Rester en phase sur la grille

Je suis EE depuis plus de quarante ans et je n'ai jamais trouvé la bonne réponse à celle-ci ...

Comment les centrales électriques et les stations de commutation de transformateurs s'assurent-elles que la puissance qu'elles injectent dans le réseau est en phase avec la puissance existante sur les lignes.

Je sais qu'ils sont TRÈS sérieux pour régler la fréquence de ligne à une précision ridiculement bonne. Cependant, évidemment, vous ne pouvez pas connecter une ligne électrique à une autre ligne qui est déphasée à 180 degrés. Même une petite déviation causerait vraisemblablement un énorme drain sur le système et générerait une forme d'onde CA plutôt étrange et hors spécifications.

OK, je peux imaginer une solution à la centrale qui utilise la fréquence de ligne cible pour synchroniser les alternateurs avant de basculer le commutateur peut-être. Cependant, cette station de commutation à 100 km peut basculer sur une ligne à partir d'un alternateur différent qui est beaucoup plus proche ou plus éloigné et, par conséquent, à un point différent du cycle de phase ...

Comment font-ils cela...

Notez que ce n'est PAS la même chose que "Comment synchroniser un générateur sur le réseau électrique?" Cet article ne concerne qu'un générateur local et n'est pas, à mon avis, le même que le réseau électrique principal et la commutation du transformateur.

Avant de connecter un générateur au réseau, ils le font tourner plus ou moins à la bonne vitesse. Ensuite, ils accrochent ce qui est essentiellement un voltmètre entre une phase de générateur et la phase de ligne correspondante. Ils ajustent l'entraînement du générateur jusqu'à ce que la tension observée soit
a) changeant très lentement (différence de fréquence en dessous d'un certain seuil) et
b) tombe en dessous d'un certain seuil de basse tension (différence de phase suffisamment proche pour que le flux de puissance qui en résulte quand ils lancent le gros interrupteur soit gérable ).

Une fois le générateur connecté au réseau, il reste toujours en phase. S'il n'est pas entraîné mécaniquement, il agira comme un moteur. La quantité d'énergie qu'il tire ou exporte vers le réseau est contrôlée par la force avec laquelle il est entraîné mécaniquement.

Chaque générateur est connecté à sa partie locale du réseau, synchronisé avec sa fréquence locale. Il y aura une légère différence de phase entre le générateur et le réseau local. Si le générateur alimente le réseau, sa phase sera légèrement en avance. Plus la puissance absorbée par le générateur est grande, plus la différence de phase est grande et plus la puissance exportée vers le réseau sera grande.

Ce «flux de puissance suit la différence de phase» s'étend à des zones entières du réseau. S'il y a une charge importante au sud, les générateurs au sud ralentiront initialement, retardant leur phase par rapport au nord. Cette différence de phase va créer un flux d'énergie du nord au sud.

Lorsque vous disposez d'un réseau national, la direction s'efforce de ne jamais laisser une partie importante devenir «insulaire» de l'autre partie. Une fois qu'ils se séparent en phase, cela peut prendre beaucoup de temps avant de pouvoir être réunis à nouveau, car la correspondance de phase devra être extrêmement précise pour éviter un énorme flux de puissance au moment de la connexion.

Lorsque deux réseaux contrôlés séparément doivent être connectés, par exemple par le câble sous-marin anglo-français, cela se fait avec DC. Il est facile à la réception de synchroniser les onduleurs avec le réseau.

Garder le réseau en phase avec une moyenne de 50 cycles par seconde au cours d'une journée, se fait simplement en alimentant plus ou moins d'énergie, pour accélérer ou ralentir la fréquence du réseau respectivement, généralement la nuit quand il y a un peu plus de mou la demande.

Vous confondez un nombre précis de cycles sur une période de 24 heures avec un contrôle de fréquence instantané très rigide. Ce n'est pas ainsi que cela se fait dans la plupart des endroits.

La fréquence est maintenue autour de sa fréquence nominale en faisant correspondre la génération à la charge - tout le temps que la charge est supérieure à la génération, la fréquence diminuera (très) progressivement, et tout le temps la charge sera inférieure à la génération la fréquence va augmenter.

L'inertie est énorme et, en général, la charge et la génération changent assez progressivement, il y a donc beaucoup de temps pour ajuster les générateurs (ou les charges, où les gens se sont engagés à contrôler leurs charges de cette manière) pour maintenir le système équilibré. La fréquence peut dériver entre différentes limites (opérationnelles et réglementaires).

Au Royaume-Uni au moins, le nombre correct de cycles par jour est maintenu en gardant une trace du `` temps réel '' et du `` temps de grille '', et la grille est exécutée un peu rapidement ou un peu lentement pour s'assurer qu'ils n'obtiennent pas trop loin l'un de l'autre.

Il y a des références de fréquence précises utilisées dans le système de contrôle du réseau - c'est ce qu'elles comparent / mesurent, mais le réseau lui-même n'est pas verrouillé en phase / fréquence de manière directe.

En bas à gauche du grand écran de cette image se trouve un graphique avec une trace jaune ondulée verticale - c'est la fréquence de la grille nationale du Royaume-Uni pendant un certain temps avant que la photo ne soit prise - comme vous pouvez le voir, elle n'est pas verrouillée très étroitement, bien que le graphique ne soit probablement que de ± 0,3 Hz.

Ils utilisent un synchroscope. J'ai vu cela dans les salles de contrôle des centrales électriques.

https://en.wikipedia.org/wiki/Synchroscope

Faire fonctionner des parties d'un système d'alimentation individuel à des angles de phase différents des autres parties est routinier et inévitable. Ce n'est pas un problème tant qu'il n'est pas nécessaire de reconnecter les pièces. Dans le service public où je travaillais, les techniciens du site connectaient un déphaseur à chacune des pièces. En raison de la différence de phase, le compteur de phase fonctionnerait comme une horloge, indiquant la différence de phase instantanée. La personne effectuant la connexion (au moyen d'un disjoncteur actionné électriquement, généralement) chronométrerait simplement la fermeture du disjoncteur à l'instant où le déphaseur montrait une différence de phase nulle. Puisque ce point zéro se produit toutes les quelques secondes, il n'est pas difficile de l'attraper. Nous l'avons même utilisé avec notre station de conversion HVDC Back-to-Back; ça marche très, très bien.

Il y a 20 ans, juste après l'université, j'ai travaillé dans une entreprise qui faisait exactement cela.

Autrefois, il y avait toutes sortes de circuits de réglage de phase complexes avec une électronique analogique complexe. De nos jours, ce n'est généralement pas le cas.

Mon entreprise était alors spécialisée dans la technologie de conversion AC / DC haute tension. Depuis, ils ont construit la première liaison transmanche et diverses liaisons HVDC dans le monde. (Sur de longues distances, les pertes dans les câbles dues à la réactance sont importantes, donc le DC donne une transmission plus efficace.) Lorsque le DC redevient AC (avec ce qui est essentiellement une puissance très élevée, un onduleur très lisse), vous pouvez synchroniser la synchronisation afin que le CA résultant est exactement en phase avec le réseau local.

Comme cela devenait plus efficace avec une meilleure électronique haute puissance, ce que les gens ont réalisé, c'est qu'il était devenu plus efficace de convertir de DC en AC et de nouveau en DC que d'utiliser d'autres méthodes. Le résultat est appelé "convertisseur dos à dos". Lorsqu'une liaison transmanche aurait des kilomètres de câble entre les convertisseurs AC-DC et DC-AC, un schéma dos à dos ne comporte que quelques pieds de jeu de barres extrêmement épais.

Bien sûr, la conversion n'est pas efficace à 100%, donc l'électronique est montée sur des dissipateurs thermiques refroidis par eau et le tout est assez soigneusement surveillé. Mais il est suffisamment efficace pour que les pertes soient parfaitement acceptables en échange de la puissance entrant dans le réseau parfaitement en phase.

Aux États-Unis, les grilles sont gérées par des opérateurs de système indépendants (ISO). Les ISO sont un peu comme un marché boursier. Ils négocient la quantité d'électricité que chaque centrale fournit au réseau. En plus des transactions d'achat / vente, ils surveillent et gèrent les performances du réseau. Lorsqu'un générateur est connecté, il correspond à la tension, la fréquence et la phase au point de connexion local. Il se connecte ensuite, mais ne fournit pas immédiatement de courant. Il négocie le prix, le niveau de puissance et le taux d'augmentation de puissance avec l'ISO. C'est ma compréhension du fonctionnement de base du système.

À l'époque (1979), juste après l'université, je travaillais dans un fabricant britannique de générateurs, et dans le laboratoire d'essai (c'était pour les petits équipements), ils ont utilisé la méthode des feux croisés pour simplifier la `` mesure de tension '' que d'autres ont mentionnée.

Fondamentalement, ils ont connecté L1-L1 via une lampe, qui devait s'éteindre (zéro volt / en phase) avant la fermeture, et une lampe croisée L2 (gen) - L3 (grille) qui devait d'abord aller à maximim. Une fois que la lampe de différence de phase était éteinte, le relais / contacteur / interrupteur de connexion pouvait être lancé.

Il y avait diverses histoires apocryphes sur des choses qui avaient mal tourné dans divers endroits qui étaient éducatives!