Permanecer en fase en la cuadrícula

He sido EE por más de cuarenta años y nunca encontré la respuesta correcta a esta ...

¿Cómo las estaciones de energía y las estaciones de conmutación de transformadores aseguran que la energía que están alimentando a la red esté en fase con la energía existente en las líneas?

Sé que son muy serios acerca de establecer la frecuencia de línea con una precisión ridículamente buena. Sin embargo, obviamente, no puede conectar una línea de alimentación a otra línea que esté desfasada 180 grados. Incluso una pequeña desviación presumiblemente causaría un gran drenaje en el sistema y generaría una forma de onda de CA bastante extraña y fuera de especificaciones.

OK, puedo imaginar una solución en la estación de energía que use la frecuencia de línea objetivo para sincronizar los alternadores antes de activar el interruptor. Sin embargo, esa estación de conmutación a 100 km de distancia puede cambiar a una línea desde un alternador diferente que esté mucho más cerca o más lejos y, en consecuencia, en un punto diferente del ciclo de fase ...

Cómo lo hacen...

Tenga en cuenta que el suyo NO es lo mismo que "¿Cómo sincronizar un generador en la red eléctrica?" Ese artículo solo se refiere a un generador local y, en mi opinión, no es lo mismo que la red eléctrica principal y la conmutación del transformador.

Antes de conectar un generador a la red, lo hacen girar más o menos a la velocidad correcta. Luego conectan lo que es básicamente un voltímetro entre una fase del generador y la fase de línea correspondiente. Ajustan el accionamiento del generador hasta que el voltaje observado es
a) muy lento (diferencia de frecuencia por debajo de algún umbral) y
yb) cae por debajo de un umbral de bajo voltaje (diferencia de fase lo suficientemente cerca como para que el flujo de potencia que se produce cuando se activa el interruptor grande sea manejable) )

Una vez que el generador está conectado a la red, siempre permanece en fase. Si no se maneja mecánicamente, actuará como un motor. La cantidad de energía que extrae o exporta a la red está controlada por la fuerza con la que se maneja mecánicamente.

Cada generador está conectado a su parte local de la red, sincronizado con su frecuencia local. Habrá una ligera diferencia de fase entre el generador y la red local. Si el generador está suministrando energía a la red, su fase será un poco anticipada. Cuanto mayor sea la entrada de energía al generador, mayor será la diferencia de fase y mayor será la potencia exportada a la red.

Este 'flujo de potencia sigue a la diferencia de fase' se extiende a áreas enteras de la red. Si hay una gran carga en el sur, los generadores en el sur se ralentizarán inicialmente, retrasando su fase con respecto al norte. Esta diferencia de fase creará un flujo de energía de norte a sur.

Donde tiene una red nacional, la administración se esfuerza mucho para nunca permitir que una parte significativa se "isleñe" de la otra parte. Una vez que se separan en la fase, pueden pasar mucho tiempo antes de que se puedan volver a unir, ya que la coincidencia de fase deberá ser exquisitamente precisa para evitar un gran flujo de energía en el momento de la conexión.

Cuando se conecten dos redes controladas por separado, por ejemplo mediante el cable submarino anglo-francés, se realiza con CC. Es fácil en el extremo receptor sincronizar los inversores con la red.

Mantener la red en fase con un promedio de 50 ciclos por segundo en el transcurso de un día, simplemente se hace alimentando con más o menos potencia, para acelerar o disminuir la frecuencia de la red respectivamente, generalmente en la noche cuando hay un poco más de holgura en la demanda.

Está confundiendo un número preciso de ciclos durante un período de 24 horas con un control de frecuencia instantáneo muy rígido. Así no se hace en la mayoría de los lugares.

La frecuencia se mantiene alrededor de su frecuencia nominal haciendo coincidir la generación con la carga: todo el tiempo que la carga sea mayor que la generación, la frecuencia disminuirá (muy) gradualmente, y todo el tiempo la carga será menor que la generación de la frecuencia Estará aumentando.

La inercia es enorme y, en general, tanto la carga como la generación cambian bastante gradualmente, por lo que hay mucho tiempo para hacer ajustes en los generadores (o cargas, donde las personas se han contraído para controlar sus cargas de esta manera) para mantener el sistema equilibrado. Se permite que la frecuencia se desplace entre varios límites (operativos y regulatorios).

Al menos en el Reino Unido, se mantiene el número correcto de ciclos por día al realizar un seguimiento del "tiempo real" y el "tiempo de la red", y la red se ejecuta un poco rápido o un poco lento para asegurarse de que no lejos.

No son las referencias de frecuencia precisos en su uso dentro del sistema de control de la red - que es lo que están comparando con el / la medición en contra, pero la red en sí misma no es de fase / frecuencia de enganche a ellos de ninguna manera directa.

En la parte inferior izquierda de la pantalla grande en esta imagen hay un gráfico con un trazo amarillo ondulado vertical, esa es la frecuencia de la cuadrícula nacional del Reino Unido durante un tiempo antes de que se tomara la foto, como puede ver, no está bloqueada a nada muy apretado, aunque el gráfico probablemente sea solo de ± 0.3 Hz.

Usan un sincroscopio. He visto esto en salas de control de plantas de energía.

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

Hacer que partes de un sistema de energía individual funcionen en diferentes ángulos de fase con respecto a otras partes es rutinario e inevitable. Esto no es un problema hasta que sea necesario volver a conectar las piezas. En la utilidad donde trabajaba, el personal de servicio en el sitio conectaba un medidor de fase a cada una de las partes. Debido a la diferencia de fase, el medidor de fase funcionaría como un reloj, indicando la diferencia de fase instantánea. La persona que realiza la conexión (por medio de un interruptor de circuito accionado eléctricamente, por lo general) simplemente cronometraría el cierre del interruptor para el instante en que el medidor de fase mostró una diferencia de fase cero. Dado que este punto cero ocurre cada pocos segundos, no es difícil atraparlo. Incluso utilizamos esto con nuestra estación convertidora HVDC Back-to-Back; Funciona muy, muy bien.

Hace 20 años, justo después de la universidad, trabajé en una empresa haciendo exactamente esto.

Solía ​​ser que había todo tipo de circuitos complejos de ajuste de fase con electrónica analógica compleja. En la actualidad, ese no es el caso en general.

En aquel entonces, mi empresa se especializaba en tecnología de conversión de CA / CC de alto voltaje. Construyeron el primer enlace entre canales y varios enlaces HVDC en todo el mundo desde entonces. (A largas distancias, las pérdidas en los cables debido a la reactancia son significativas, por lo que la CC proporciona una transmisión más eficiente). Cuando la CC se vuelve a convertir en CA (con lo que es esencialmente un inversor muy potente y muy suave) puede sincronizar la sincronización para que la CA resultante está exactamente en fase con la red local.

A medida que esto se volvió más eficiente con una mejor electrónica de alta potencia, la gente se dio cuenta de que se había vuelto más eficiente convertir CC a CA y volver a CC de nuevo que usar cualquier método alternativo. El resultado se llama "convertidor de espalda con espalda". Cuando un enlace de canal cruzado tendría millas de cable entre los convertidores de CA a CC y de CC a CA, un esquema de conexión consecutiva solo tiene unos pocos pies de barra colectora extremadamente gruesa.

Por supuesto, la conversión no es 100% eficiente, por lo que los componentes electrónicos se montan en disipadores térmicos refrigerados por agua y todo se controla con mucho cuidado. Pero es lo suficientemente eficiente como para que las pérdidas sean perfectamente aceptables a cambio de que la energía que ingresa a la red esté perfectamente en fase.

En los EE. UU., Las redes son administradas por operadores de sistemas independientes (ISO). Los ISO son algo así como un mercado de valores. Negocian cuánta energía suministra cada estación generadora a la red. Además de las transacciones de compra / venta, supervisan y gestionan el rendimiento de la red. Cuando se conecta un generador, coincide con el voltaje, la frecuencia y la fase en el punto de conexión local. Luego se conecta, pero no suministra energía de inmediato. Negocia el precio, el nivel de potencia y la tasa de aumento de potencia con la ISO. Esa es mi comprensión de la operación básica del sistema.

En el pasado (1979), justo después de la universidad, trabajé en un fabricante de generadores del Reino Unido, y en el laboratorio de pruebas (esto era para equipos más pequeños) usaron el método de luces cruzadas para simplificar la `` medición de voltaje '' que otros han mencionado.

Básicamente, conectaron L1-L1 a través de una lámpara, que tenía que apagarse (cero voltios / en fase) antes del cierre, y una lámpara cruzada L2 (gen) - L3 (rejilla) que tenía que llegar al máximo primero. Una vez que la lámpara de diferencia de fase estaba "apagada", el relé de conexión / contactor / interruptor podría ser lanzado.

¡Hubo varias historias apócrifas sobre cosas que habían salido mal en varios lugares que eran educativas!