und ändern die Stromaufnahme an verschiedenen Punkten des Netzes.
Neil_UK
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Sie verwechseln eine genaue Anzahl von Zyklen über einen Zeitraum von 24 Stunden mit einer sehr starren sofortigen Frequenzsteuerung. So wird es an den meisten Orten nicht gemacht.

Die Frequenz wird durch Anpassen der Erzeugung an die Last auf etwa ihrer Nennfrequenz gehalten - die Frequenz wird (sehr) allmählich abnehmen, wenn die Last größer als die Erzeugung ist, und die Last wird immer kleiner als die Frequenz der Erzeugung wird zunehmen.

Die Trägheit ist enorm und im Allgemeinen ändern sich Last und Erzeugung ziemlich allmählich. Daher bleibt viel Zeit, um Anpassungen an Generatoren (oder Lasten, bei denen die Kontrolle der Lasten auf diese Weise vertraglich vereinbart wurde) vorzunehmen, um das System im Gleichgewicht zu halten. Die Frequenz darf zwischen verschiedenen (betrieblichen und behördlichen) Grenzwerten variieren.

Zumindest in Großbritannien wird die richtige Anzahl von Zyklen pro Tag beibehalten, indem "Echtzeit" und "Rasterzeit" aufgezeichnet werden. Das Raster wird ein bisschen schnell oder ein bisschen langsam gefahren, um sicherzustellen, dass es nicht zu schnell wird weit auseinander.

Es gibt genaue Frequenzreferenzen in Gebrauch innerhalb des Grid - Control - Systems - das ist , was sie zu vergleichen mit / Mess gegen, aber das Gitter selbst ist nicht Phase / Frequenz-gesperrt , um sie in direkter Art und Weise.

Unten links auf dem großen Display in diesem Bild befindet sich eine Grafik mit einer vertikalen, wackeligen gelben Linie - das ist die Frequenz des britischen nationalen Rasters für eine Weile, bevor das Foto aufgenommen wurde - wie Sie sehen, ist es nicht sehr eng an irgendetwas gebunden. obwohl der Graph wahrscheinlich nur ungefähr ± 0,3 Hz ist.

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user141629
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Coole Infos und Bild danke. Ja, ich habe an anderer Stelle gelesen, dass die Gesamtzahl der Zyklen pro Tag das tatsächlich kontrollierte Maß ist. Ich frage mich immer noch, welcher Mechanismus verwendet wird, um die Zählung zu optimieren ...
Trevor_G
Oder ist es einfach ein gitterweiter Steuerknopf, der alle dazu auffordert, die Generatoren in tolerierbarer Geschwindigkeit zu beschleunigen?
Trevor_G
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Oder ist es einfach ein
gitterweiter
Als Ingenieur und Musiker ist das interessant. Die alten Hammond-Orgeln haben ihre Stimmung von der (momentanen) Netzfrequenz abgeleitet. 0,3 Hz in 50 Hz arbeiten mit etwa 1/10 eines Halbtons, was merklich verstimmt ist. Aber wenn Sie meinen, dass die Achsen des Graphen +/- 0,3 Hz sind, dann beträgt die Kurve nur +/- 0,1 Hz, was schwer zu erkennen ist.
Level River St
Art: Alle Generatoren sind an ihrem Verbindungspunkt immer im Einklang mit dem Netz, aber jeder einzelne Generator kann ihre Stromleistung (I) durch Steuerung der mechanischen Wellenleistung variieren.
PJC50
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Sie benutzen ein Synchroskop. Ich habe dies in Kontrollräumen von Kraftwerken gesehen.

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

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user125718
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Dies ist die richtige Antwort IMO, aber nur für kleine Generatoren (<500 KW) und bei kleinen Leistungsgrenzen (<2 MW). Die Verwendung von Automatisierung zur Steuerung von Stufenschaltern und zum Schließen der Schütze (dies geschieht bei großen Generatoren nicht mit menschlichem Auge) und für den Netzausgleich (100 kV und höher) wird normalerweise ein Gleichstromantrieb (Thyristoren) verwendet. Siehe Artikel wie diesen: library.e.abb.com/public/793bfb6d691ddf0bc125781f0027d91f/…
Jack Creasey
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Es ist Routine und unvermeidlich, dass Teile eines einzelnen Stromversorgungssystems mit anderen Phasenwinkeln als andere Teile betrieben werden. Dies ist kein Problem, bis Teile wieder verbunden werden müssen. In dem Dienstprogramm, in dem ich gearbeitet habe, haben die Servicemitarbeiter vor Ort jeweils ein Phasenmessgerät an die einzelnen Teile angeschlossen. Aufgrund der Phasendifferenz würde der Phasenmesser wie eine Uhr laufen und die momentane Phasendifferenz anzeigen. Die Person, die die Verbindung herstellt (normalerweise mit Hilfe eines elektrisch betätigten Leistungsschalters), schaltet den Leistungsschalter einfach für den Moment ein, in dem der Phasenmesser keine Phasendifferenz aufweist. Da dieser Nullpunkt alle paar Sekunden auftritt, ist es nicht schwierig, ihn zu erfassen. Wir haben dies sogar bei unserer HGÜ-Back-to-Back-Konverterstation verwendet. es funktioniert sehr, sehr gut.

Tom Johnson
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Vor 20 Jahren, kurz nach der Uni, arbeitete ich in einem Unternehmen, das genau das tat.

Früher gab es alle möglichen komplexen Phasenregelkreise mit komplexer Analogelektronik. Heutzutage ist das im Allgemeinen nicht der Fall.

Meine damalige Spezialität war die Hochspannungs-AC / DC-Wandlungstechnik. Sie bauten die erste kanalübergreifende Verbindung und seitdem verschiedene HGÜ-Verbindungen auf der ganzen Welt. (Über große Entfernungen sind die Verluste in Kabeln aufgrund der Reaktanz erheblich, sodass Gleichstrom effizienter übertragen wird.) Wenn der Gleichstrom wieder in Wechselstrom umgewandelt wird (mit einer im Wesentlichen sehr hohen Leistung und einem sehr gleichmäßigen Wechselrichter), können Sie das Timing so synchronisieren Der resultierende Wechselstrom ist genau in Phase mit dem lokalen Netz.

Als dies mit besserer Hochleistungselektronik effizienter wurde, wurde den Leuten klar, dass es effizienter geworden war, von DC zu AC und wieder zurück zu DC zu konvertieren, als alternative Methoden zu verwenden. Das Ergebnis wird als "Back-to-Back-Wandler" bezeichnet. Wo eine Querkanalverbindung kilometerlange Kabel zwischen dem Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler und dem Wechselstrom-Wechselstrom-Wandler haben würde, hat ein Back-to-Back-Schema nur ein paar Fuß extrem dicke Sammelschiene.

Natürlich ist die Umwandlung nicht zu 100% effizient, daher ist die Elektronik auf wassergekühlten Kühlkörpern montiert und das Ganze wird ziemlich genau überwacht. Es ist jedoch so effizient, dass die Verluste im Gegenzug für die phasengleiche Einspeisung des Stroms durchaus akzeptabel sind.

Graham
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In den USA werden die Netze von unabhängigen Systembetreibern (Independent System Operators, ISOs) verwaltet. Die ISOs ähneln einer Börse. Sie verhandeln, wie viel Strom jedes Kraftwerk ins Netz liefert. Zusätzlich zu den Kauf- / Verkaufstransaktionen überwachen und verwalten sie die Leistung des Netzes. Wenn ein Generator angeschlossen ist, entspricht er der Spannung, Frequenz und Phase am lokalen Verbindungspunkt. Dann verbindet es sich, liefert aber nicht sofort Strom. Es verhandelt mit der ISO über Preis, Leistungsniveau und Leistungssteigerung. So verstehe ich die grundlegende Funktionsweise des Systems.

Charles Cowie
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Das ist klar, aber es beantwortet die Frage nach dem WIE nicht. Sie stimmen überein.
Trevor_G
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@ Trevor, jeder Generatorbetreiber passt es an, indem er seinen Generator nach oben oder unten drosselt, um es anzupassen, bevor er sich an das Netz anschließt. Um die Frequenz bei 60.000 Hz (oder 50.000 Hz) zu halten, stellen mehrere Bediener in Zusammenarbeit ihre Drosselklappe ein, um die Frequenz zu halten.
Das Photon
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Es gibt einen Grund, warum Wasserkraft für große Dauerbelastungen bevorzugt wird und Kohle und Gas verwendet werden, um die Dinge unter variablen Belastungen synchron zu halten. Drosseln bedeutet für Hydro wahrscheinlich, den Wasserzulauf irgendwie einzuschränken.
Das Photon
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@ThePhoton Viele Wasserkraftwerke können den Schaufelwinkel an den Turbinen (sehr geringfügig) anpassen, wenn sie kleine Anpassungen vornehmen müssen. Oder haben Sie ein Bypass-Ventil, das ein wenig Wasser
ableitet
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Damals (1979), kurz nach dem Studium, arbeitete ich bei einem britischen Generatorhersteller. Im Testlabor (dies war für kleinere Geräte gedacht) verwendeten sie die Methode der gekreuzten Lichter, um die von anderen erwähnte Spannungsmessung zu vereinfachen.

Grundsätzlich verbanden sie L1-L1 über eine Lampe, die vor dem Schließen ausgehen musste (null Volt / in Phase), und eine gekreuzte Lampe L2 (Gen) - L3 (Gitter), die zuerst auf Maximum gehen musste. Sobald die Phasendifferenzlampe "aus" war, konnte das Verbindungsrelais / Schütz / Schalter ausgelöst werden.

Es gab verschiedene apokryphe Geschichten über Dinge, die an verschiedenen Orten, die lehrreich waren, schief gelaufen waren!

Philip Oakley
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