Steuerung des Stromflusses vom Generator

Ich arbeite mit einer Fabrik zusammen, die über einen Backup-Generator verfügt, der bei Netzinstabilitäten oder immer dann verwendet wird, wenn die Fabrik zu Wartungszwecken vom Netz getrennt werden muss. In diesen Fällen dient der Generator stattdessen der Aufrechterhaltung des Betriebs.

Ich untersuche jedoch, ob es eine andere Möglichkeit gibt, die überschüssige Kapazität des Generators zu nutzen, um Strom im Netz zu verkaufen.

Ich werde jetzt darauf hinweisen, dass sich diese Frage nicht mit Fragen der Energiemarktregulierung oder der finanziellen Tragfähigkeit dieser Idee befasst (ich habe den Kontext hier vereinfacht). Die Frage ist, ob dies technisch machbar ist.

Der Generator müsste dann zwei getrennte Netze (das Fabrik- und das regionale Netz) mit Strom versorgen, wie unten zu sehen ist.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich musste dies mit Powerpoint erstellen, um das spezielle Setup für den Generator vorzunehmen, der in die beiden Stromkreise einspeisen muss, ohne sie miteinander zu verbinden (sonst wäre das nur das Netz, das die Fabrik mit Strom versorgt, wenn dies genau in der ist falls dies nicht möglich oder erwünscht ist).

Das ist also der erste Teil der Frage: Ist das überhaupt möglich? Kann eine Quelle zwei Stromkreise mit Strom versorgen und sie gleichzeitig voneinander isoliert halten?

Soweit möglich, kommen wir dann zum zweiten Teil der Frage. Das Hauptziel des Generators ist die Stromversorgung der Fabrik. Was im Grid gemacht wird, ist zweitrangig. Der Strom muss also die Fabrik sättigen und – wenn am Generator Überkapazität vorhanden ist – dann ins Netz einspeisen.

Nun, ich denke, dass die Fabrik einen bestimmten Strombedarf hat (nehmen wir 1 MW an). Der Generator (nehmen wir an, er kann 1,5 MW erzeugen) kann mit 2/3 der Kapazität laufen und diese Anforderungen erfüllen. Wenn der Generator jedoch auch an das Netz angeschlossen und hochgefahren wird, um seine maximale Leistung von 1,5 MW zu erzeugen, wohin werden diese neuen Elektronen gehen? Der Widerstand des Netzes ist praktisch unendlich (im Vergleich zur Fabrik oder zum Generator), sodass der natürliche Weg die Fabrik zu sein scheint. Was bedeuten würde, dass der Generator den Stromkreis der Fabrik frittiert und fast nichts ins Netz einspeist.

Ist es also möglich, eine Schaltung oder ein Gerät (einschließlich PIDs, Mikrocontroller usw.) so zu entwerfen, dass so viel Strom wie nötig an eine Schaltung geht und der Überschuss an eine andere?

Was lässt Sie glauben, dass der Widerstand des Gitters unendlich sein wird? Jegliche zusätzliche Leistung, die der Generator über den Bedarf der Fabrik hinaus liefert, wird in das Netz eingespeist. Es gibt Synchronisationsprobleme und Sicherheitsprobleme, die ausgearbeitet werden müssen, wenn Sie dies tun möchten.
@JohnD Nun, es ist nicht unendlich, aber ich nehme an, es wäre um viele Größenordnungen größer als das meiner kleinen Fabrik. Damit 99 % des Stroms, der über dem Bedarf der Fabrik liegt, immer noch durch den Fabrikstromkreis und nicht über das Netz geleitet wird.
Mit welcher Art von Kraftstoff wird Ihr Generator betrieben, mit dem er Energie billiger produziert, als das Netz ihn liefert? Warum haben Sie überhaupt einen Netzanschluss, wenn dies der Fall ist?
Überhaupt nicht der Fall. Das Netz hat eine sehr niedrige Impedanz, und Ihre Fabrik kann nicht einfach überschüssige Energie aus dem Generator ziehen. Jegliche Energie, die über den Bedarf Ihrer Fabrik hinausgeht, wird vom Netz absorbiert, ähnlich wie eine Solaranlage zu Hause den Zähler rückwärts laufen lassen kann, wenn das Haus weniger Energie verbraucht, als der Solarwechselrichter produziert.
@brhans das OP gibt an, dass die Frage die finanzielle Rentabilität ausschließt, aber Sie sind sich sicher, dass es teurer sein wird als das Netz. Dies gilt umso mehr, wenn Sie die Reparatur und Wartung des Generators in Betracht ziehen.
@brhans: Fürs Protokoll, der Generator würde nur in Momenten der Spitzenlast am Netz arbeiten, wenn die Großhandelspreise deutlich höher sind als die Betriebskosten des Generators. Das öffnet eine ganze Reihe weiterer potenzieller Fragen oder Probleme, die Sie vielleicht ansprechen möchten, aber bleiben Sie bitte bei den Aspekten der technischen Machbarkeit der Frage.
Ich verstehe nicht, warum Sie denken, Sie haben zwei nicht verbundene Stromkreise an Ihrem Generator - es wäre wirklich nur ein Stromkreis. Hier gibt es keine „neuen Elektronen“ – so funktioniert Elektrizität nicht; Strom läuft immer im Kreis. Die Aufgabe Ihres Generators besteht darin, die Ladungen, aus denen dieser Strom besteht, mit Energie zu versorgen (Energie pro Ladung ist Spannung). Es gibt keinen „überschüssigen“ Strom – es gibt nur den Strom, den Sie von Ihrem Generator produzieren lassen. Das Gitter hat keinen unendlichen Widerstand, es hat einen verdammt nahen Widerstand von Null.
@JohnD: Oh, das überrascht mich tatsächlich (es sollte nicht überraschen, dass ich kein Elektroingenieur bin). Interessant. Wenn Sie davon ausgehen können, dass der Generator einfach eingerichtet werden kann, um die Fabrik und dann (und nur dann) das Netz mit Strom zu versorgen, können Sie dies gerne als Antwort aufschreiben.
@MarcusMüller: Ja, eine einfache Verbindung würde einen einzigen Stromkreis erzeugen. Meine Frage war jedoch, wie genau zwei unabhängige Kreisläufe erstellt werden können, um zu vermeiden, dass das Netz die Fabrik speist, wenn dies nicht wünschenswert ist. Und JohnD hat oben in einem Kommentar den geringen Widerstand des Gitters erwähnt, das hat mich tatsächlich überrascht. Und was ich mit "überschüssiger Leistung" meinte, war Leistung, die über dem lag, was von der Fabrik benötigt wurde (dh die Leistung, die ins Netz eingespeist werden sollte).
@Wasabi Was lässt dich glauben, dass du das kannst? Der Motor/Generator ist eine mechanische Art der Kraftübertragung. Ob Sie elektrische Anschlüsse haben oder nicht, spielt eigentlich keine Rolle . Wenn der Generator an seinem Netzanschluss eine höhere Spannung erzeugt als das Netz hat, fließt Strom aus dem mechanischen Impuls, der diesen Generator bewegt. Wenn der Generator eine niedrigere Spannung erzeugt als das Netz hat, bezieht er Strom aus dem Netz und wird tatsächlich zum Motor. Hier ist keine Trennung möglich! Es ist nur eine Energiequelle: Bewegung einer Masse.
@MarcusMüller: Das klingt nach einer tollen Antwort auf den ersten Teil meiner Frage, ob es möglich ist, eine solche Trennung zu schaffen. Anscheinend ist die Antwort nein.
@Wasabi Ich war zu beschäftigt und Transistor hat bereits eine Antwort zu genau diesem Thema geschrieben :)

Antworten (2)

Kann eine Quelle zwei Stromkreise mit Strom versorgen und sie gleichzeitig voneinander isoliert halten?

Nicht, wenn Sie mit demselben Generator laufen, aber so würden Sie es sowieso nicht machen.

Was Sie vorschlagen, ist in Ländern mit zuverlässiger Energieversorgung, in denen die Spitzennachfrage jedoch an der Grenze der Systemkapazität liegt, durchaus üblich. Industrielle Nutzer mit Erzeugungskapazität können sich anmelden, um eine Zahlung für die Verfügbarkeit für Ferninbetriebnahme und Stromerzeugung zu erhalten. Um online zu gehen, sind die folgenden Vorgänge erforderlich:

  • Start des Generatormotors. Dies kann manuell oder ferngesteuert oder automatisch erfolgen.
  • Anpassung der Ausgangsspannung an die Netzspannung.
  • Anpassung der Frequenz an die Netzfrequenz.
  • Warten Sie, bis die Spannung zwischen der Generatorphase und der Netzphase auf Null abgefallen ist, und schließen Sie dann den Verbindungsschalter.
  • Erhöhen Sie nun die Generatorleistung.

Sie schieben jetzt Energie in das Netz. Da Ihre Last am nächsten ist, zieht sie die benötigte Energie und der Rest wird in das Netz eingespeist.

Wohin werden diese neuen Elektronen gehen?

Vergiss Elektronen. Sie oszillieren nur im Wechselstrom hin und her und "gehen" nirgendwo hin. Denken Sie an Strom.

Der Widerstand des Gitters ist praktisch unendlich (im Vergleich zur Fabrik oder zum Generator), ...

Nö. Der Widerstand des Gitters ist nahe Null. Deshalb dimmen die Lichter nicht viel, wenn Sie Ihre großen Lasten einschalten.

... also scheint der natürliche Weg Fabrik zu sein. Was bedeuten würde, dass der Generator den Stromkreis der Fabrik frittiert und fast nichts ins Netz einspeist.

Nö. Sie benötigen nur ein paar Volt mehr als die Leerlauf-Netzspannung, um mit dem Exportieren von Strom zu beginnen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Abbildung 1. Ein Synchronisations-Setup. Quelle: CircuitGlobe .

Ich habe das vor vielen Jahren im College gemacht, wo wir eine Maschine hatten (die eingehende Maschine von Abbildung 1), die von einem Gleichstrommotor angetrieben wurde. Wir haben es hochgefahren und alle drei Lampen beginnen langsamer zu blinken, wenn der Frequenzunterschied kleiner wird. Wenn die Lampen ausgehen, liegt an den Kontakten keine Spannung an, sodass sie ohne Lichtbogenbildung geschlossen werden können. Wir haben dann Strom an die Gleichstrommaschine angelegt, um Strom zu erzeugen und in das Netz einzuspeisen. Eine folgende Übung bestand darin, den DC-Maschinenantrieb zu reduzieren und dann in den Rückwärtsgang zu schalten und die Leistung hochzufahren, um als Bremse auf die AC-Maschine zu wirken, die dann Strom aus dem Netz importierte, um als Motor zu fungieren. Es war eine äußerst lehrreiche Erfahrung.

Siehe auch Relais G59/G10.

Diese Vorschriften, die im Vereinigten Königreich allgemein als G59 und in der Republik Irland als G10-Injektionstests bekannt sind, gelten für Kraftwerke und Generatoren, die für Standby- und Peak-Lapping-Anwendungen oder netzparallele Nutzung verwendet werden.

G59/G10-Tests bewerten die Leistung des Netzschutzrelais, das zwischen dem Generator und dem Stromnetz sitzt. Es ist kein Test des Generators selbst. Der Zweck des Relais besteht darin, den Generator vom Stromnetz zu trennen oder „abzukoppeln“, wenn es eine Instabilität auf beiden Seiten der Verbindung feststellt.

Quelle: G59/G10-Injektionstests von Edina.

Ich würde die "Elektronen" in meiner Antwort herausarbeiten, wenn sie hier und in den Kommentaren nicht zitiert worden wären. Fürs Protokoll, ich weiß, dass sich die Elektronen kaum bewegen, ich habe gerade gesehen, dass diese Terminologie an anderer Stelle verwendet wird, und dachte, sie wurde als "süß" und nicht als "dumm" interpretiert. Heute zwei Dinge gelernt! Tolle Antwort, übrigens.
Ich empfehle Ihnen, nicht zu akzeptieren, bis sich die Erde ein paar Mal gedreht hat, um der gesamten Menschheit die Möglichkeit zu geben, Ihre Frage zu lesen und zu beantworten. Auf diese Weise erhalten Sie einige andere Erkenntnisse und möglicherweise eine bessere Antwort. Trotzdem danke.
Mir ist gerade etwas eingefallen. Wie ich bereits erwähnt habe, wird der Generator hauptsächlich verwendet, wenn die Fabrik vorübergehend vom Netz ist. Ich konnte also die Fabrik und das regionale Netz nicht in Reihe "schalten", da der Zähler der Fabrik offline ist. Stattdessen müssten sie parallel geschaltet werden. Wäre das Problem in diesem Fall tatsächlich das Gegenteil von dem, was ich oben vorgeschlagen habe? Würde der Widerstand des Netzes nahe Null tatsächlich bedeuten, dass der größte Teil oder die gesamte Last in das Netz statt in die Fabrik gehen würde? Und ja, ich habe einfach nicht akzeptiert, genau das zu denken.
Lesen Sie den letzten Absatz des G59/G10-Relais. Es muss abgeschaltet werden, wenn das Stromnetz ausfällt, weil Sie versuchen würden, die Nation mit Ihrem kleinen Generator mit Strom zu versorgen, und Sie könnten einen Lineman durch einen Stromschlag töten. Sie haben ein paar Probleme mit der Terminologie: Die Reihenschaltung von Generator und Netz macht keinen Sinn. Der Energiezähler hat keinen Einfluss auf die Leistung – er überwacht die Energie (Leistung nach Zeit). Die Impedanz des Netzes nahe Null würde sich als Kurzschluss zu Ihrem Generator darstellen. Der Leistungsschalter sollte mit einem massiven Lichtbogen auslösen.

Ja, das ist durchaus möglich. Es würde genauso funktionieren wie eine netzgebundene Solarstromanlage. Wenn der Stromverbrauch der Fabrik geringer ist als die Kapazität des Generators, kann überschüssiger Strom in das Netz fließen, und wenn er die Kapazität des Generators übersteigt, fließt Strom aus dem Netz. Ob das wirtschaftlich sinnvoll ist, ist eine ganz andere Frage.

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