简答：同步器

基本上，反馈用于保持发电机和电网同步。

有很多方法可以做到这一点。这里有一个很好的概述。

几乎所有现代发电系统都使用某种形式的数字控制器来完成这项任务。如果我没记错的话，我的并网太阳能电池板逆变器有一个 PIC18F 级微控制器来管理一些固态继电器 (SSR)。

常见的现代电站设计

这是我对现代发电厂设计最常见的基本方法的总结。图文改编自：

“发电机同步系统的基本原理和进步”，Michael J. Thompson，Schweitzer Engineering Laboratories, Inc.，2010 年 12 月 9 日。

图中...

• 不显示退货
• G1, G2 是生成器
• 正方形 1,2,3,4 是继电器
• Bus1、Bus2 是出站电源总线（冗余）
• MGPS 单元是 GPS 同步时钟源，用于为发电机计时
• A25A为测控单元（含微处理器）

这个怎么运作...

现代基于微处理器的组件和“数字”定时齿轮，如同步相量，已经彻底改变了发电机同步系统的设计方式。

例如...

1. 图中的“A25A”是一款基于微处理器的自动同步器，具有六个隔离且独立的单相电压感应输入，无需物理切换电压信号。

2. 1、2、3、4“数字”继电器提供流式同步相量数据。

3. A25A 中的继电器到继电器通信允许它位于同步断路器附近，控制信号通过光纤链路发送回减速（调速器）或加速（励磁器）发电机机构的设备。

时间和控制...

使用低成本光纤通信链路构建监测和控制系统的能力彻底改变了发电机同步系统。

“数字”继电器进行直接同步测量。同步相量测量是电力系统量相对于通用时间参考的相位角的测量。

今天，进行这种相位角测量所需的精确时间参考很容易从保护继电器级全球定位系统 (GPS) 卫星时钟中获得。

同步相量技术允许对来自整个电站的各种设备的电压读数进行角度差异比较。数据可以以高达每秒 60 条消息的速率传输，并且延迟低。

自保护继电器中的相量测量单元 (PMU) 功能于 2000 年首次推出以来，它们几乎无处不在，并且同步相量数据几乎随处可用，而发电厂所有者无需支付额外费用。

运行同步相量数据集中器 (PDC) 软件的专用计算机可以接收来自用于保护和控制同步断路器的各种基于微处理器的继电器的流数据。

正如基于微处理器的自动同步器可以从连接到其六个输入端子的电压中为每个同步方案选择适当的电压一样，PDC 可以根据操作员的选择在其输入数据流中为输入和运行电压选择适当的信号。发电机和断路器要同步。

不需要物理信号切换。并且来自断路器控制继电器的同步相量电压测量独立于自动同步器的测量，这使得系统冗余。

滞后领先

@Kaz 在评论中提供了一个很好的关于直接从动的电机/发电机的总结（为后代记录在这里；-)）：

这就像是在问，是什么让船上的奴隶划船者不被动地让他们的桨随水漂流而不做任何工作？好吧，有一个打鼓的人，所以每个人都必须以相同的频率拉，否则会被鞭打。如果奴隶们偷懒了，船就会慢下来，很快，他们就无法保持那种划船频率，除非再用力在水面上使船加速，否则让他们的划水明显小（匹配相对于水的缓慢速度）他们都受到了警卫的鞭打。

因此，假设两台发电机正在为电网供电。其中一台发电机有点懒惰，所以它只是随着频率旋转：它避免被驱动，但不做任何工作。然后，对电网的需求上升。另一台发电机陷入困境并减速。懒惰的人，虽然很懒惰，但仍然致力于保持频率。由于电网频率略有下降，这意味着懒惰的人现在已经投入使用：它正在加快步伐以帮助加速电网，从而投入使用。这很像人们合力划船或拉重物

在现代发电厂中，继续我们之前的讨论，该方法在架构上很简单：每个发电机都从属于一个全局时间参考。

如上所述，发生器被锁相到全局时钟。他们每个人都对他们的输出在特定时间处于特定相位角负责。

如果它们太快，则连接到发电机的称为调速器的装置会施加制动力。如果太慢，附加的励磁机会增加能量以加速发电机。

附带说明一下，在某些架构中，您可以在同一设备中实现这两个功能。例如，使用机械旋转机构，您可以将电动机连接到轴上，并通过分别反向或正向驱动所连接的电动机来抵抗（控制）或辅助（激发）旋转。

假设所有发电机都以相同的时间基准同相运行，则实现了同步。

减载

我能理解同步，你能解释一下“它如何确保发电机输出电流而不是吸收电流”吗？

这部分很直观。看看欧姆定律或克尔克霍夫定律......

如果两个电压源同步，则意味着它们同时产生相同的电压。如果一根完美的电线以相同的电压连接两个电压源，则该电线中将流过零电流。

如果您连接“大型”发电机和“小型”发电机，您只是描述了相同电压下最大电流的差异。

随着较小的发电机过载，它的电压会下降。在旋转发电机中，这会导致频率降低（转子减速），因为电负载通过电磁体施加机械制动力。

在任何一种情况下，同步器都会将过载情况检测为同步丢失并断开发电机。这称为“减载”。如您所见，负载脱落只会使剩余发电机的问题变得更糟，并且问题可能会级联。

这就是2003 年东北大停电期间发生的情况，尽管该事件是由软件故障引起的，其中一个原因是负载脱落过于激进，而不是实际过载。

没有二极管，在正常的交流系统中没有。我不确定你能把它们建那么大。

大厂与小厂，系统正常运行，保持同步；如果你的发电机稍微领先，它会遇到更多的阻力和反电动势，这往往会减慢它的速度。如果您稍微落后，阻力就会减少，并且可以自由加速。

启动工厂时，在连接之前使其处于阶段（参见 FriedParts 博士的链接）非常重要。不这样做会破坏一些大而昂贵的东西。

在没有网格参考的情况下启动工厂是一个问题；参见“黑色启动”，例如http://www.nationalgrid.com/NR/rdonlyres/99A34EB4-76F4-4042-AA12-35D6DD843FA7/3073/black_start.pdf