Краткий ответ: синхронизаторы
По сути, обратная связь используется для синхронизации генератора и сетки.
Есть много способов сделать это. Хороший обзор здесь .
Практически все современные системы выработки электроэнергии используют для выполнения той или иной формы цифровой контроллер. Мой инвертор солнечных батарей, связанный с сеткой, имеет микроконтроллер класса PIC18F, управляющий некоторыми твердотельными реле (SSR), если я правильно помню.
Общий современный дизайн электростанции
Вот мое резюме того, что я считаю наиболее распространенным базовым подходом к проектированию современных электростанций. Рисунок и текст адаптированы из:
«Основы и достижения систем синхронизации генераторов», Майкл Дж. Томпсон, Schweitzer Engineering Laboratories, Inc., 9 декабря 2010 г.
На рисунке ...
- Возврат не отображается
- G1, G2 - генераторы
- Квадраты 1,2,3,4 являются реле
- Bus1, Bus2 являются исходящая шина питания ( с резервированием)
- Блоки MGPS являются синхронизированными с GPS источниками синхронизации для синхронизации генераторов.
- A25A - блок измерения и контроля (содержит микропроцессор)
Как это работает...
Современные микропроцессорные компоненты и «цифровые» синхронизирующие устройства, такие как синхрофазоры, произвели революцию в разработке систем синхронизации генератора.
Например...
«A25A» на рисунке представляет собой микропроцессорный автоматический синхронизатор с шестью изолированными и независимыми однофазными датчиками напряжения, что устраняет необходимость физического переключения сигналов напряжения.
1,2,3,4 «цифровых» реле обеспечивают потоковую передачу данных синхрофазора.
Связь между реле в A25A позволяет ему располагаться близко к синхронизирующему выключателю с управляющими сигналами, посылаемыми обратно на устройства, которые замедляют (регулятор) или ускоряют (возбуждают) генераторный механизм через волоконно-оптические линии.
Сроки и контроль ...
Возможность создания систем мониторинга и управления с использованием недорогих волоконно-оптических линий связи полностью изменила системы синхронизации генератора.
«Цифровые» реле выполняют прямые синхронизированные измерения. Синхронизированные векторные измерения - это измерения фазового угла величин энергосистемы относительно универсального эталона времени.
Сегодня точный отсчет времени, необходимый для выполнения этого измерения фазового угла, легко получить по спутниковым часам глобальной системы позиционирования (GPS) защитного уровня.
Синхрофазорная технология позволяет сравнивать показания напряжения от различных устройств на электростанции для определения угловой разности. Данные могут передаваться со скоростью до 60 сообщений в секунду с низкой задержкой.
С тех пор как функциональные единицы измерения вектора (PMU) в защитных реле были впервые введены в 2000 году, они стали почти повсеместными, и данные синхрофазора доступны практически везде без дополнительных затрат для владельца электростанции.
Выделенный компьютер, на котором запущено программное обеспечение концентратора данных синхрофазора (PDC), может принимать потоковые данные от различных микропроцессорных реле, применяемых для защиты и управления синхронизирующими прерывателями.
Так же, как микропроцессорный автоматический синхронизатор может выбирать соответствующие напряжения для каждого сценария синхронизации из тех, которые подключены к его шести входным клеммам, PDC может выбирать надлежащие сигналы в своих входных потоках данных для входных и рабочих напряжений на основе выбора оператора генератор и прерыватель должны быть синхронизированы.
Никакого физического переключения сигналов не требуется. А измерения напряжения синхрофазора с реле управления выключателя не зависят от измерений автоматического синхронизатора, что делает системы избыточными.
Лаг-Lead
@Kaz предоставил хорошее резюме непосредственно подчиненных двигателей / генераторов в комментариях (задокументировано здесь для потомков ;-)):
Это все равно что спросить, что мешает рабам-гребцам в лодке просто пассивно позволять своим веслам плыть по воде и не делать никакой работы? Ну, есть парень, который бьет в барабан, и поэтому все должны тянуть с той же частотой или быть избиты. Если рабы станут ленивыми, лодка замедлится, и вскоре они не смогут поддерживать эту частоту гребли, не прикладывая силы к воде, чтобы снова ускорить лодку, или же позволяя своим ударам быть настолько маленькими (чтобы соответствовать медленная скорость относительно воды), которую все они получают от охранника.
Итак, предположим, что два генератора поставляют сетку. Один из генераторов немного ленив, и поэтому он просто вращается вместе с частотой: он избегает движения, но не выполняет никакой работы. Затем спрос на сетку растет. Другой генератор застревает и замедляется. Ленивый, какой бы ленивый он ни был, все еще стремится поддерживать частоту. Поскольку частота сетки немного замедлилась, это означает, что ленивый теперь включен: он ускоряет темп, чтобы помочь ускорить сетку, тем самым становясь включенным. Это очень похоже на то, когда люди объединяют силы, чтобы грести на лодке или тянуть груз
На современных электростанциях, продолжая наше предыдущее обсуждение, подход прост с архитектурной точки зрения : каждый генератор подчиняется глобальной временной привязке .
Как объяснено выше, генераторы синхронизированы по фазе с глобальными часами. Каждый из них несет индивидуальную ответственность за то, чтобы его выходной сигнал находился под определенным фазовым углом в определенное время.
Если они слишком быстрые, устройство, называемое регулятором, которое прикреплено к генератору, применяет тормозное усилие. Если он слишком медленный, подключенный возбудитель добавляет энергию для ускорения генератора.
В качестве примечания вы можете реализовать обе функции в одном устройстве в некоторых архитектурах. Например, с помощью механического вращающегося механизма вы можете прикрепить электродвигатель к оси и сопротивляться (управлять) или помогать (возбуждать) вращению, приводя подключенный двигатель в обратном или прямом направлении соответственно.
Учитывая, что все генераторы работают в фазе с одинаковым заданием времени, достигается синхронизация.
Сброс нагрузки
Я могу понять синхронизацию, можете ли вы объяснить, как «он обеспечивает то, что генератор проталкивает ток, а не принимает ток»?
Эта часть интуитивно понятна. Посмотрите на закон Ома или законы Керкхоффа ...
Если два источника напряжения синхронизированы, это означает, что они вырабатывают одинаковое напряжение одновременно. Если идеальный провод соединяет два источника напряжения с одинаковым напряжением, в этом проводе будет течь нулевой ток.
Если вы подключаете «большой» генератор и «маленький» генератор, вы описываете только разницу в максимальном токе при одном и том же генерируемом напряжении.
Когда меньший генератор перегружен, его напряжение упадет. Во вращающихся генераторах это приводит к снижению частоты (ротор замедляется), так как электрическая нагрузка прикладывает механическое тормозное усилие через электромагнит.
В любом случае синхронизаторы обнаруживают состояние перегрузки как потерю синхронизации и отключают генератор. Это называется «сброс нагрузки». Как видите, отключение нагрузки только усугубляет проблему для остальных генераторов, и проблема может каскадироваться.
Это то, что произошло во время северо-восточного отключения электроэнергии в 2003 году , хотя это событие было вызвано, среди прочего, сбоями в работе программного обеспечения, которые были слишком агрессивными из-за сброса нагрузки, а не из-за реальной перегрузки.