在电网上保持同步

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我从事电子工程已有四十多年了，却从未找到正确的答案。

电站和变压器开关站如何确保它们馈入电网的电力与线路上的现有电力同相。

我知道他们非常认真地将线路频率设置为非常好的精度。但是，显然，您无法将电源线连接到异相180度的另一条线。即使是很小的偏差，也可能会导致系统耗费大量电量，并产生一个非常奇怪的，超出规格的交流波形。

好的，我可以想象在发电站使用目标线路频率来同步交流发电机，然后再翻转开关的解决方案。但是，相距100公里的那个交换站可能会从距离更近或更远的另一台交流发电机切换到一条线路上，并因此在相位周期的另一点上...

他们是如何做到的...

请注意，他与“如何在电网上同步发电机？”不同。该文章仅适用于本地发电机，在我看来与主要电网和变压器开关不同。

phase electrical power-grid

— 特雷弗
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无限总线的概念。1个发电机对于整个总线来说微不足道。匹配相位，电压和速度。使即将到来的发电机比总线快一点，因此它将在在线时承担负载。投掷断路器。发电机将使电动机完全同步。发电机越不同步，电流越大。理想情况下，我们不想要任何电流。一旦联机，它将承担它的负载份额。它成为无限总线的一部分，并将保持同步。

— StainlessSteelRat

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但这会漂移，特别是如果您关闭原始发电机。电力公司非常准确地保持60hz，因此必须使用其他一些规定。我的意思是，就像..护卫舰以最慢的船速移动...

— Trevor_G

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如何在电网上同步发电机的

— 光子

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@ThePhoton，有点重复，但是规模更大。具有不同的规模经济和折中方案。与同步500公里以外的水力发电站相比，将车库中的天然气发电机调整到电网有点不同且琐碎。

— Trevor_G

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（请注意，几乎所有内容都假设要同步到电网频率；从完全下降的电网开始称为“黑启动”，并且难度更大。搜索引擎中的该术语将告诉您更多信息）

— pjc50

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在将发电机连接到电网之前，他们将其旋转至或多或少正确的速度。然后，他们将基本上是电压表的东西钩在发电机相位和相应的线路相位之间。他们调整发电机驱动，直到观察到的电压
a）缓慢变化（频率差低于某个阈值）和
b）降至某个低压阈值以下（相差足够近），这样当他们投下大开关时产生的功率流是可控的）。

一旦发电机连接到电网，它就始终保持同相。如果没有机械驱动，它将充当电动机。它从电网汲取或输出到电网的功率由机械驱动的强度控制。

每个发电机都连接到其电网的本地部分，并同步到其本地频率。发电机和本地电网之间将存在微小的相位差。如果发电机正在向电网供电，则其相位将提前一点。输入到发电机的功率越大，相位差就越大，输出到电网的功率就越大。

这种“功率流跟随相位差”扩展到电网的整个区域。如果南部的负载很大，则南部的发电机最初将放慢速度，从而相对于北部延迟相位。此相位差将产生从北向南的潮流。

如果您在全国范围内拥有电网，则管理人员会非常努力地工作，从不让任何重要部分与另一部分“孤岛”。一旦它们的相位偏移，可能需要很长时间才能将它们重新组合在一起，因为相位匹配将需要非常精确，以避免连接时产生巨大的功率流。

如果要通过英法海底电缆连接两个单独控制的电网，则可通过直流电完成。在接收端很容易将逆变器与电网同步。

一天中平均每秒以50个周期的速度保持电网同相，只需简单地通过输入或多或少的功率来分别加快或降低电网频率即可，通常是在晚上，当电网中有更多松弛时需求。

— Neil_UK
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因此，您说的是，它们只会吞噬任何微不足道的距离效果，直到距离过大为止，此时它们会“再生”能量？顺便说一句：我更像美国/加拿大大陆。当发电厂相距3,000公里时，很难掌握这些概念。

— Trevor_G

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美国大陆有不同的答案。美国有5个网格，而不是1个

— 。– pjc50

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@SimonB，我无法想象一百吨的转子“重击”可以吗？也许您的本田车可以在车库中携带，但不可以用于发电站。转换时间必须是有限的。

— Trevor_G

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@Trevor理想情况下，同步新发电机时，频率和相位差为零，因此不会有重击，并且机械功率输入=无负载损耗，因此电网功率不会发生变化。“零差”的公差允许实际进行同步，因为将发电机拖入精确相位会有点“涌入”。

— Neil_UK

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在电网的现有频率上增加功率，意味着能量输入到能量输出中的能量过多。多余的能量作为动能存储在所有旋转机械中，这意味着它运行得更快。同样，如果关闭蒸汽轮机，则电网速度会变慢。如果驱动了电网的一部分，而又加载了另一部分，那么从前一部分到后一部分的功率就很大。通过这种方法，可以控制馈线上的功率流方向，更改电网上各个点的功率输入。

— Neil_UK

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您会因非常严格的瞬时频率控制而混淆了24小时内准确的周期数。在大多数地方并不是这样。

通过使发电与负载匹配，将频率保持在其标称频率附近 -负载始终大于发电的所有时间，频率将（非常）逐渐下降，并且负载始终小于发电的频率将会增加。

惯性是巨大的，通常，负载和发电都相当缓慢地变化，因此有很多时间来调整发电机（或负载，人们已经以这种方式控制负载），以保持系统平衡。允许频率在各种限制（运行和调节）之间漂移。

至少在英国，通过跟踪“实时”和“网格时间”来维持每天正确的循环次数，并且网格运行得有点快或有点慢，以确保它们不会太慢离的远。

还有是在电网控制系统中使用精确的频率参考-这就是他们与比较/测量反对什么，但网格本身不是相位/频率锁定到他们在任何直接的方式。

该图片在大屏幕的左下方是一张带有黄色垂直摆动轨迹的图形-这是拍照前一段时间内英国国家网格的频率-如您所见，它并没有很紧密地固定在任何物体上，尽管该图可能仅约为±0.3 Hz。

— 用户141629
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很酷的信息和图片，谢谢。是的，我在其他地方阅读过，每天的总周期是受控的实际度量。仍然让我想知道虽然使用了什么机制来调整它……

— Trevor_G

还是仅仅是一个网格宽的控制旋钮，告诉每个人以可容忍的一致程度加快发电机的速度。

— Trevor_G

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或者是它只是一个网格宽控制旋钮，告诉大家，加快发电机齐声的耐受量了一下 -是

— Neil_UK

作为工程师和音乐家，这很有趣。旧的Hammond器官的调音来自（瞬时）电源频率。50Hz中的0.3Hz约为半音的1/10，这显然不合时宜。但是，如果您表示图形的轴为+/- 0.3 Hz，则轨迹仅约为+/- 0.1 Hz，这很难检测到。

— 圣约翰河

种类：所有发电机在其连接点处始终与电网保持一致，但是任何单个发电机都可以通过控制机械轴功率来改变其电流（I）输出。

— pjc50

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他们使用同步镜。我已经在电厂控制室看到了这一点。

https://zh.wikipedia.org/wiki/同步镜

— 用户名
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这是IMO的正确答案，但仅适用于小型发电机（<500 KW）和小功率限制（<2 MW）。但这错过了使用自动化来管理抽头开关和闭合接触器（这不是人眼对大型交流发电机所做的事情），并且对于电网水平平衡（100 kV及以上），通常使用直流驱动器（晶闸管）来实现。见像这样的文章：library.e.abb.com/public/793bfb6d691ddf0bc125781f0027d91f/...

— 杰克·克雷西

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使单个电力系统的各个部分与其他部分以不同的相位角运行是常规且不可避免的。在有必要重新连接零件之前，这不是问题。在我工作的公用事业公司，现场的服务人员会将相位计连接到每个零件。由于相位差，相位计将像时钟一样运行，指示瞬时相位差。进行连接的人员（通常是通过电动断路器）可以简单地对断路器闭合计时，直到相位计显示出零相位差。由于此零点每隔几秒钟发生一次，因此捕获它并不困难。我们甚至将其与HVDC背靠背换流站一起使用；它运作得非常非常好。

— 汤姆·约翰逊
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20年前，就在uni之后，我曾在一家公司工作过。

过去曾经有各种各样带有复杂模拟电子设备的复杂相位调节电路。这些天通常不是这样。

我公司当时的专长是高压AC / DC转换技术。他们建立了第一个跨通道链路，从那时起，各种HVDC链路遍布全球。（在很长的距离上，由于电抗造成的电缆损耗非常大，因此DC可以提供更有效的传输。）当DC重新变成AC（本质上是非常高功率，非常平滑的逆变器）时，您可以同步时间，以便由此产生的交流电与本地电网完全同相。

随着更好的大功率电子设备效率的提高，人们意识到与使用任何其他方法相比，从DC转换为AC再重新转换为DC的效率更高。结果称为“背对背转换器”。如果跨通道链路的交流到直流和直流到交流转换器之间要有数英里的电缆，那么背靠背方案的母线只有几英尺。

当然，转换效率不是100％的，因此电子设备安装在水冷散热器上，并且整个过程都经过了仔细的监控。但是它的效率足以使损耗完全可以接受，以换取完全同相进入电网的功率。

— 格雷厄姆
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在美国，网格由独立系统运营商（ISO）管理。ISO有点像股票市场。他们协商每个发电站提供给电网的电量。除了买卖交易，他们还监视和管理网格的性能。连接发电机后，它与本地连接点处的电压，频率和相位匹配。然后连接，但不立即供电。它与ISO协商价格，功率级别和功率增加率。这就是我对基本系统操作的理解。

— 查尔斯·考威
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这是可以理解的，但实际上并不能回答HOW的问题……他们确实做到了。

— Trevor_G

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@Trevor，每个发电机操作员通过在连接到电网之前上下调节其发电机以使其匹配来匹配它。为了将频率保持在60.000 Hz（或50.000），几位操作员共同调节油门以维持频率。

— Photon

“方法”是电子产品

— 。stackexchange.com/ questions / 197395 /…

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有一个原因为什么为什么在较大的稳定负载下首选水力发电，而在可变负载下使用煤和天然气来使事物保持同步。对于水力发电，节流可能意味着以某种方式限制水的流入。

— Photon

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@ThePhoton许多水力发电厂在需要进行小的调整时，可以调整涡轮叶片的角度（非常小）。或者有一个旁通阀可以转移少量的水（我认为这与煤炭和天然气的功能非常相似，除了有蒸汽旁通以外？）

— mbrig

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早在上大学的那一天（1979年），我就职于英国的发电机制造商，在测试实验室（这是针对小型设备的）中，他们使用了交叉照明方法来简化其他人提到的“电压测量”。

基本上，他们通过一个需要关闭前要熄灭（零伏/同相）的灯和一个必须首先最大化的交叉灯L2（发电）-L3（电网）连接L1-L1。一旦相位差灯“熄灭”，就可以抛出连接继电器/接触器/开关。

在教育的各个地方，有各种各样关于错误的假经故事！

— 菲利普·奥克利
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