Jaringan listrik: apa yang membuat generator listrik kecil tidak 'digerakkan' oleh yang besar?

Ini adalah pertanyaan dua bagian dan berkaitan dengan pembangkit listrik:

• Apa yang mencegah pabrik yang lebih besar (katakanlah nuklir) mengubah generator gas bity menjadi motor listrik dan menggerakkan arus melaluinya? (dioda menjengkelkan besar?)

• Bagaimana seluruh portofolio generator listrik tetap selaras / fase dengan grid untuk menghasilkan satu gelombang AC?

Sunting : bagian kedua sepertinya sudah dijawab di sini . Saya akan menghargai jawaban yang jelas dan meyakinkan untuk bagian pertama.

Jawaban Singkat: Sinkronisasi

Pada dasarnya, umpan balik digunakan untuk menjaga agar generator dan grid tetap sinkron.

Ada banyak cara untuk melakukan ini. Gambaran bagus ada di sini .

Hampir semua sistem pembangkit listrik modern menggunakan beberapa bentuk pengontrol digital untuk tugas tersebut. Inverter panel surya yang diikat dengan grid saya memiliki mikrokontroler kelas PIC18F yang mengelola beberapa relay keadaan padat (SSR) jika saya ingat dengan benar.

Desain Pembangkit Listrik Modern Umum

Berikut ini ringkasan saya tentang apa yang saya yakini sebagai pendekatan dasar paling umum untuk desain pembangkit listrik modern. Gambar dan teks diadaptasi dari:

"Dasar-dasar dan Kemajuan dalam Sistem Sinkronisasi Generator," Michael J. Thompson, Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. 9 Desember 2010.

Dalam gambar ...

• Pengembalian tidak ditampilkan
• G1, G2 adalah generatornya
• Kotak 1,2,3,4 adalah relay
• Bus1, Bus2 adalah bus listrik out-bound (redundant)
• Unit MGPS adalah sumber clock yang disinkronkan dengan GPS untuk mengatur waktu generator
• A25A adalah unit pengukuran dan kontrol (berisi mikroprosesor)

Bagaimana itu bekerja...

Komponen berbasis mikroprosesor modern dan timing gear "digital", seperti sinkronisasi, telah merevolusi cara sistem sinkronisasi generator dirancang.

Sebagai contoh...

1. "A25A" pada gambar adalah sinkronisasi otomatis berbasis mikroprosesor dengan enam input penginderaan tegangan fase tunggal yang diisolasi dan independen yang menghilangkan kebutuhan untuk secara fisik mengganti sinyal tegangan.

2. Relai 1,2,3,4 "digital" menyediakan data sinkronisasi streaming.

3. Relay-to-Relay komunikasi di A25A memungkinkannya ditempatkan dekat dengan pemutus sinkronisasi dengan sinyal kontrol yang dikirim kembali ke perangkat yang memperlambat (mengatur) atau mempercepat (mengeluarkan) mekanisme generator melalui tautan serat optik.

Pengaturan waktu dan Kontrol ...

Kemampuan untuk membangun sistem untuk pemantauan dan kontrol menggunakan tautan komunikasi serat optik yang murah telah sepenuhnya mengubah sistem sinkronisasi generator.

Relay "digital" mengambil pengukuran tersinkronisasi langsung. Pengukuran fasor yang disinkronkan adalah pengukuran sudut fase jumlah sistem daya relatif terhadap referensi waktu universal.

Saat ini, referensi waktu yang tepat diperlukan untuk membuat pengukuran sudut fase ini mudah diperoleh dari jam satelit Global Positioning System (GPS) tingkat-pelindung-relai.

Teknologi synchrophasor memungkinkan pembacaan tegangan dari berbagai perangkat di seluruh pembangkit listrik untuk dibandingkan untuk perbedaan sudut. Data dapat dialirkan dengan kecepatan hingga 60 pesan per detik dengan latensi rendah.

Sejak fungsionalitas unit pengukuran phasor (PMU) dalam relay pelindung pertama kali diperkenalkan pada tahun 2000, mereka menjadi hampir di mana-mana, dan data sinkronisasi tersedia hampir di mana-mana tanpa biaya tambahan untuk pemilik pembangkit listrik.

Komputer khusus, yang menjalankan perangkat lunak synchrophasor data concentrator (PDC), dapat menerima streaming data dari berbagai relay berbasis mikroprosesor yang diterapkan untuk perlindungan dan kontrol pemutus sinkronisasi.

Sama seperti sinkronisasi otomatis berbasis mikroprosesor dapat memilih tegangan yang sesuai untuk setiap skenario sinkronisasi dari yang terhubung ke enam terminal inputnya, PDC dapat memilih sinyal yang tepat dalam aliran data yang masuk untuk tegangan masuk dan yang berjalan berdasarkan pilihan operator dari generator dan pemutus untuk disinkronkan.

Tidak diperlukan pergantian sinyal fisik. Dan pengukuran tegangan synchrophasor dari relay kontrol pemutus tidak tergantung dari pengukuran sinkronisasi otomatis, yang membuat sistem menjadi berlebihan.

Lag-Lead

@Kaz telah memberikan ringkasan yang bagus tentang motor / generator yang langsung diperbudak dalam komentar (didokumentasikan di sini untuk keturunan ;-)):

Ini seperti bertanya, apa yang membuat para pendayung budak di dalam sebuah kapal tidak hanya membiarkan dayung mereka hanyut dengan air dan tidak melakukan pekerjaan apa pun? Nah, ada seorang pria yang memukul drum sehingga setiap orang harus menarik pada frekuensi yang sama, atau dicambuk. Jika budak menjadi malas, perahu akan melambat, dan segera, mereka tidak akan dapat mempertahankan frekuensi dayung tanpa mengerahkan kekuatan di atas air untuk mempercepat perahu lagi, atau membiarkan pukulan mereka menjadi sangat kecil (untuk mencocokkan kecepatan lambat relatif terhadap air) yang mereka dapatkan mencambuk dari penjaga.

Jadi, anggaplah dua generator memasok grid. Salah satu generator sedikit malas dan hanya berputar seiring dengan frekuensinya: ia menghindari penggerak, tetapi tidak melakukan pekerjaan apa pun. Kemudian, permintaan di grid meningkat. Generator lainnya macet dan melambat. Yang malas, malas seperti apa adanya, masih berkomitmen untuk mempertahankan frekuensi. Karena frekuensi grid sedikit melambat, itu berarti yang malas sekarang aktif: itu mendorong kecepatan untuk membantu mempercepat grid, sehingga menjadi terlibat. Ini seperti ketika orang menggabungkan kekuatan untuk mendayung perahu, atau menarik beban

Di pembangkit listrik modern, melanjutkan diskusi kami sebelumnya, pendekatannya sederhana secara arsitektur: masing-masing generator terikat dengan referensi waktu global .

Seperti dijelaskan di atas, generator dikunci fase ke jam global. Mereka masing-masing secara individual dianggap bertanggung jawab atas output mereka pada sudut fase tertentu pada waktu tertentu.

Jika terlalu cepat, perangkat yang disebut gubernur yang terpasang pada generator menggunakan gaya pengereman. Jika terlalu lambat, exciter yang terpasang menambah energi untuk mempercepat generator.

Sebagai catatan tambahan, Anda dapat mengimplementasikan kedua fungsi di perangkat yang sama di beberapa arsitektur. Misalnya, dengan mekanisme putaran mekanis, Anda dapat memasang motor listrik ke gandar dan menahan (mengatur) atau membantu (menggairahkan) rotasi dengan menggerakkan motor yang terpasang secara terbalik atau maju.

Karena semua generator berjalan dalam fase dengan referensi waktu yang sama , sinkronisasi tercapai.

Memuat Shedding

Saya dapat memahami sinkronisasi, dapatkah Anda menjelaskan bagaimana 'itu memastikan bahwa generator mendorong arus keluar daripada mengambil arus masuk'?

Bagian ini intuitif. Lihatlah Hukum Ohm atau Hukum Kerckhoff ...

Jika dua sumber tegangan disinkronkan itu berarti mereka menghasilkan tegangan yang sama pada saat yang sama. Jika kawat sempurna menghubungkan dua sumber tegangan pada tegangan yang sama, arus nol akan mengalir di kawat itu.

Jika Anda menghubungkan generator "besar" dan generator "kecil" Anda hanya menggambarkan perbedaan arus maksimum pada tegangan yang sama.

Ketika generator yang lebih kecil kelebihan beban, tegangannya akan turun. Dalam generator yang berputar ini menghasilkan pengurangan frekuensi (rotor melambat) karena muatan listrik menerapkan gaya pengereman mekanis melalui elektromagnet.

Dalam kedua kasus itu, sinkronisasi mendeteksi kondisi kelebihan beban sebagai kehilangan sinkronisasi dan memutuskan sambungan generator. Ini disebut "load-shedding." Seperti yang Anda lihat, pelepasan beban hanya membuat masalah menjadi lebih buruk untuk generator yang tersisa dan masalah dapat terjadi.

Inilah yang terjadi selama Northout East Blackout tahun 2003 , meskipun peristiwa itu disebabkan oleh, di antara banyak hal, kesalahan perangkat lunak menjadi terlalu agresif dengan pelepasan beban daripada kelebihan beban yang sebenarnya.

Tidak ada dioda, tidak dalam sistem AC normal. Saya tidak yakin Anda bisa membangunnya sebesar itu.

Mengenai pabrik besar versus pabrik kecil, operasi normal sistem menjaga mereka dalam fase; jika generator Anda mengarah sedikit, itu akan menghadapi lebih banyak perlawanan dan mendukung EMF, yang cenderung memperlambatnya. Jika Anda sedikit tertinggal, ada sedikit resistensi dan bebas untuk mempercepat.

Saat memulai pabrik, sangat penting untuk membuatnya dalam fase (lihat tautan oleh Dr FriedParts) sebelum menghubungkannya. Kegagalan melakukan ini akan menghancurkan sesuatu yang besar dan mahal.

Memulai penanaman tanpa referensi kisi adalah masalah; lihat "Black Start", misalnya http://www.nationalgrid.com/NR/rdonlyres/99A34EB4-76F4-4042-AA12-35D6DD843FA7/3073/black_start.pdf