¿Cómo mantienen las centrales hidroeléctricas una frecuencia de 50/60 Hz independientemente del flujo variable de agua?

Answer 1

Irónicamente, la respuesta a su pregunta está en la pregunta misma. Las centrales hidroeléctricas mantienen el control de frecuencia debido al flujo variable de agua. Junto con la turbina, generalmente hay una unidad de control hidráulico que abre y cierra una válvula de agua para permitir que entre menos o más agua, dependiendo de cuán desfasada esté la potencia producida frente a la frecuencia de la red.

En el caso de las unidades Pelton, las boquillas se abren y se cierran para regular la velocidad del corredor. Las unidades Pelton de chorro múltiple también abrirán y cerrarán boquillas específicas según la cantidad de agua disponible en ese momento y la frecuencia de la red en sí.

Las unidades Francis abren y cierran una serie de paletas para permitir que entre más o menos agua dependiendo de cuán desfasada sea la frecuencia. Las turbinas Mitchell-Banki abren y cierran una compuerta de agua bastante grande para regular la presión del chorro que hace girar la jaula de ardilla. Y así.

En el pasado, se usaba un regulador mecánico para regular la velocidad de una turbina. Esos son raros en estos días, pero estoy seguro de que todavía hay más de unos pocos funcionando de manera confiable.

Estos sistemas también están diseñados para que la planta cierre automáticamente la válvula de entrada principal si la planta se encuentra desconectada de la red. En tal escenario, la desconexión de la carga en el generador lleva al corredor a ganar velocidad repentinamente, una catástrofe en ciernes. Desea cerrar lentamente la válvula de entrada en ese caso para evitar que eso suceda, evitando así la ocurrencia de golpes de ariete, que también pueden causar daños catastróficos, y también evitar que el corredor y el sistema mecánico asociado excedan sus límites mecánicos.

Y dicen que la ingeniería es aburrida.

Answer 2

Hay dos escenarios: un generador aislado o planta de energía, no conectado a una red, y una planta que está conectada a una red.

Para un sistema aislado pequeño, debe regular tanto la frecuencia como el voltaje de salida. No puedo explicar la interacción exacta, pero necesita controlar tanto el flujo de agua como la corriente de campo al alternador.

Si la estación está conectada a una red grande, y la potencia de salida es una pequeña fracción de la potencia total de la red, la red establece la frecuencia y el voltaje. El generador funcionará a la velocidad síncrona sin importar lo que haga, incluso si se detiene el flujo de agua.

El flujo de agua (o entrada de vapor) y la corriente de campo afectarán la cantidad de energía y la potencia reactiva suministrada a la red, sin afectar significativamente el voltaje o la frecuencia de la red.

Dejaré que alguien más explique cómo se regula la red en sí. Como Charles Story mencionó, la frecuencia promedio a largo plazo está regulada para mantener la precisión de los relojes síncronos. Pero también es necesario mantener la frecuencia instantánea dentro de la tolerancia.

Frecuencia de utilidad – Wikipedia

Answer 3

El control de la turbina hidroeléctrica se explica en detalle en este folleto de ABB que fabrica estos sistemas de control. Básicamente, un controlador PID que detecta la frecuencia y la carga opera los servoaccionadores de la puerta de entrada donde el agua ingresa a la rueda de la turbina.

https://library.e.abb.com/public …

Answer 4

Están sucediendo muchas cosas entre el flujo de agua y el suministro de energía del sistema de distribución de aire acondicionado a 60 Hz. 🙂

La frecuencia está determinada por una fórmula empírica.

N = 120 f / P (N = velocidad síncrona del alternador en rpm, f es la frecuencia en Hz y P es el número de polos en un alternador)

Eso está solo en el lado del alternador.

En el lado del motor primario, que en este caso es una turbina hidráulica que puede ser una turbina de impulso o reacción, el flujo de agua a las palas de la turbina se mantiene estable controlando la presión y el flujo del agua a las palas de la turbina. Y usan la reducción de engranajes para que el motor primario accione el alternador a una velocidad síncrona que entregue la frecuencia deseada a la red.

Cada componente de un sistema de distribución eléctrica está diseñado para atender a la red y esa es la forma más corta que puedo describirlo sin ofrecer un curso en línea de 3 créditos sobre diseño de sistemas de transmisión eléctrica.

El flujo de agua tiene poca correlación con la frecuencia directa y se puede controlar y alimentar a las palas de la turbina para que gire a una velocidad que impulsa el alternador a una velocidad sincrónica. Y estoy omitiendo varios pasos intermedios y los diversos tipos de turbinas hidráulicas y cuándo y dónde se usan (turbinas de cabeza alta frente a cabeza baja, de impulso frente a reacción, etc.)

En resumen, el flujo de agua y la cantidad de agua que hay en la presa no determina los ciclos / seg de un sistema de CA. El número de polos y la velocidad síncrona del alternador sí.

Answer 5

Si la planta de energía está conectada a una red, entonces la red “arrastra” la planta con bajo flujo, por lo que siempre que los generadores estén sincronizados con otros generadores, mantendrá la velocidad y, en general, suministrará energía a la red si su velocidad es correcta. Los medidores de frecuencia precisos muestran la velocidad real de las turbinas, y los sistemas de energía aislados se han regulado observando un reloj eléctrico y ajustando la velocidad hacia arriba o hacia abajo para mantener el reloj funcionando a tiempo.

Answer 6

El generador síncrono se utiliza en centrales hidroeléctricas que funcionan a una velocidad específica. Además, si hay un aumento repentino en el flujo de agua, el exceso de agua fluirá a través del sistema de derivación y el nivel de agua en el canal de suministro de agua aumentará. Por lo tanto, la persona puede aumentar la Generación de la máquina en tal caso permitiendo que pase más agua a través de la máquina abriendo paletas guía. Si hay una disminución repentina en el flujo de agua, el nivel de agua en el canal de suministro de agua comenzará a disminuir, lo que significa que la máquina está tomando el exceso de agua. Uno tiene que cerrar las paletas de guía parcialmente para mantener el nivel de agua y así la generación de la máquina disminuye. Además, las centrales hidroeléctricas obtienen información sobre el flujo de agua de antemano. Entonces, ajustan la Generación de la máquina de acuerdo con el flujo de agua.

Answer 7

Creo que estás confundiendo velocidad con flujo.

El flujo de agua se mide en m³ / s. Si lo piensas, eso es m² xm / s.

Eso no es casualidad, obviamente. El flujo de agua es el área de agua x velocidad del agua.

La velocidad de una turbina se mide en m / s. Para mantenerlo girando a una frecuencia constante, desea que su velocidad lineal sea constante. Por lo tanto, mantiene constante la velocidad del agua “empujando” las aspas de la turbina.

Si necesita más / menos fuerza para mantener la velocidad a la velocidad síncrona (la velocidad requerida para generar 50/60 Hz), cambia la cantidad de agua que empuja las cuchillas.

Answer 8

Por lo que yo entiendo, el flujo constante de agua se mantiene utilizando presas y depósitos de agua. Si el nivel del agua cae por debajo de cierta marca, ese generador en particular se detiene.