¿Cómo regulan las compañías de energía la salida de voltaje de la planta de energía?

  

¿Cómo sabe Dios qué voltaje y frecuencia generados en una represa terminan como un voltaje constante de 50 hz de onda sinusoidal en el hogar?

Son 50Hz cuando se generan: los generadores se construyen con varias fases y se ejecutan a una velocidad constante.

  

Ya sea que se trate de una central térmica o nuclear o de una central hidroeléctrica, es imposible mantener a todas las dinamos funcionando a una velocidad fija.

De otra manera: antes de conectar un generador a la red, es absolutamente esencial que esté funcionando casi a la velocidad correcta y en fase con la red. Una vez que está bloqueado en la red, hay un proceso de retroalimentación. Intentar correr "adelante" aumentará la torsión de resistencia a lo largo del eje, correr "detrás" lo disminuirá. Esto mantiene las turbinas correspondientes funcionando a la velocidad correcta.

Entonces, cuando se enciende el sistema, el generador se gira con el control manual de los niveles de potencia de la turbina, luego se pone en fase con cuidado, y luego se dispara un interruptor enorme para conectarlo a la cuadrícula.

El sistema del siglo XIX para hacer esto con lámparas se describe en enlace

Vea también Cómo sincronizar ¿Un generador en la red eléctrica?

(Grandes excepciones: turbinas eólicas y paneles solares fotovoltaicos. Pero eso justifica un ensayo completo de preguntas y respuestas. Al igual que "lo que sucede cuando no tiene la red para sincronizar", conocido como inicio negro .)

También vea

The red eléctrica: ¿qué impide que los generadores de energía pequeños sean 'impulsados' por los grandes?

¿Qué le sucede a ¿El exceso de energía se alimenta a la red eléctrica?

Creo que te ayuda a entender cuando piensas que una máquina eléctrica es tanto un motor como un generador. Ambos son al mismo tiempo, y cuando se ejecutan en una red eléctrica, se apoyan entre sí.

Las máquinas de CA síncronas que se ejecutan en una cuadrícula de hecho todas se ejecutan a una velocidad fija. Y todos ellos también tienen un voltaje fijo, que está establecido por la red.

A medida que las máquinas se acoplan mecánicamente a la turbina, las turbinas también funcionan a una velocidad fija. Cuando coloca la potencia mecánica en el generador a través de la turbina, no funciona más rápido, sino que aumenta el desplazamiento angular entre el ángulo de rotación mecánica y el ángulo del fasor eléctrico. En segundo lugar, la tensión generada aumenta un poco por encima de la oferta de la red en el lugar, por lo que la dirección del flujo de corriente está dentro de la red. De esa manera, el generador puede transformar la potencia mecánica en potencia eléctrica y empujarla a la red.

Como resultado, todas las máquinas en la cuadrícula en su conjunto se están ejecutando un poco más rápido. Cuantas más máquinas tenga la red, menor será el efecto de una sola máquina. Por lo tanto, controlar la potencia disponible en la red se puede lograr regulando la frecuencia.

Una dinamo simple también es una máquina síncrona, pero no se ejecuta en una cuadrícula. En ese caso, la frecuencia y la tensión son variables. No hay nadie allí que pueda ayudar.

Al comienzo de la electrificación de CA, las redes eran débiles, solo unas pocas máquinas, y la frecuencia y el voltaje fluctuaban mucho. Pero en todo momento, la frecuencia y el voltaje fueron compartidos por todas las máquinas en la red. Inherentemente Así es como funcionan las máquinas de CA síncronas.

Antes, con la electrificación de CC, no había una frecuencia de regulación, todo se hizo regulando el voltaje, que es un poco más complicado, ya que depende en gran medida de la distribución de carga en la red.

Antes de conectar el generador a la red, debe sincronizarse regultando el flujo de agua de una presa. Entonces el generador se enciende en la red. En este momento todavía no produce ninguna electricidad, ya que se descarga y cambia el modo de operación de motor a genrator. Por ejemplo, si se reduce el flujo de agua, funcionará como motor y forzará el flujo. Si aumenta el flujo, entonces se convierte en un generador, en ambas situaciones la velocidad es igual, solo el retraso de la fase es diferente. La frecuencia exacta es dictada por la unión de grandes centrales eléctricas que están regulando la frecuencia, las otras, las centrales eléctricas más pequeñas simplemente siguen.

Sin control de frecuencia de fase automatizado y relojes de frecuencia global con un error de < Para una referencia de 0,0001 ppm, la cuadrícula disminuiría en frecuencia con los efectos de carga en los generadores y aumentaría la frecuencia con una menor demanda. Cada generador tiene algunos medios para controlar el voltaje y la frecuencia de forma independiente con parámetros monitoreados localmente pero referencias desde el sitio de interconexión remoto. También la fase también es crítica, que es la integración de tiempo del error de frecuencia.

La forma más sencilla de entender esto es que la impedancia de salida de la red es mucho menor que la demanda de carga, por lo que los cambios de carga no afectan demasiado el voltaje de la red. Esta relación de impedancia es la misma que el error de regulación de voltaje de carga de pasos regionales. Los parámetros a menudo se miden en "por unidad" o p.u. de los valores nominales.

  

Desafortunadamente, en algunos países con una red suelta, los consumidores intentan hacer su propia regulación con cambiadores de tomas automáticos de voltaje, lo que hace que la corriente de carga aumente la tensión y, en efecto, provoca un circuito de retroalimentación positiva al generador que hace que su red sea inestable. Esto solo puede mejorarse lentamente con transformadores más grandes y más fuentes de suministro para derivar y disminuir la impedancia de la red sin exceder la velocidad de cortocircuito en cualquier transformador. Los transformadores xxx MV más grandes también deben tener un Zo más alto de 8 a 10% debido a las limitaciones de fuerzas internas extremas, por lo que no es una solución simple sino un crecimiento constante de la infraestructura para mejorar la calidad de la energía.

Por lo tanto, dado que la red se controla de manera inteligente, cada minuto se calcula un algoritmo en un punto de interconexión y se retroalimentan nuevos parámetros para cada generador para garantizar que la oferta satisfaga la demanda al costo más bajo con retroalimentación de fase / frecuencia / voltaje a cada fuente en puntos de conexión.

Esto, a su vez, afecta la potencia almacenada en la red para satisfacer las demandas de sobretensión. Afecta el voltaje, la frecuencia y la fase del RMS en el usuario final mediante muchos sistemas de control interconectados complejos con una referencia centralizada regional administrada por un grupo de reguladores gubernamentales que dicta a todos los roviders y entrega a todos los clientes, los estándares de poder medibles establecidos en la industria para cada uno. región.

Una cuadrícula suelta en una región puede variar un 5% en frecuencia con redundancia insuficiente, mientras que una cuadrícula muy ajustada puede ser < 0.0001 PPM, parte del tiempo pero varía mucho más que un error de frecuencia media baja en un ciclo diario. El costo de la estabilidad es mayor y su tolerancia permite una mayor flexibilidad a corto plazo, pero puede costar más en mantenimiento debido a las sobretensiones, por lo que los cambios se realizan muy lentamente. Cada fuente puede tener diferentes estructuras de tarifas y capacidad.

Puedes leer sobre "algunos" de los algoritmos más simples aquí .

Donde vivo en Ontario, Canadá, Hydro One posee y opera alrededor de 30,000 km de circuito de líneas de alto voltaje: 115kV, 230kV y amp; 500kV dentro del 5% (con < 1% debido a la variación de la fuente y 4% de la variación de carga) y 123,000 km de circuito de bajo voltaje < = 50kV dentro de otro 5% (que incluye variaciones de carga y caída de línea) y por lo tanto el abonado disfruta una tolerancia de voltaje del 10% máximo, pero generalmente está dentro del 2% en muchas áreas residenciales.

Los fallos de alimentación son muy poco frecuentes, así como los cierres de fallas son generalmente muy breves cada año, quizás unas pocas veces al año en un área determinada. Este nivel de servicio de alta calidad se debe a la alta redundancia y al mantenimiento basado en buenas condiciones (CBM) en lugar de solo el mantenimiento basado en el tiempo o la solución de fallas. Pero luego todavía nos quejamos del aumento de los precios y los planes para privatizar a corto plazo las ganancias financieras políticas a corto plazo y los aumentos de costos a largo plazo para los usuarios.

Esto se logra a través de una compleja red de precios de contratos de estructuras de tarifas y equilibrio de carga para 27 interconexiones con otras 2 Provincias y 3 Estados en los EE. UU. La regulación de la fuente y el equilibrio de oferta y demanda al mejor precio. Dado que las cargas nucleares deben ser del 100%, ya que no es una fuente ajustable, precios y entrega garantizados.

  

La generación está controlada por voltaje y fase a la red y por cambios de tomas automatizados para cada estación transformadora con comunicación entre las estaciones para anticipar cambios.