¿Cómo sincronizar un generador en la red eléctrica?

Prefacio esta respuesta diciendo que, en este momento, no tengo experiencia práctica con la generación de energía . Los siguientes comentarios son de historias que he escuchado y documentos que he leído. No debe confiar en ninguna de esta información mientras realiza un trabajo de ingeniería serio .

Con ese descargo de responsabilidad fuera del camino...

La respuesta de "cómo se sincroniza una unidad con otra unidad o con la red" depende del tamaño y tipo de la unidad.

No especificaste nada sobre el tipo o tamaño de las unidades que te interesa sincronizar. Tampoco mencionó qué aspectos quería explicar (¿el hardware? ¿los algoritmos de control? ¿los requisitos reglamentarios?). Por lo tanto, daré una descripción general muy general de alto nivel, con algunas otras cosas incluidas para el interés general.

La Guía del usuario para la conexión de generadores de hasta 10 MW al sistema de distribución SWIN de Western Power repasa algunos de los requisitos para conectar generadores pequeños (hasta 10 MW) a la red interconectada del suroeste (australiana). No habla tanto de sincronizar, pero sí de los esquemas de protección y control requeridos.

Unidades pequeñas < 1 MW

Para pequeños generadores diesel de tipo doméstico o comercial, estos generalmente se instalan con un interruptor de transferencia. El interruptor de transferencia está interbloqueado para garantizar que el generador no pueda estar en paralelo con la red.

En el caso de los inversores solares, que funcionan en paralelo con la red, estos deben instalarse con detección de pérdida de red. Esto evita que el inversor solar retroalimente energía a una red muerta, lo que pondría en peligro a las personas que intentan reparar la red.

Unidades medianas - 1 MW - 10 MW

La sincronización se realiza mediante un sincronizador automático. Esto analiza la tensión y la diferencia de fase entre la unidad y la red. Emite señales de control que varían la velocidad, el ángulo de fase y el voltaje de la unidad hasta que se sincronizan.

La velocidad y el ángulo de fase se varían controlando el acelerador de la unidad (también conocido como 'gobernador', 'controlador de generador automático'). El voltaje se ajusta controlando el regulador de voltaje automático (AVR) de la unidad.

Por separado, se utiliza un relé de verificación de sincronización (ANSI 25). El relé de verificación de sincronización evita que la unidad se cierre fuera de sincronización.

El cierre fuera de sincronismo provoca un estrés eléctrico y mecánico severo y debe evitarse. Por lo tanto, la función de verificación de sincronización está diseñada para ser una función de protección de "alta confiabilidad" con la menor cantidad posible de "partes móviles".

Las unidades de tamaño medio conectadas a la red también suelen estar equipadas con algún tipo de protección anti-isla. Una vez más, esto es para evitar la realimentación de una red muerta. Los esquemas de protección comunes para esto son "velocidad de cambio de frecuencia" y "cambio de vector de voltaje".

Grandes unidades - centrales - 40 MW+

Las unidades grandes en las centrales eléctricas tienen un sincronizador y un relé de verificación de sincronismo, como se indica arriba.

Además, su frecuencia puede ajustarse deliberadamente para mantener la frecuencia de la red y la fase sincronizadas con una referencia de reloj atómico.

Anti-isla donde la unidad está aislada de la red no es un problema, ya que la central eléctrica es la red. La principal preocupación es el daño a la unidad por transitorios de carga, ya sea una eliminación repentina o una adición de carga. La protección de sobrefrecuencia y subfrecuencia es un medio para detectar estas condiciones. Además, se utilizan protecciones mecánicas a prueba de fallas (es decir, sobrevelocidad mecánica, nivel de tambor de caldera bajo/alto).

Finalmente -

Busqué en YouTube tutoriales prácticos pero no encontré información útil. ¿Alguien tiene?

No encontrará instrucciones para configurar un sincronizador automático o un relé de verificación de sincronización en Youtube.

Se supone que dichos dispositivos deben ser diseñados e instalados por ingenieros eléctricos calificados, que generalmente no miran los videos de Youtube para obtener asesoramiento profesional.

Es mucho más probable que la información se encuentre en los manuales técnicos de cada parte del grupo electrógeno. Supongo que tendría que leer los manuales del generador, el controlador del generador, el regulador de voltaje automático, el sincronizador y el relé de verificación de sincronización. Después de leer cada uno de estos documentos, estará en condiciones de comprender el equipo y la configuración necesarios.

Prácticamente todos los inversores solares/eólicos/de pilas de combustible utilizan un bucle de bloqueo de fase de software. He diseñado varios convertidores de este tipo, tanto monofásicos como trifásicos.

El PLL determina la frecuencia y el ángulo de la red. Su convertidor de energía luego utiliza los datos para producir la cantidad adecuada de energía real y, a veces, reactiva.

Un buen punto de partida para usted es aquí ( Software Phase Locked Loop Design usando C2000™ Microcontrollers for Single Phase Grid Connected Inverter): http://www.ti.com/lit/an/sprabt3/sprabt3.pdf

Tenga en cuenta que todos los inversores son fuentes de corriente.

Por cierto. la red es una fuente de voltaje rígido, por lo que no querrá conectar un generador directamente a ella. Los generadores que se usan en las casas tienen un interruptor de transferencia, que se puede usar para conectar cargas críticas de la casa a la red o al generador.

Hice esto con varias máquinas montadas en camiones de 500 KVA en un sitio de festival en el pasado, si es algo como esto:

Establezca el voltaje sin carga de las dos máquinas para que esté dentro de un voltio más o menos. Configure la velocidad de ralentí de las dos máquinas para que esté dentro de 1/4 Hz más o menos. Establezca el porcentaje de caída para carga completa de modo que cuando ambas máquinas estén a carga completa, la caída de voltaje sea la misma (importante para compartir la potencia reactiva).

Conecte una máquina a las barras colectoras (en este punto, el bus aún está desconectado de las cargas).

Tiene dos bombillas en serie conectadas entre cada uno de los pares L1, L2 y L3 de las dos máquinas, estas parpadearán a medida que las dos máquinas se deslizan dentro y fuera de fase, un sincrómetro es mejor, pero las bombillas están más disponibles.

Ajustas el acelerador en una máquina para que las velocidades sean casi iguales (las luces parpadearán más lentamente a medida que se acercan a la velocidad de sincronización), luego, cuando las luces se apagan, presionas el interruptor y pones la otra máquina en el autobús (Un ingenioso la variante del acelerador es un calentador de agua que puede usar para cargar una máquina ligeramente, y un interruptor, menos molesto que un trozo de madera presionando el volante).

Las máquinas ahora funcionarán exactamente a la misma velocidad (Motorización si es necesario). Verifique que las corrientes circulantes sean pequeñas (si no, ha configurado incorrectamente el voltaje sin carga).

Cierre el interruptor de carga.

Si tiene la caída configurada correctamente, las dos máquinas compartirán la carga en proporción a sus clasificaciones.

Vale la pena agregar un relé de potencia inversa para desconectar una máquina que deja de generar debido a un problema mecánico o de combustible, pero es posible que deba omitir esto por un segundo más o menos cuando ponga una máquina en línea, ya que buscarán hasta sincronizar completamente ambos velocidad y fase.

Recorrer el circo en el antiguo bloque soviético justo después de la caída del muro fue memorable por la ingeniería improvisada que a veces implicaba.

Yo no intentaría esto con un conjunto de una sola fase, y es más problemático de lo que vale con máquinas más pequeñas.