Permanecer en fase en la cuadrícula

Antes de conectar un generador a la red, lo hacen girar más o menos a la velocidad correcta. Luego enganchan lo que es básicamente un voltímetro entre una fase de generador y la fase de línea correspondiente. Ajustan el accionamiento del generador hasta que el voltaje observado es
 a) que cambia muy lentamente (diferencia de frecuencia por debajo de algún umbral) y
 b) cae por debajo de algún umbral de bajo voltaje (la diferencia de fase es lo suficientemente cerca para que el flujo de energía que se produce cuando se dispara 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 obtiene o exporta a la red se controla por la fuerza con 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 ligeramente anticipada. Cuanto mayor sea la entrada de potencia al generador, mayor será la diferencia de fase y mayor será la potencia exportada a la red.

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

Cuando tiene una red a nivel nacional, la administración se esfuerza por no dejar que ninguna parte significativa se convierta en una "isla" desde la otra parte. Una vez que se separan en la fase, puede pasar mucho tiempo antes de que puedan reunirse nuevamente, 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 deben conectar 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 a la red.

Mantener la cuadrícula en fase con un promedio de 50 ciclos por segundo a lo largo del día, se realiza simplemente alimentando más o menos potencia, para acelerar o disminuir la frecuencia de la cuadrícula respectivamente, generalmente en la noche cuando hay un poco más holgura en la demanda.

Confunde un número preciso de ciclos en un período de 24 horas con un control de frecuencia instantáneo muy rígido. No es así como se hace en la mayoría de los lugares.

La frecuencia se mantiene en alrededor de su frecuencia nominal al hacer coincidir la generación con la carga: todo el tiempo que la carga es mayor que la generación, la frecuencia disminuirá (muy) gradualmente y todo el cuando la carga es menor que la generación, la frecuencia aumentará.

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

Al menos en el Reino Unido, el número correcto de ciclos por día se mantiene al realizar un seguimiento de "tiempo real" y "tiempo de cuadrícula", y la cuadrícula se ejecuta un poco rápido o un poco lento para asegurarse de que no lo hacen " No te alejes demasiado.

Hay referencias de frecuencia precisas en uso dentro del sistema de control de la red: eso es con lo que están comparando / comparando, pero la red en sí no está sincronizada en ninguna fase / frecuencia en ninguna forma directa.

En la parte inferior izquierda de la pantalla grande de esta imagen hay un gráfico con un trazo amarillo vertical ondulado: 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 la gráfica probablemente tenga solo unos ± 0.3 Hz.

Utilizan un Synchroscope. He visto esto hecho en las salas de control de la planta de energía.

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Tener partes de un sistema de energía individual funcionando a diferentes ángulos de fase de otras partes es rutinario e inevitable. Esto no es un problema hasta que sea necesario volver a conectar las partes. En la Utilidad donde trabajé, la gente de servicio en el sitio conectaría un medidor de fase a cada una de las partes. Debido a la diferencia en la fase, el medidor de fase se ejecutaría como un reloj, indicando la diferencia de fase instantánea. La persona que realiza la conexión (por lo general, mediante un disyuntor accionado eléctricamente) simplemente cronometra el cierre del disyuntor en el instante en que el medidor de fase muestra 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. Estos días generalmente no es el caso.

En lo que mi empresa se especializaba en ese entonces era la tecnología de conversión de CA / CC de alto voltaje. Construyeron el primer enlace de canales cruzados, y varios enlaces HVDC alrededor del mundo desde entonces. (En distancias largas, 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 un inversor esencialmente suave de gran potencia), puede sincronizar la temporización para que La CA resultante está exactamente en fase con la red local.

A medida que esto se hacía más eficiente con una mejor electrónica de alta potencia, la gente se dio cuenta de que se había vuelto más eficiente para convertir de DC a AC y de nuevo a DC de nuevo que utilizar métodos alternativos. El resultado se llama "convertidor back-to-back". Donde un enlace de canal cruzado tendría millas de cable entre los convertidores de CA a CC y de CC a CA, un esquema de respaldo tiene solo unos pies de barra de bus extremadamente gruesa.

Por supuesto, la conversión no es 100% eficiente, por lo que los componentes electrónicos están montados en disipadores térmicos enfriados por agua y todo está muy bien monitoreado. Pero es lo suficientemente eficiente como para que las pérdidas sean perfectamente aceptables a cambio de que la energía que ingresa a la red se encuentre en una fase perfecta.

En los EE. UU., las cuadrículas son administradas por operadores de sistemas independientes (ISO). Los ISO son algo así como un mercado de valores. Ellos negocian cuánta energía suministra cada estación generadora a la red. Además de las transacciones de compra / venta, supervisan y administran 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. Negociar el precio, el nivel de potencia y la tasa de aumento de potencia con la ISO. Ese es mi entendimiento de la operación básica del sistema.

En la época (1979), justo después de la universidad, trabajé en un fabricante de generadores del Reino Unido, y en el laboratorio de pruebas (esto fue para equipos más pequeños) utilizaron 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 necesitaba apagarse (cero voltios / en fase) antes del cierre, y una lámpara cruzada L2 (gen) - L3 (cuadrícula) que tenía que ir al máximo primero. Una vez que la lámpara de diferencia de fase estaba "apagada", el relé de conexión / contactor / interruptor se podía lanzar.

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