电网：是什么阻止小型发电机被大型发电机“驱动”？

这是一个分为两部分的问题，与发电有关：

• 是什么阻止较大的工厂（例如核电厂）将有气的气体发生器变成电动机并驱动电流通过它？（令人讨厌的大二极管？）

• 整个发电机组如何与电网保持同步/相位以产生一个交流电？

编辑：第二部分似乎已经在这里回答。对于第一部分的清晰而令人信服的回答，我还是会非常感激的。

简短答案：同步器

基本上，反馈用于使发电机和电网保持同步。

有很多方法可以做到这一点。一个很好的概述在这里。

实际上，所有现代发电系统都使用某种形式的数字控制器来完成任务。如果我没记错的话，我的并网太阳能电池板逆变器具有PIC18F类微控制器，可以管理一些固态继电器（SSR）。

普通现代电站设计

这是我认为是现代发电站设计最常见的基本方法的摘要。图和文字改编自：

“发电机同步系统的基本原理和进步”，Schweitzer Engineering Laboratories，Inc.的Michael J. Thompson，2010年12月9日。

在图中...

• 退货未显示
• G1，G2是发电机
• 正方形1,2,3,4是继电器
• 总线1，总线2是出站电源总线（冗余）
• MGPS单元是GPS同步时钟源，用于对发生器进行计时
• A25A是测控单元（包含微处理器）

怎么运行的...

现代的基于微处理器的组件和“数字”定时装置（如同步相量）彻底改变了发电机同步系统的设计方式。

例如...

1. 图中的“ A25A”是基于微处理器的自动同步器，具有六个隔离且独立的单相电压感应输入，从而无需物理切换电压信号。

2. 1,2,3,4个“数字”继电器提供流式同步相量数据。

3. A25A中的继电器到继电器通信使其可以位于同步断路器附近，并通过光纤将控制信号发送回设备，从而使发电机机构变慢（调速）或加快（激励）发电机机构。

时序与控制...

使用低成本的光纤通信链路建立用于监视和控制的系统的能力已经完全改变了发电机同步系统。

“数字”继电器直接进行同步测量。同步相量测量是相对于通用时间基准的电力系统数量的相角测量。

如今，可以从保护继电器级全球定位系统（GPS）卫星时钟轻松获得进行此相位角测量所需的精确时间基准。

同步相量技术允许比较整个电站中各种设备的电压读数的角度差。可以以每秒60条消息的速度传输数据，并且延迟很短。

自保护继电器中的相量测量单元（PMU）功能于2000年首次引入以来，它们已几乎无处不在，并且同步相量数据几乎随处可用，而发电厂所有者则无需支付任何额外费用。

运行同步相量数据集中器（PDC）软件的专用计算机可以从各种基于微处理器的继电器中接收流数据，这些继电器用于保护和控制同步断路器。

正如基于微处理器的自动同步器可以从连接到其六个输入端子的那些电压中为每种同步方案选择合适的电压一样，PDC可以根据操作员的选择，在其输入数据流中为输入电压和运行电压选择适当的信号。发电机和断路器要同步。

无需物理信号切换。断路器控制继电器的同步相量电压测量值与自动同步器的测量值无关，这使系统变得多余。

滞后

@Kaz在评论中提供了直接从动电动机/发电机的不错摘要（此处为后代;-)）：

这就像在问，是什么使奴隶划船者只能被动地让桨随着水漂流而不做任何工作？好吧，有个家伙在敲鼓，所以每个人都必须以相同的频率拉，否则会被鞭打。如果奴隶变得懒惰，船将减速，很快，他们将无法维持该划船频率，而无需在水上施加力以再次加快船速，否则将其行程减小得如此之小（以匹配相对于水慢的速度），他们全都受到警卫的鞭打。

因此，假设有两个发电机为电网供电。其中一个发电机有些懒惰，因此它随频率旋转：它避免被驱动，但不做任何工作。然后，对电网的需求上升。另一个发电机陷入停滞并减速。懒惰者，尽管实际上是懒惰者，仍然致力于维持频率。由于电网频率略有降低，这意味着现在已经处于懒惰状态：它正在加快步伐以帮助加快电网速度，从而变得活跃起来。这很像人们合力划船或拉负载

在现代发电厂中，继续我们先前的讨论，该方法在结构上很简单：每个发电机都遵循全局时间基准。

如上所述，发生器被锁相到全局时钟。他们每个人都负有责任，要求他们在特定时间以特定相位角输出。

如果速度太快，则连接到发电机的称为调速器的设备会施加制动力。如果太慢，则附加的励磁机会增加能量以加快发电机的速度。

附带说明，在某些体系结构中，您可以在同一设备中实现这两个功能。例如，使用机械旋转机构，您可以将电动机连接到车轴上，并通过分别反向或向前驱动所连接的电动机来抵抗（控制）或辅助（激发）旋转。

假设所有发电机都以相同的时间基准同相运行，则可以实现同步。

减载

我能理解同步，您能解释一下“如何确保发电机将电流推出而不是吸收电流”吗？

这部分很直观。看欧姆定律或克尔科夫定律...

如果两个电压源同步，则意味着它们同时产生相同的电压。如果一根完美的电线以相同的电压连接两个电压源，则零电流将流过该电线。

如果连接“大型”发电机和“小型”发电机，则仅描述在相同电压下最大电流的差异。

当较小的发电机过载时，其电压将下降。在旋转发电机中，这会导致频率降低（转子减速），因为电负载会通过电磁体施加机械制动力。

无论哪种情况，同步器都将过载情况检测为同步丢失，并断开发电机的连接。这称为“减载”。如您所见，甩负荷只会使其余发电机的问题变得更糟，而且问题可能会加剧。

这是在2003年东北大停电期间发生的事情，尽管该事件主要是由于软件故障过于激进而导致的负载减少而不是实际的过载造成的。

没有二极管，在普通的交流系统中没有。我不确定您能否将它们构建得那么大。

对于大型工厂还是小型工厂，系统的正常运行使它们保持同相。如果您的发电机略微领先，它将遇到更大的阻力和反电动势，这将使其速度降低。如果您稍微落后，则阻力较小，可以自由加速。

启动工厂时，在连接它之前使它同相非常重要（请参见FriedParts博士的链接）。否则，将会破坏昂贵的东西。

在没有网格参考的情况下启动工厂是一个问题。参见“黑启动”，例如http://www.nationalgrid.com/NR/rdonlyres/99A34EB4-76F4-4042-AA12-35D6DD843FA7/3073/black_start.pdf