Короткий відповідь: Синхронізатори
В основному, зворотній зв'язок використовується для синхронізації генератора та сітки.
Є багато способів зробити це. Приємний огляд тут .
Практично всі сучасні системи вироблення електроенергії використовують для виконання певної форми цифровий контролер. Мій інвертор на сонячній панелі має мікроконтролер класу PIC18F, який керує деякими твердотільними реле (SSR), якщо я правильно пам'ятаю.
Поширений сучасний дизайн електростанції
Ось мій підсумок того, що я вважаю найпоширенішим базовим підходом до сучасного проектування електростанцій. Фігура та текст адаптовані з:
"Основи та вдосконалення систем синхронізації генераторів", Майкл Дж. Томпсон, Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. 9 грудня 2010 року.
На малюнку ...
- Повернення не відображаються
- G1, G2 - генератори
- Квадрати 1,2,3,4 - це реле
- Bus1, Bus2 є що виходить шина харчування ( з резервуванням)
- MGPS - це синхронізовані GPS-синхронізовані джерела для синхронізації генераторів
- A25A - це блок вимірювання та управління (містить мікропроцесор)
Як це працює...
Сучасні мікропроцесорні компоненти та цифровий механізм синхронізації, як синхрофасори, зробили революцію у створенні систем синхронізації генераторів.
Наприклад...
"A25A" на малюнку - це мікропроцесорний автоматичний синхронізатор з шістьма ізольованими та незалежними однофазними вхідними датчиками напруги, що виключає необхідність фізичного перемикання сигналів напруги.
1,2,3,4 "цифрові" реле забезпечують потокові дані синхрофазору.
Зв'язок ретрансляції на реле в A25A дозволяє розташовуватися поблизу синхронізуючого вимикача з керуючими сигналами, що надсилаються назад до пристроїв, які сповільнюють (регулятор) або прискорюють (збуджувач) генераторного механізму через волоконно-оптичні ланки.
Час та контроль ...
Можливість побудови систем моніторингу та управління за допомогою недорогих волоконно-оптичних ліній зв'язку повністю змінила системи синхронізації генераторів.
"Цифрові" реле приймають прямі синхронізовані вимірювання. Синхронізовані вимірювання фазора - це вимірювання фазового кута величин енергосистеми щодо універсальної відліку часу.
Сьогодні точний показник часу, необхідний для здійснення вимірювання кутового фазового фазу, легко отримується із супутникових годин GPS-системи, що охороняє реле.
Технологія синхрофазора дозволяє порівняти показання напруги з різних пристроїв на всій електростанції за кутовою різницею. Дані можна передавати зі швидкістю до 60 повідомлень в секунду з низькою затримкою.
Оскільки функціональність блоку вимірювання фазора (PMU) в захисних реле була вперше введена в 2000 році, вони стали майже всюдисущими, а дані синхрофазору доступні майже скрізь без додаткових витрат власнику електростанції.
Спеціалізований комп'ютер, що працює з програмним забезпеченням концентратора даних синхрофазору (PDC), може отримувати потокові дані від різних мікропроцесорних реле, застосованих для захисту та управління вимикачами синхронізації.
Подібно до того, як автоматичний синхронізатор на основі мікропроцесора може вибрати відповідні напруги для кожного сценарію синхронізації з тих, що їх проводять до шести вхідних терміналів, PDC може вибрати належні сигнали у своїх вхідних потоках даних для вхідних та працюючих напруг на основі вибору оператора генератор і вимикач для синхронізації.
Перемикання фізичного сигналу не потрібно. А вимірювання напруги синхрофазора від реле контролю вимикача не залежать від вимірювань автоматичного синхронізатора, що робить системи надмірними.
Відставання
@Kaz у коментарях подав хороший підсумок безпосередньо підлеглих моторів / генераторів (тут задокументовано для нащадків ;-)):
Це як запитати, що стримує рабів-гребців у човні, щоб вони просто пасивно не давали веслам плисти з водою і не робити ніякої роботи? Що ж, є хлопець, який б’є барабан, і тому всі повинні потягнути з однаковою частотою, або побитися. Якщо раби лінуються, човен сповільниться, і незабаром вони не зможуть підтримувати цю частоту веслування, не чинячи сили на воду, щоб знову пришвидшити човен, інакше дозволити їх ударам бути таким очевидно малим (щоб відповідати повільна швидкість відносно води), що всі вони отримують батоги від варти.
Отже, припустимо, що два генератори постачають сітку. Один з генераторів трохи лінивий і тому він просто крутиться разом із частотою: він уникає водіння, але не вкладає жодної роботи. Тоді попит на електромережу підвищується. Інший генератор забивається і сповільнюється. Ледачий, як лінивий, все ще прагне підтримувати частоту. Оскільки частота сітки трохи сповільнилася, це означає, що ледачий зараз задіяний: він підштовхує темп, щоб прискорити роботу сітки, тим самим зайнявшись. Це так само, як коли люди об'єднують сили, щоб веслувати на човні або тягнути вантаж
У сучасних електростанціях, продовжуючи наше попереднє обговорення, підхід є простим архітектурно: кожен генератор підпорядкований глобальній часовій системі .
Як пояснено вище, генератори фазово заблоковані до глобального годинника. Кожен з них несе відповідальність за те, щоб їх вихід знаходився під певним кутом фази в певний час.
Якщо вони занадто швидкі, пристрій під назвою губернатор, прикріплений до генератора, застосовує гальмівну силу. Якщо занадто повільно, приєднаний збуджувач додає енергію для прискорення роботи генератора.
Як бічна примітка, ви можете реалізувати обидві функції в одному пристрої в деяких архітектурах. Наприклад, за допомогою механічного механізму, що обертається, ви можете приєднати електродвигун до осі і протистояти (керувати) або сприяти (збуджувати) обертання, рухаючи приєднаний двигун назад або вперед відповідно.
З огляду на те, що всі генератори працюють у фазі з однаковим еталоном часу, досягається синхронізація.
Навантажувальний провал
Я можу зрозуміти синхронізацію, чи можете ви пояснити, як "це гарантує, що генератор виштовхує струм, а не приймає струм"?
Ця частина інтуїтивно зрозуміла. Подивіться на закон Ома чи закони Керкгоффа ...
Якщо два джерела напруги синхронізовані, це означає, що вони виробляють однакову напругу одночасно. Якщо досконалий провід з'єднає два джерела напруги при одній напрузі, нульовий струм буде протікати в цьому проводі.
Якщо ви підключаєте генератор "великого" та "малого", ви описуєте лише різницю максимального струму при тій же генерації напруги.
Коли менший генератор перевантажується, напруга падає. У обертових генераторах це призводить до зниження частоти (ротор сповільнюється), оскільки електричне навантаження застосовує механічну гальмівну силу через електромагніт.
У будь-якому випадку синхронізатори визначають стан перевантаження як втрату синхронізації та відключають генератор. Це називається "вивантаження навантаження". Як ви можете бачити, скидання навантаження тільки робить проблему гірше для інших генераторів і проблема може каскад.
Це сталося під час NorthEast Blackout 2003 року , хоча подія була спричинена, серед багатьох речей, програмним збоєм, який був занадто агресивним із зменшенням навантаження, а не з фактичним перевантаженням.