Wie werden mehrere Stromquellen in einem Netz synchronisiert, das einen Verteilerring verwendet?

7

Ein großes Verteilungsnetz kann so funktionieren. Es gibt mehrere Kraftwerke, die jeweils 50 Hz Wechselstrom ausgeben. Jedes Kraftwerk speist Energie in ein Umspannwerk daneben, das die Spannung erhöht und dann Energie in eine Stromleitung einspeist. Diese Stromleitung wird zu einem Umspannwerk in der Nähe des Kunden geleitet. Der Deal ist, dass Kunden nicht wirklich von einer einzelnen Station und dieser einzelnen Stromleitung abhängig sein wollen, also haben sie einen Verteilerring hergestellt - es gibt eine Kette von Hochspannungsstationen, die miteinander verbunden sind, und jedes Kraftwerk speist Energie in diesen Ring - jede Das Umspannwerk im Ring ist mit zwei seiner Nachbarn und auch mit dem Kraftwerk verbunden. Das fortgeschrittenere Design besteht darin, jedes Kraftwerk über eine separate Stromleitung mit zwei dieser Umspannwerke zu verbinden.

Jetzt "bewegt" sich Elektrizität mit einer Lichtgeschwindigkeit, die hoch, aber immer noch endlich ist, und über die Entfernung von Dutzenden und sogar Hunderten von Kilometern wird die Phasendifferenz zwischen den verschiedenen Kraftwerken bemerkenswert sein, und aufgrund dieser Phasendifferenz sollten verschiedene Kraftwerke teilweise aufheben einander raus.

Wenn mehrere Kraftwerke an einen einzelnen Punkt angeschlossen wären, hätten sie entsprechend synchronisiert werden können, aber in der beschriebenen Konfiguration gibt es keinen einzelnen Punkt - es gibt mehrere Unterstationen, die durch lange Stromleitungen getrennt sind und einen geschlossenen Ring bilden, und es sieht so aus, als ob immer etwas nicht stimmt Phase mit etwas anderem.

Wie ist eine Synchronisation unter solchen Bedingungen möglich?

scharfer Zahn
quelle
1
Viele Städte haben einen Verteilungsring um ihre Metropolregion. Es bietet mehr als eine Route für die Stromabgabe, es wird "die Schleife" genannt. Aus diesem Grund werden viele Innenstädte als "die Schleife" bezeichnet. Das Umspannwerk korrigiert die Phase automatisch. Wenn sie nacheilen, laufen ihre Generatoren als Motor und ziehen Strom und lassen ihre Geschwindigkeit erhöhen, wodurch sie in Phase gebracht werden. Wenn sie führen, verlangsamen sich ihre Generatoren von der Last und bringen sie in Phase. Wenn dreiphasige Stromleitungen von einem Sturm ausgefallen sind, verbinden die Linemen eine Leitung mit der Leitung mit der geringsten Spannungsdifferenz. Macht das Sinn.
Optionparty
@Optionparty, Die mir bekannten Innenstädte, die als "Schleife" oder ähnliches bezeichnet werden (Chicago, Washington DC), werden wegen einer Transportschleife (Chicagos "El Train", DCs "Beltway") und nicht als Stromschleife bezeichnet.
Das Photon
Ein Quadratur-Booster kann verwendet werden, um Phasenwinkel zwischen Netzen zu korrigieren.
Jippie
Strom in einem Draht bewegt sich NICHT mit Lichtgeschwindigkeit. In Kupferdrähten bewegt sich Elektrizität mit etwa der Hälfte der Lichtgeschwindigkeit, die (meines Wissens) so schnell ist, wie man sie mit Elektrizität erreichen kann.
Gewure

Antworten:

7

Nehmen wir an, Ihr hypothetisches Ringsystem hat einen Umfang von genau 1/2 Wellenlänge.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Nehmen wir nun an, Sie starten jeden Generator, indem Sie ihn mit der lokalen Frequenz synchronisieren , wie dies im wirklichen Leben der Fall ist. (In wirklich alten Tagen mit drei Glühbirnen, in alten Tagen mit einem Synchroskop; heutzutage mit einem Autosynchronisierer.)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Zifferblätter stellen die Phase dar, gemessen an einer globalen Referenz (z. B. GPS-Zeit). Wir haben tatsächlich ein Problem. Am offenen Leistungsschalter gibt es eine Phasendifferenz von 180 Grad, und das Schließen des letzten Leistungsschalters kann dazu führen, dass etwas explodiert.

Der Trick besteht darin, dass Generatoren synchron mit der lokalen Frequenz gestartet werden. Sobald sie jedoch laufen, werden sie langsam so eingestellt, dass sie mit einer gemeinsamen Phasenreferenz synchron sind - beispielsweise mit der GPS-Zeit.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Jetzt haben Sie nur noch eine Phasendifferenz von 45 Grad über dem offenen Leistungsschalter, was besser zu handhaben ist.

In der Praxis wäre kein Teil eines solchen Ringsystems eine achte Wellenlänge lang (1000 km?), Sodass die Phasendifferenz weniger als 45 Grad betragen würde.


In der Praxis habe ich noch nie davon gehört, dass dies ein Problem ist. Möglicherweise, weil Netzwerke in der realen Welt nicht lang genug sind. oder die GPS-Phasensynchronisation wird wie oben implementiert; oder möglicherweise, weil Übertragungsnetze nicht als Ringe aufgebaut sind, sondern als dichter verbundene Netze, in denen es viele kurze Verbindungen zwischen Knoten gibt, die die Frequenz innerhalb der lokalen "Nachbarschaft" von Unterstationen ausgleichen.


Weitere Informationen zum Überprüfen von Synchronisationsrelais und automatischen Synchronisierern finden Sie in §22.8 Messungen des Stromversorgungssystems - Synchronisierer im Areva / Alstom / Schneider-Buch Network Protection and Automation Guide , Ausgabe 2011 (NPAG). Alstom NPAG Seite. NPAG 2011 auf Scribd.


Update: Beim Bereinigen meiner Referenzdateien habe ich ein Dokument Grundlagen und Fortschritte bei Generatorsynchronisationssystemen von Michael J. Thompson von SEL Inc, einem angesehenen Hersteller von Schutz- und Steuergeräten für Stromversorgungssysteme, gefunden.

Das Dokument ist im Allgemeinen sehr interessant und enthält auch einige Richtlinien zu den Toleranzen in Spannung, Frequenz und Phase bei der Synchronisierung:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Li-aung Yip
quelle
2

Wenn Sie einen solchen Ring haben möchten, müssen Sie zunächst sicherstellen, dass er auf eine ganze Anzahl von Wellenlängen dimensioniert ist. Nachdem Sie dies getan haben, starten Sie ein einzelnes Kraftwerk und legen Sie es auf den Ring. Jeder Verteilungspunkt hat in einer bestimmten Phase ein Signal.

Es ist dann offensichtlich, dass Sie nicht in Phase mit dem System sein müssen, sondern nur Ihr Befestigungspunkt zum System. Messen Sie die lokale Phase und starten Sie die Generatoren in Phase damit.

Eine kleinere Version davon gilt für Wechselrichter, die mit Solarmodulen verwendet werden. Sie erfassen die Netzphase und legen diese additiv an. Infolgedessen werden sie normalerweise ausgeschaltet, wenn sie vom Stromnetz getrennt werden, um Probleme beim Versuch zu vermeiden, die Verbindung in einer anderen Phase wiederherzustellen.

pjc50
quelle
In Ihrem Beispiel werden an allen Punkten, an denen noch kein Kraftwerk angeschlossen ist, zwei Leitungen zur Station kommen und unterschiedliche Phasen haben, nicht wahr?
Scharfzahn
Warum werden sie verschiedene Phasen sein? (unter der Annahme, dass der Ring eine ganzzahlige Anzahl von Wellenlängen ist)
pjc50
Ich habe völlig übersehen, wie wichtig dieser Teil der Antwort ist. Ja, das macht Sinn. Und es ist ein bisschen lustig für Laien. "Johnny, wir müssen diesen halben Meter Kabel abschneiden, sonst funktioniert das Ganze nicht."
Scharfzahn
Etwas länger als in diesem Fall: eine Wellenlänge ~ = 6000 km (Quelle www.ukerc.ac.uk/support/tiki-download_file.php?fileId=1055); Wenn Sie dreiphasig arbeiten, können Sie die nächsten 2000 km auswählen. Wenn Ihr Ring viel kleiner als 6000 km ist, sind die Phasendifferenzen gering und können mit Induktor / Kondensator-Systemen (manchmal verwirrenderweise als "Reaktoren" bezeichnet)
ausgeglichen werden
2
Sie haben es bei Wellenlängen von "ungefähr Null" (was wahrscheinlich alles bis zu hundert km ist), an welchem ​​Punkt die Phasendifferenz nahe genug bei Null liegt.
pjc50
1

Kraftwerke müssen nicht exakt mit dem Netz synchronisiert sein - eine kleine Phasenwinkeldifferenz ist akzeptabel und tatsächlich erforderlich, um Strom in das Netz einzuspeisen.

Der Fluss der realen Leistung ist abhängig von der Phasendifferenz zwischen der Quelle und Ziel. Siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Quadrature_booster

Der Blindleistungsfluss hängt von der Spannungsdifferenz zwischen Quelle und Ziel ab. Siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Static_VAR_compensator

Einer der Vorteile von HGÜ-Übertragungssystemen besteht darin, dass sie alle Stabilitätsprobleme beseitigen, die durch Phasendifferenzen zwischen Quell- und Zielenden verursacht werden.

Li-Wen Yip
quelle