En la gestión de la red eléctrica, ¿por qué la frecuencia cae si la carga es mayor que la generación y viceversa?

La carga debe poder ser sostenida tanto por la salida de corriente del generador como por la turbina o motor de accionamiento.

Si la corriente del generador está sobrecargada, el resultado probable es un sobrecalentamiento y quemado de las bobinas en los devanados del generador.

Si se excede la potencia de accionamiento de la turbina, entonces el motor falla y no puede mantener la velocidad deseada. Como resultado, tanto el voltaje como la frecuencia de la salida del generador caerán.

Normalmente, el generador funciona a 3600 RPM (3000 en Europa) que funciona a 60 Hz y 50 Hz.

Si conduce un automóvil con poca potencia y avanza a una velocidad constante y luego sube cuesta arriba, aunque lo haya derribado, solo puede producir tanta potencia y disminuirá la velocidad al subir cuesta arriba, ya que requiere más potencia de la que el motor puede producir. mantenga una velocidad constante cuando se necesita más potencia para ir cuesta arriba.

Del mismo modo, las turbinas se ralentizarán cuando se carguen más allá de su potencia máxima incluso cuando se alimente con más vapor, combustible, etc.

Para una persona no técnica, mi explicación será la siguiente:

Supongamos por simplicidad que las pérdidas son insignificantes y que la carga es insensible a pequeños cambios de frecuencia. En un momento dado, digamos, t = 0, la carga es de 100 MW y, por lo tanto, la generación total (entrada) también es de 100 MW y el sistema está en equilibrio.

Entonces tienes, input = output —-> 100 MW = 100 MW

Las cargas que llegan al sistema no están bajo el control de los operadores de la red. Entonces, digamos que una carga adicional de 10 MW se aplica repentinamente al sistema en t = to con la misma entrada, ¡y usted encuentra que la RED también SUMINISTA la carga adicional, sin demora!

Ahora la ecuación de equilibrio es:
100 MW = 110 MW !!! , que es solo imposible

Pero la energía se suministra sin ningún aumento en la entrada, entonces, ¿de dónde?

La respuesta es que la energía cinética almacenada de las máquinas suministra estos 10 MW adicionales durante unos segundos y, dado que la energía cinética es proporcional al cuadrado de la velocidad, la velocidad se reducirá a medida que la energía cinética se reduzca (se elimine). Como la velocidad se reduce ligeramente, la frecuencia se reducirá, ya que la frecuencia es proporcional a la velocidad.    Esta es entonces la explicación requerida.

Después de unos segundos, el GOBERNADOR de la turbina detecta la reducción de velocidad y abre la válvula de vapor (en una estación térmica) y, finalmente, la entrada se ajustará a 110 MW, por lo que tiene 110 MW = 110 MW, y después de un tiempo incluso el la frecuencia se ajusta a su valor nominal.
 
Tales cambios siguen ocurriendo todo el tiempo en una cuadrícula.
 
Espero que esta explicación aproximada te ayude,

La frecuencia de un generador de CA síncrono (el tipo más comúnmente utilizado en la generación de energía de CA) es directamente proporcional a la velocidad de los campos eléctricos rotativos. Dado que la velocidad mecánica está relacionada con la frecuencia eléctrica y la frecuencia eléctrica está relacionada con la potencia de salida, la relación puede derivarse como:

[matemáticas] P_ {sys} = s (f_ {nl} – f_ {sys}) [/ matemáticas]

donde, Psys = potencia de salida, fnl = frecuencia sin carga del generador, fsys = frecuencia de funcionamiento del sistema, s = pendiente de la curva en kW / Hz o MW / Hz. Esta ecuación se puede trazar para generar el siguiente gráfico:

En redes eléctricas muy grandes, comúnmente conocidas como redes eléctricas “infinitas”, no hay una sola máquina que sea capaz de controlar la frecuencia de la red por sí sola. Cuando hay un aumento de carga en un bus tan infinito, la frecuencia de todo el sistema debe reducirse ligeramente (evidente en el gráfico) para acomodar la demanda de energía.

Referencia: Fundamentos de maquinaria eléctrica por Stephen J. Chapman.