Производители-потребители балансируют в сети

Говорят, что в крупной распределительной сети потребители и производители должны быть в равновесии ; что это означает физически, в правильной (не упрощенной) математической формулировке, неясно: идеального баланса в природе не существует , и я бьюсь над тем, чтобы понять, как разбалансированная система либо хранит, либо извлекает энергию, и в каком масштабе времени балансировка сделана .

Каковы краткосрочные потоки энергии?

Когда я включаю выключатель света, энергия течет мгновенно. Откуда это взято?

Сколько энергии присутствует в самой распределительной сети в любой момент времени? Он колеблется?

Существует ли хорошее, но доступное описание эластичности энергосистемы? Он вибрирует?

TL/DR: частота подачи является хорошим индикатором состояния баланса. В Великобритании сейчас 50,035 Гц, так что нагрузка небольшая (предложение больше, чем спрос).
Куда это идет? Кто его хранит?
@curiousguy Никто не хранит его, за исключением сравнительно небольших количеств, хранящихся в емкости и индуктивности линий передачи, и больших количеств, хранящихся в кинетической энергии вращения турбин. Редактировать: ну, я думаю, есть также батареи, используемые с фотоэлектрическими батареями, и электромобили.
@Hearth Я имею в виду чистую простую сеть без каких-либо причудливых электрических вещей, электронных устройств, чего-то умного ... всего несколько промышленных двигателей, лифтов и освещения. Вернитесь к сетке 50-х, если хотите. Если идеальный баланс не достигается, это подразумевает изменения чистого уровня энергии. Как разбалансированное наполнение пустующей ванны.
Его никто не хранит: частота немного завышена, напряжение тоже. (Или низкое, в других названиях). Оно контролируется, и генерирующие мощности добавляются или удаляются, чтобы удерживать дрейф в узких пределах.
@BrianDrummond Является ли «генерирующая мощность» такой же, как и произведенная энергия?
@curiousguy почти, но не совсем - в краткосрочной перспективе есть разница между мгновенно произведенной электроэнергией (сколько генератор преобразует из механической энергии в электрическую в данный момент) и генерирующей мощностью в смысле того, сколько извлекаемой энергии производится тем, что приводит в движение турбину (паром, водой и т. д.); турбина может временно производить немного меньше или больше электроэнергии, чем мощность, когда она ускоряется / замедляется; но изменение генерирующей мощности требует изменения физического процесса, приводящего в действие турбину, или добавления новых генераторов.
@Peteris Таким образом, быстрая балансировка достигается за счет разницы между электрической мощностью и мощностью тепла / давления?
Если мы говорим о 10-секундном отклике, то я бы сказал, что да, для нормальной работы это (давление пара в тепловой или ядерной, кинетическая энергия воды в гидроэлектростанции) было бы «резервуаром мощности», из которого баланс будет поддерживаться в дополнение к чисто механической инерции вращения - в случае серьезных несоответствий мы увидим, что срабатывают некоторые другие механизмы баланса, такие как отключение частей сетки; а для «быстрой балансировки» в масштабе 5 минут или в масштабе миллисекунд снова будут доминировать различные физические аспекты.

Ответы (3)

Частота сетки - это то, где скрывается магия....

В инерции всей этой вращающейся стали хранится энергия, а с другой стороны этих дроссельных клапанов в полиэтилене горячей воды, пытающейся превратиться в пар.

Частота сети на самом деле представляет собой интеграл разницы между генерацией и нагрузкой, деленный на общий момент инерции массы в системе.

ю "=" ∫ ( г е н е р а т я о н − Д е м а н г ) г т / к

Вы настраиваете генераторы базовой нагрузки на полную мощность, если частота падает ниже, скажем, 50,5 Гц, генераторы средней стоимости работают на частоте 50 Гц, а пиковые установки (дорогие в эксплуатации) загружаются, если частота падает ниже, скажем, 49,8 Гц. (Есть гораздо больше градаций, чем это).

В результате базовая нагрузка работает на полную мощность, оборудование средней стоимости отслеживает спрос, а пиковые установки простаивают до тех пор, пока оборудование средней стоимости не сможет удовлетворить спрос, после чего они загружаются.

Поток реактивной мощности управляет напряжением системы, и, контролируя его, вы можете контролировать токи нагрузки в сети передачи.

Динамика на самом деле довольно интересная, особенно в условиях отказа, и на эту тему написаны целые книги.

С разным производством ветряных турбин и меняющимся и не полностью рандомизированным пользовательским спросом это звучит как колода карт на ветру. Помогают ли предметы домашнего строительства контуру контроля? Например, лифты, тостеры, зарядные устройства для iPhone?
Я бы не стал слишком зацикливаться на частоте — сеть также была бы стабильной, если бы это была чистая сеть постоянного тока. В данном случае это просто сводится к простому P=U²/R и R>0.
DC работает для двухточечных соединений и на самом деле (когда они становятся достаточно большими) иногда является оптимальным выбором, но становится ужасно сложно, когда имеешь дело с большим количеством генераторов в географически рассредоточенной сети. Помимо очевидных проблем со ступенчатым повышением и понижением постоянного тока и сложностей с защитой цепей на высоковольтных сильноточных линиях постоянного тока, управление сетью является головной болью. В сети переменного тока частота достаточна для управления выходной мощностью генератора, а реактивная мощность управляет сетевым напряжением.
С другой стороны, схема стабилизации с использованием частоты также работает только из-за больших синхронных двигателей и генераторов - она ​​вышла бы из строя, если бы присутствовали только нечувствительные к частоте нагрузки, например, такие как шаговые источники питания или асинхронные двигатели.
@asdfex Вы уверены, я не думаю, что характер нагрузки имеет большое значение. Конечно, синхронные машины добавляют инерцию ко всей схеме, что полезно, но львиная доля инерции, вероятно, приходится на генерацию. Реактивная мощность в любом случае легко контролируется. Ловушка заключается в том, что вам откуда-то нужна инерция, а инверторы плохо ее обеспечивают (или большое количество реактивной мощности, иногда необходимое для устранения неисправности). Вы почти могли видеть, как солнечные электростанции добавляют большие синхронные конденсаторы, чтобы добавить возможность устранять неисправности.
Местные приборы мало влияют и размазываются в шуме. Нагрузка ползет вверх и вниз постепенно, но когда происходит сброс нагрузки (скажем, на большом заводе аварийное отключение). вы можете вызвать икоту, которая может вызвать десинхронизацию. Я думаю, недостающим моментом является частота, синхронизирующая всех производителей и потребителей вместе. Без этого у вас нет сетки. Одиночный пользователь, такой как большой поезд или фабрика, должен легко приспособиться ко всей инерции в сети, чтобы вовремя оставаться синхронизированным. Когда аппроксимация «бесконечного производителя» исчезает, такой сброс нагрузки может вывести сеть из строя.
@curiousguy нет, за исключением нескольких «умных термостатов», которые участвуют в программах сброса нагрузки, и, возможно, некоторых крупных промышленных пользователей, у которых есть специальные соглашения, нагрузки не участвуют в балансировке. И нет, это не такая уж большая проблема. Система большая, закон больших чисел на нашей стороне, а сеть и генерирующая установка спроектированы людьми , у которых есть данные и, чаще всего, некоторое представление о том, что они делают.
@hobbs пользователям не нужно ничего делать, чтобы участвовать в балансировке - любой двигатель переменного тока, который приводится в движение непосредственно частотой сети (включая большинство простых двигателей, как маленьких, так и огромных), неизбежно участвует в балансировке, поскольку они потребляют немного меньше энергии, если частота ниже; и гораздо меньшей мощности при быстром снижении частоты, и наоборот при увеличении частоты. Вот как это работает для тысяч людей, пылесосящих свои дома, так это работает для фабрики, управляющей конвейерной лентой. Однако таких двигателей становится все меньше и меньше в общей нагрузке сети.
@Peteris Верно ли это для пылесоса с подвижной кнопкой для регулировки мощности?
Является ли это балансирование аналогом перевернутого маятника, когда потребители добавляют возмущения, а производители быстро их компенсируют? Я мог представить, что работает, если инерция системы велика по сравнению с периодом управления.

Сеть можно представить — а в некоторых случаях так и есть — с одним генератором. Генератор имеет регулятор скорости для поддержания частоты. Регулятор будет иметь определенное время реакции, и это означает, что если нагрузка резко увеличится, частота упадет, а если нагрузка резко уменьшится, частота резко возрастет.

введите описание изображения здесь

Рисунок 1. Механический регулятор. Вертикальный вал приводится в движение двигателем, и чем быстрее он вращается, тем больше веса выбрасываются наружу и вверх (против силы тяжести), заставляя плечо рычага уменьшать дроссельную заслонку. Источник: Центробежный губернатор .

Я работал над одним из них на генераторе мощностью 1 МВА и с помощью герконового частотомера смог установить частоту генератора очень близкой к 50 Гц.

Говорят, что в крупной распределительной сети потребители и производители должны быть в равновесии;

Правильный. В вашей базовой сети grid нет хранилища. Генераторы могут экспортировать только при наличии нагрузки. Генераторы могут вращаться и вырабатывать напряжение, но если нагрузки нет, ток не течет. Источник энергии (пар, дизель, гидро и т. д.) должен быть быстро уменьшен, чтобы предотвратить увеличение частоты.

идеального баланса в природе не существует

Да, это так. Пол подо мной создает толчок, точно соответствующий силе тяжести, действующей на мое тело.

... и я пытаюсь понять, как разбалансированная система сохраняет и извлекает энергию, ...

Это не так.

... и в каком масштабе времени выполняется балансировка.

Это зависит от физического регулятора.

Каковы краткосрочные потоки энергии?

Поток энергии определяется нагрузкой.

Когда я включаю выключатель света, энергия течет мгновенно. Откуда это взято?

От генератора через сеть.

Сколько энергии присутствует в самой распределительной сети в любой момент времени? Он колеблется?

Существует ли хорошее, но доступное описание эластичности энергосистемы? Он вибрирует?

« Источник энергии (пар, дизель, гидро и т. д.) необходимо будет быстро сократить ». А если этого не произойдет, где «потеряна» эта избыточная энергия? Или балансировка работает в этом случае? " Идеального баланса в природе не существует " " Да, он существует. " Вот тут я и заблудился. Знает ли зал, какая поддержка вам нужна? А если поезд проедет по мосту? " От генератора через сеть ". Тогда других пользователей нужно лишить энергии, не так ли?
Учебное пособие по динамике энергосистем EPRI — действительно хорошее чтение, которое должно вам помочь. Это бесплатно для скачивания.
В случае резкого скачкообразного изменения нагрузки, которое не может быть вовремя скомпенсировано регуляторами скорости, все производители могут десинхронизироваться и эффективно отключать сеть, каскадируясь на все больше и больше заводов. . В этот момент вам нужно будет закрыть и начать все заново.
Другими словами, возьмем пример вашего поезда. Частота сети будет падать на незаметную величину, когда поезд заряжается. по мере увеличения размера нагрузки или уменьшения генерирующей мощности, так что нагрузка составляет относительно большую часть генерирующей мощности, это изменение частоты может быть ступенчатой ​​функцией. В какой момент сетка должна настроиться так, как описано в этом и других ответах, и если этого не произойдет, произойдет рассинхронизация.

Как он хранит энергию на электрических скоростях?

Ему не нужно хранить запас энергии, если он может сбрасывать нагрузку. Сила – это энергия/время. Так что, если это может уменьшить мощность, это хорошо. К счастью, мощность - это напряжение x ток. В системе с номинально постоянным напряжением потребитель в значительной степени определяет ток, а поставщик определяет напряжение .

Он может сбрасывать нагрузку за счет снижения напряжения.

Если напряжение падает, генераторы могут вырабатывать пропорционально больший ток, что на самом деле и требует заказчик. Однако многие потребительские нагрузки являются резистивными или, по крайней мере, линейными.

Таким образом, это обеспечивает механизм мгновенного сброса.

Он может потерять емкость за счет увеличения напряжения

Обратное выше. Но это также толкает энергию все дальше и дальше по сети, и это потребляет энергию двумя способами: потери при передаче и рассогласование фаз с удаленными генераторами. Из-за скорости света.

Рассмотрим два города на расстоянии 600 км друг от друга в той же сети, что составляет 2 миллисекунды на скорости света. Это 36 или 45 градусов на синусоиде переменного тока. Поэтому, если мощность резко меняет направление из-за изменения нагрузки, это вызовет сильный нагрев провода.

Если «бит» переходит от производителей к потребителям, как вообще может быть несколько производителей?
@curiousguy они все синхронизируются друг с другом. Как только производителей достаточно, волна достаточно стабильна для нормальной работы и самосинхронизации. Интересным случаем является то, как вы начинаете это дело с самого начала, как правило, несколько мощных электростанций, которые синхронизируют следующий уровень и так далее. Я уверен, что есть побочный канал синхронизации масштаба сетки для подмножеств станций или целых сегментов сетки. Кроме того, когда теряется достаточное количество продукции и могут возникнуть большие колебания нагрузки (национальное чрезвычайное событие), это может отключить все это из-за десинхронизации всей сети.
@crasic Я сделал это отдельным полноценным Q: Какова скорость «электричества»?
Производители-потребители балансируют в сети
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v