Trả lời ngắn: Đồng bộ hóa
Về cơ bản, thông tin phản hồi được sử dụng để giữ cho máy phát và lưới đồng bộ.
Có rất nhiều cách để làm điều này. Một cái nhìn tổng quan tốt đẹp ở đây .
Hầu như tất cả các hệ thống phát điện hiện đại đều sử dụng một số dạng bộ điều khiển kỹ thuật số cho nhiệm vụ. Biến tần bảng điều khiển năng lượng mặt trời gắn lưới của tôi có một vi điều khiển lớp PIC18F quản lý một số rơle trạng thái rắn (SSR) nếu tôi nhớ chính xác.
Thiết kế nhà máy điện hiện đại thông dụng
Dưới đây là tóm tắt của tôi về những gì tôi tin là cách tiếp cận cơ bản phổ biến nhất để thiết kế nhà máy phát điện hiện đại. Hình và văn bản được điều chỉnh từ:
"Những nguyên tắc cơ bản và tiến bộ trong các hệ thống đồng bộ hóa máy phát điện", Michael J. Thompson, Schweitzer Engineering Laboratory Laboratory, Inc., ngày 9 tháng 12 năm 2010.
Trong hình...
- Trả về không được hiển thị
- G1, G2 là máy phát điện
- Hình vuông 1,2,3,4 là rơle
- Bus1, Bus2 là các bus điện ngoài giới hạn (dự phòng)
- Các đơn vị MGPS là nguồn đồng hồ được đồng bộ hóa GPS để định thời cho máy phát điện
- A25A là đơn vị đo lường và điều khiển (chứa bộ vi xử lý)
Làm thế nào nó hoạt động...
Các thành phần dựa trên bộ vi xử lý hiện đại và thiết bị định thời "kỹ thuật số", như đồng bộ hóa, đã cách mạng hóa cách thức thiết kế hệ thống đồng bộ hóa máy phát.
Ví dụ...
"A25A" trong hình là bộ đồng bộ tự động dựa trên bộ vi xử lý với sáu đầu vào cảm biến điện áp một pha độc lập và độc lập, loại bỏ nhu cầu chuyển đổi tín hiệu điện áp vật lý.
Rơle 1,2,3,4 "kỹ thuật số" cung cấp dữ liệu đồng bộ truyền phát trực tuyến.
Giao tiếp giữa các rơle trong A25A cho phép nó được đặt gần thiết bị ngắt đồng bộ hóa với các tín hiệu điều khiển được gửi trở lại các thiết bị làm chậm (bộ điều chỉnh) hoặc tăng tốc (kích thích) cơ chế máy phát thông qua các liên kết sợi quang.
Thời gian và kiểm soát ...
Khả năng xây dựng các hệ thống giám sát và điều khiển bằng các liên kết truyền thông sợi quang chi phí thấp đã thay đổi hoàn toàn các hệ thống đồng bộ hóa máy phát.
Rơle "kỹ thuật số" thực hiện các phép đo đồng bộ trực tiếp. Các phép đo phasor được đồng bộ hóa là các phép đo góc pha của đại lượng hệ thống điện so với tham chiếu thời gian chung.
Ngày nay, tham chiếu thời gian chính xác cần thiết để thực hiện phép đo góc pha này có thể dễ dàng thu được từ các đồng hồ vệ tinh Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) cấp bảo vệ.
Công nghệ synchrophasor cho phép đọc điện áp từ các thiết bị khác nhau trong toàn bộ nhà máy điện để so sánh sự khác biệt về góc. Dữ liệu có thể được truyền phát với tốc độ lên tới 60 tin nhắn mỗi giây với độ trễ thấp.
Do chức năng của đơn vị đo lường phasor (PMU) trong rơle bảo vệ được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2000, chúng đã trở nên gần như phổ biến và dữ liệu synchrophasor có sẵn gần như ở mọi nơi mà không phải trả thêm chi phí cho chủ sở hữu nhà máy điện.
Một máy tính chuyên dụng, chạy phần mềm tập trung dữ liệu đồng bộ (PDC), có thể nhận dữ liệu truyền phát từ các rơle dựa trên bộ vi xử lý khác nhau được áp dụng để bảo vệ và điều khiển các bộ ngắt đồng bộ hóa.
Giống như bộ đồng bộ hóa tự động dựa trên bộ vi xử lý có thể chọn các điện áp phù hợp cho từng kịch bản đồng bộ hóa từ các đầu nối có dây đến sáu đầu vào của nó, PDC có thể chọn các tín hiệu phù hợp trong các luồng dữ liệu đến của nó cho các điện áp đến và chạy dựa trên lựa chọn của nhà điều hành máy phát điện và máy cắt được đồng bộ hóa.
Không cần chuyển đổi tín hiệu vật lý. Và các phép đo điện áp đồng bộ từ các rơle điều khiển ngắt là độc lập với các phép đo của bộ đồng bộ tự động, làm cho các hệ thống trở nên dư thừa.
Lag-chì
@Kaz đã cung cấp một bản tóm tắt tốt đẹp về động cơ / máy phát điện trực tiếp trong các ý kiến (tài liệu ở đây cho hậu thế ;-)):
Điều này giống như hỏi, điều gì giữ cho các tay chèo nô lệ trong một chiếc thuyền không bị động để mái chèo của họ trôi theo dòng nước và không làm gì cả? Chà, có một anh chàng đánh trống và vì vậy mọi người phải kéo cùng tần số, hoặc bị đánh. Nếu nô lệ trở nên lười biếng, thuyền sẽ chạy chậm lại, và chẳng mấy chốc, họ sẽ không thể duy trì tần số chèo đó mà không dùng lực trên mặt nước để tăng tốc thuyền một lần nữa, hoặc nếu không thì hãy để những cú đánh của họ quá nhỏ tốc độ chậm so với mặt nước) mà tất cả họ đều nhận được một đòn roi từ người bảo vệ.
Vì vậy, giả sử hai máy phát điện đang cung cấp một lưới. Một trong những máy phát điện hơi lười biếng và vì vậy nó chỉ quay theo tần số: nó tránh được điều khiển, nhưng không đưa vào bất kỳ công việc nào. Sau đó, nhu cầu trên lưới tăng. Các máy phát điện khác bị sa lầy và chậm lại. Người lười biếng, lười biếng như nó vẫn vậy, vẫn cam kết duy trì tần suất. Vì tần số lưới đã chậm lại một chút, điều đó có nghĩa là người lười biếng hiện đang tham gia: nó đang đẩy tốc độ để giúp tăng tốc lưới, do đó trở nên gắn kết. Giống như khi mọi người kết hợp các lực để chèo thuyền hoặc kéo tải
Trong các nhà máy điện hiện đại, tiếp tục thảo luận trước đây của chúng tôi, cách tiếp cận rất đơn giản về mặt kiến trúc: mỗi máy phát điện được chuyển sang tham chiếu thời gian toàn cầu .
Như đã giải thích ở trên, các máy phát điện được khóa pha với đồng hồ toàn cầu. Mỗi người đều chịu trách nhiệm cá nhân về đầu ra của họ ở một góc pha nhất định tại một thời điểm nhất định.
Nếu chúng quá nhanh, một thiết bị gọi là thống đốc được gắn vào máy phát sẽ áp dụng lực hãm. Nếu quá chậm, một exciter kèm theo sẽ thêm năng lượng để tăng tốc độ cho máy phát.
Là một lưu ý phụ, bạn có thể thực hiện cả hai chức năng trong cùng một thiết bị trong một số kiến trúc. Ví dụ, với cơ cấu quay cơ học, bạn có thể gắn động cơ điện vào trục và chống (điều chỉnh) hoặc hỗ trợ (kích thích) vòng quay bằng cách điều khiển động cơ gắn theo chiều ngược lại hoặc tiến lên tương ứng.
Cho rằng tất cả các máy phát điện đang chạy cùng pha với tham chiếu cùng thời gian, đồng bộ hóa đạt được.
Tải trọng
Tôi có thể hiểu đồng bộ hóa, bạn có thể giải thích làm thế nào 'nó đảm bảo rằng trình tạo đang đẩy dòng điện ra ngoài thay vì lấy dòng điện trong' không?
Phần này là trực quan. Hãy nhìn vào Luật Ohm hoặc Luật của Kerckhoff ...
Nếu hai nguồn điện áp đồng bộ, điều đó có nghĩa là chúng tạo ra cùng một điện áp cùng một lúc. Nếu một dây hoàn hảo kết nối hai nguồn điện áp ở cùng một điện áp, dòng điện bằng 0 sẽ chạy trong dây đó.
Nếu bạn kết nối một máy phát "lớn" và máy phát "nhỏ", bạn chỉ mô tả sự khác biệt về dòng điện tối đa ở cùng một điện áp được tạo ra.
Khi máy phát nhỏ hơn bị quá tải, điện áp sẽ giảm. Trong các máy phát quay, điều này dẫn đến việc giảm tần số (rôto chậm lại) do tải điện áp dụng lực hãm cơ học thông qua nam châm điện.
Trong cả hai trường hợp, bộ đồng bộ hóa phát hiện tình trạng quá tải là mất đồng bộ hóa và ngắt kết nối máy phát. Điều này được gọi là "giảm tải." Như bạn có thể thấy, việc giảm tải chỉ làm cho vấn đề trở nên tồi tệ hơn đối với các máy phát còn lại và vấn đề có thể xảy ra.
Đây là những gì đã xảy ra trong NorthEast Blackout năm 2003 , mặc dù sự kiện này được gây ra bởi, trong số nhiều thứ, một trục trặc phần mềm quá căng thẳng với việc giảm tải thay vì quá tải thực tế.