Вопрос.Синхронизация генераторов в Энергосистеме

[tola]

Добрый всем день!
Недавно заинтересовался работой Единой энергосистемы России (да и вообще любой страны). Как я понял, все генераторы энергосистемы должны работать строго синхронно, что бы мы в сети имели синусоидальное напряжение 220 В и 50 Гц.
Честно говоря – я обалдел слегка, как они добиваются этого? Как их синхронизируют? Ведь, генераторы находящиеся на разном расстоянии от потребителя дадут напряжение со сдвигом по фазе.
Пытался найти простенькое описание принципов работы энергосистем – не нашел. Все такие учебники на сотни страниц и требуют серьезного знания электротехники.
Может кто посоветует литературу по проще, для ликбеза? Или сам что прояснит на форуме?

[Анатолий Григорьев]

Всё очень просто. Когда включают генератор, его с помощью турбины раскручивают примерно до частоты вращения остальных генераторов в энергосистеме, ловят момент ( с помощью специального прибора - фазоуказателя) когда фаза его вращения совпадает с фазой вращения остальных генераторов, подключают сеть и дают полный пар (или воду) на турбину. Дальше всё просто. Если генератор пытается хоть на 1 угловой градус обогнать другие генераторы, то на него тут же наваливается больше нагрузки, а если например, совсем выключить подачу пара на его турбину, то энергосистема тут же превратит его в электродвигатель и он будет вращать турбину, но синхронизм железно сохранится.

[tola]

А как же с запаздыванием фазы в зависимости от расстояния от генератора до потребителя? Ведь расстояния разные...

[Gravist]

Выключатель (в рассматриваемом случае лучше бы назывался "включатель") находится рядом с генератором. В разомкнутом состоянии на одних его контактах - напряжение с параметрами энергосистемы в этой точке, на других - с параметрами возбуждённого генератора. Когда параметры на обоих контактах сравняются (один из критериев разрешения на включение - совпадение фаз), "включатель" срабатывает, и генератор уже "жестко связан" с частотой энергосистемы.

[tola]

Все это вроде бы понятно ...
Я не могу представить: как умудряются привести к одной фазе генераторы, которые находятся на расстояниях от10 до 10000 км. до потребителя...
я видимо ... тупой...

[Gravist]

tola в сообщении #380352 писал(а):

как умудряются привести к одной фазе генераторы, которые находятся на расстояниях от10 до 10000 км. до потребителя...

Если условно взять для рассмотрения линию одного напряжения (к примеру 220кВ), то от Владивостока до Ленинграда в разных сечениях (точках) ЕЭС будут наблюдаться разные оновременно наблюдаемые параметры: и напряжения, и частоты. Естественно, в нормативно допустимых пределах. Где ниже частота (больше активная потребительская нагрузка) - туда направляется активная мощность, где ниже напряжение - туда реактивная. При этом в каждом сечении трехфаной ЛЭП сдвиг фаз напряжения (тока) остается также в допустимых (малых) отклонениях от 120 град. Если же (также - условно) совместить начало провода ЛЭП с нулём синусоиды напряжения (тока), то видим, что в разных сечениях в одно и то же время мгновенное значение различно: от минус амплитудного до плюс амплитудного.
Кстати, прикиньте-ка длину волны тока промышленной частоты. Возможна-ли на такой длине линии работа генераторов (включены через каждые 100 км) в одном фазовом угле?
Вот потому-то генераторы спокойно подключаются в своем сечении эл.сети к приходящемуся там на данный момент треугольнику напряжений.

[tola]

Спасибо! Что-то проясняется.
А не могли бы порекомендовать, что-то простенькое почитать на эту тему?
Вроде научно-популярного.

[Gravist]

Уваж.tola, есть отличная серия брошюр "Библиотека электромонтёра", поройтесь, и найдёте много интересного.
По открытой Вами теме - посмотрите:
0233 Елфимов В.М. Векторные диаграммы в релейной защите.
0491. Щуров В.М. Наладка и обслуживание регуляторов частоты на тепловых электростанциях
0542. Филатов А.А. Ликвидация аварий в главных схемах электрических соединений станций и подстанций
Что бывает проще, не знаю

[tola]

Спасибо!

[Sidar]

tola в сообщении #379930 писал(а):

Добрый всем день!
Недавно заинтересовался работой Единой энергосистемы России (да и вообще любой страны). Как я понял, все генераторы энергосистемы должны работать строго синхронно, что бы мы в сети имели синусоидальное напряжение 220 В и 50 Гц.
Честно говоря – я обалдел слегка, как они добиваются этого? Как их синхронизируют? Ведь, генераторы находящиеся на разном расстоянии от потребителя дадут напряжение со сдвигом по фазе.
Пытался найти простенькое описание принципов работы энергосистем – не нашел. Все такие учебники на сотни страниц и требуют серьезного знания электротехники.
Может кто посоветует литературу по проще, для ликбеза? Или сам что прояснит на форуме?

=============================
Вопрос вполне резонный. Но дело в том, что единый сдвиг по фазе напряжения соблюдается только для генераторов в пределах каждой электростанции и, действительно, отличается от других источников электроэнергии в различных удалённых точках энергосистемы. Вследствие этого отличия и регулирования величины напряжения осуществляется распределение потоков мощности в нергосистеме. Единой для всей энергосистемы является только частота в пределах нормативных отклонений ($50\pm0,2$ Гц – в энергосистеме России; в США промышленная частота – 60 Гц). Кроме этого в России и Америке традиционно используются разные формы выражения комплексной мощности соответственно в виде (например, при индуктивной нагрузке) - $\dot{S}_{i} = \dot{U}I^* = P + jQ$ и $\dot{S}_{u} = U^*\dot{I} = P - jQ$, отличающиеся знаком реактивной составляющей. Однако, ни одно из них не может быть принято в качестве стандарта, так как оба используются в расчётах одновременно. Эти нюансы и пример расчёта распределения потоков мощности в энергосистеме рассмотрены в статье - [Сидорович А.М., О мгновенной комплексной мощности систем переменного тока. – ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, 1979, № 11, с. 12-16], где также впервые введено однозначно корректное понятие «мгновенной комплексной мощности» (ранее предложенное V. N. Nedelcu в дублированной форме), Которое сушественно при разработке современных электронных счётчиков электроэнергии.

[e2e4]

Ну и я свою лепту внесу. Дело в том, что понятие "угол между фазой генератора и фазой сети" существует только до подключения генератора к этой сети. После подключения угол равен нулю. А вот синхронизируют по $cos\phi$, причем искусственно держат реактивный косинус генератора в пределах 0,9...0,95. Путем регулирования косинуса (косвенно, напрямую - возбуждением генратора) добиваются отдачи генератором в сеть своей (необходимой) доли, хотя бы генератор и гораздо менее мощнный, чем сеть.

[tola]

e2e4 в сообщении #387599 писал(а):

Ну и я свою лепту внесу. Дело в том, что понятие "угол между фазой генератора и фазой сети" существует только до подключения генератора к этой сети. После подключения угол равен нулю. А вот синхронизируют по $cos\phi$, причем искусственно держат реактивный косинус генератора в пределах 0,9...0,95. Путем регулирования косинуса (косвенно, напрямую - возбуждением генратора) добиваются отдачи генератором в сеть своей (необходимой) доли, хотя бы генератор и гораздо менее мощнный, чем сеть.

Вот-вот, можно с этого места поподробнее пожалуйста. Как генератор "узнает", что он - генератор а не мотор?

[Gravist]

tola в сообщении #388398 писал(а):

Вот-вот, можно с этого места поподробнее пожалуйста. Как генератор "узнает", что он - генератор а не мотор?

На какой уровень подготовки топик-стартёра д.б. рассчитан ответ?

[Ponchik]

tola в сообщении #388398 писал(а):

Как генератор "узнает", что он - генератор а не мотор?

Узнаёт по внешнему механическому моменту на валу.
Если внешний механический момент направлен по вращению, то будет генератор.
А если — против вращения, то — двигатель.

[Gravist]

tola в сообщении #388398 писал(а):

... поподробнее пожалуйста. Как генератор "узнает", что он - генератор а не мотор?

Поподробнее? Пожалуйста!
Представим себе, что машина, после того как она приключена к сети, работает вначале вхолостую, т. е. не отдает и не потребляет никакой активной мощности.
Если теперь машина по какой-нибудь причине начнет вращаться быстрее, например, в случае случайного увеличения момента первичного двигателя-турбины, то токи статора, взаимодействуя с магнитным полем ротора, создают тормозящий электромагнитный момент, направленный против вращения (ротор тянет за собой поле статора). Машина начинает работать генератором, выдавая мощность в сеть.
Если ротор начинает вращаться медленнее, то возникают токи, создающие при взаимодействии с полем электромагнитный момент, направленный в сторону вращения. Машина начинает работать двигателем, потребляя мощность из сети (поле статора тянет за собой ротор).
Следовательно, при всяком случайном отклонении от синхронного вращения тотчас же возникают в обмотке статора токи, препядствующие этим отклонениям и восстанавливающие синхронизм.
Здесь очень хорошо на вполне инженерном уровне рассмотрены вопросы параллельной работы генераторов