Permanecer na fase na grade

Sou um EE há mais de quarenta anos e nunca encontrei a resposta certa para este ...

Como as estações de energia e as estações de comutação de transformadores garantem que a energia que eles estão alimentando na rede esteja em fase com a energia existente nas linhas.

Eu sei que eles são muito sérios sobre definir a frequência da linha com uma precisão ridiculamente boa. No entanto, obviamente, você não pode conectar uma linha de energia a outra linha que esteja 180degress fora de fase. Presumivelmente, mesmo um pequeno desvio causaria um grande dreno no sistema e geraria uma forma de onda CA bastante estranha e fora da especificação.

OK, posso imaginar uma solução na central elétrica que use a frequência da linha de destino para sincronizar os alternadores antes de ligar o interruptor, talvez. No entanto, essa estação de comutação a 100 km de distância talvez mude para uma linha de um alternador diferente que esteja muito mais próximo ou mais distante e, consequentemente, em um ponto diferente do ciclo de fase ...

Como eles fizeram isso...

Observe que NÃO é o mesmo que "Como sincronizar um gerador na rede elétrica?" Esse artigo refere-se apenas a um gerador local e não é, em minha opinião, o mesmo que a principal rede de energia e comutação de transformadores.

Antes de conectar um gerador à rede, eles aumentam ou diminuem a velocidade certa. Então eles conectam o que é basicamente um voltímetro entre a fase do gerador e a fase da linha correspondente. Eles ajustam o acionamento do gerador até que a tensão observada
a) mude muito lentamente (diferença de frequência abaixo de algum limite)
eb) desça abaixo de algum limite de baixa tensão (diferença de fase próxima o suficiente para que o fluxo de energia resultante quando eles acionam o interruptor grande seja administrável )

Quando o gerador é conectado à rede, ele sempre permanece em fase. Se não for acionado mecanicamente, ele atuará como um motor. A quantidade de energia que extrai ou exporta para a rede é controlada pela força com que é acionada mecanicamente.

Cada gerador está conectado à sua parte local da grade, sincronizada com sua frequência local. Haverá uma ligeira diferença de fase entre o gerador e a rede local. Se o gerador estiver fornecendo energia à rede, sua fase será um pouco adiantada. Quanto maior a entrada de energia do gerador, maior a diferença de fase e maior será a energia exportada para a rede.

Esse 'fluxo de energia segue a diferença de fase' se estende a áreas inteiras da rede. Se houver uma grande carga no sul, os geradores no sul desacelerarão inicialmente, retardando sua fase em relação ao norte. Essa diferença de fase criará um fluxo de energia de norte a sul.

Onde você tem uma grade nacional, a gerência se esforça muito para nunca deixar nenhuma parte significativa ficar "ilhada" da outra parte. Depois que eles se separam na fase, pode demorar muito tempo até que possam ser reunidos novamente, pois a correspondência de fases precisará ser extremamente precisa para evitar um grande fluxo de energia no momento da conexão.

Onde duas redes controladas separadamente devem ser conectadas, digamos, pelo cabo submarino anglo-francês, isso é feito com corrente contínua. É fácil no terminal receptor sincronizar os inversores com a rede.

Manter a grade em fase com uma média de 50 ciclos por segundo ao longo de um dia, é simplesmente alimentado com mais ou menos energia, para acelerar ou diminuir a frequência da grade respectivamente, geralmente à noite, quando há um pouco mais de folga. a demanda.

Você está confundindo um número preciso de ciclos em um período de 24 horas com um controle de frequência instantâneo muito rígido. Não é assim que é feito na maioria dos lugares.

A frequência é mantida em torno de sua frequência nominal, correspondendo geração a carga - sempre que a carga for maior que a geração, a frequência diminuirá (muito) gradualmente e todo o tempo em que a carga for menor que a geração e a frequência estará aumentando.

A inércia é enorme e, em geral, tanto a carga quanto a geração mudam bastante gradualmente; portanto, há muito tempo para fazer ajustes nos geradores (ou cargas, onde as pessoas contrataram para controlar suas cargas dessa maneira) para manter o sistema equilibrado. A frequência pode variar entre vários limites (operacional e regulatório).

Pelo menos no Reino Unido, o número correto de ciclos por dia é mantido acompanhando o 'tempo real' e o 'tempo da grade', e a grade é executada um pouco rápido ou um pouco devagar para garantir que não fiquem muito distantes.

Não são referências de frequência precisas em uso dentro do sistema de controle de grade - que é o que eles estão comparando com / medição contra, mas a própria grade não é fase de / para eles de qualquer maneira direta bloqueado frequência.

Na parte inferior esquerda da tela grande desta imagem, há um gráfico com um traço amarelo ondulado vertical - essa é a frequência da grade nacional do Reino Unido por um tempo antes de a foto ser tirada -, como você pode ver, ela não está travada em nada com muita força, embora o gráfico seja provavelmente apenas de ± 0,3 Hz.

Eles usam um sincronizador. Eu já vi isso nas salas de controle da usina.

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

Fazer com que partes de um sistema de potência individual funcionem em diferentes ângulos de fase de outras partes é rotina e inevitável. Isso não é um problema até que seja necessário reconectar as peças. No utilitário onde eu trabalhava, o pessoal de serviço do local conectava um medidor de fase a cada uma das peças. Devido à diferença de fase, o medidor de fase funcionaria como um relógio, indicando a diferença instantânea de fase. A pessoa que faz a conexão (geralmente por meio de um disjuntor acionado eletricamente) simplesmente cronometraria o fechamento do disjuntor no instante em que o medidor de fase apresentasse zero diferença de fase. Como esse ponto zero ocorre a cada poucos segundos, não é difícil obtê-lo. Até usamos isso com nossa estação de conversão HVDC Back-to-Back; funciona muito, muito bem.

20 anos atrás, logo após a uni, trabalhei em uma empresa fazendo exatamente isso.

Costumava haver todos os tipos de circuitos complexos de ajuste de fase com eletrônica analógica complexa. Hoje em dia esse geralmente não é o caso.

Naquela época, minha empresa era especializada em tecnologia de conversão CA / CC de alta tensão. Eles construíram o primeiro link entre canais e vários links HVDC em todo o mundo desde então. (Em longas distâncias, as perdas nos cabos devido à reatância são significativas, por isso a CC fornece uma transmissão mais eficiente.) Quando a CC é transformada novamente em CA (com o que é essencialmente um inversor de potência muito alta e muito suave), você pode sincronizar o tempo para que a CA resultante está exatamente em fase com a grade local.

Como isso ficou mais eficiente com os melhores componentes eletrônicos de alta potência, o que as pessoas perceberam foi que havia se tornado mais eficiente converter de CC para CA e voltar a CC novamente do que usar métodos alternativos. O resultado é chamado de "conversor consecutivo". Onde um link de canal cruzado teria quilômetros de cabo entre os conversores CA-CC e CC-CA, um esquema de back-to-back possui apenas alguns metros de barramento extremamente espesso.

É claro que a conversão não é 100% eficiente, portanto os componentes eletrônicos são montados em dissipadores de calor resfriados a água e tudo é monitorado com muito cuidado. Mas é eficiente o suficiente para que as perdas sejam perfeitamente aceitáveis ​​em troca da energia que entra na rede perfeitamente em fase.

Nos EUA, as grades são gerenciadas por operadores independentes do sistema (ISOs). Os ISOs são um pouco como um mercado de ações. Eles negociam quanta energia cada estação geradora fornece à rede. Além das transações de compra / venda, elas monitoram e gerenciam o desempenho da grade. Quando um gerador está conectado, ele corresponde à tensão, frequência e fase no ponto de conexão local. Em seguida, ele se conecta, mas não fornece energia imediatamente. Negocia o preço, o nível de potência e a taxa de aumento de potência com a ISO. Esse é o meu entendimento da operação básica do sistema.

Na época (1979), logo após a universidade, trabalhei em um fabricante de gerador do Reino Unido e, no laboratório de testes (este era para equipamentos menores), eles usaram o método das luzes cruzadas para simplificar a 'medição de tensão' que outros mencionaram.

Basicamente, eles conectaram L1-L1 através de uma lâmpada, que precisava sair (zero volts / em fase) antes do fechamento, e uma lâmpada cruzada L2 (gen) - L3 (grade), que teve que ir ao máximo primeiro. Quando a lâmpada de diferença de fase estiver 'apagada', o relé / contator / interruptor de conexão poderá ser acionado.

Havia várias histórias apócrifas sobre coisas que deram errado em vários lugares que eram educacionais!