Jaké jsou způsoby regulace frekvence elektrické energie?
Regulace frekvence (Frequency Regulation) je zásadní úkol v elektrických systémech, který má za cíl udržovat stabilitу síťové frekvence. Frekvence elektrického systému obvykle musí být udržována v konkrétním rozmezí, například 50 Hz nebo 60 Hz, aby bylo zajištěno správné fungování všech elektrických zařízení. Zde jsou některé běžné metody regulace frekvence:
1. Primární čidlo frekvence
Princip: Primární čidlo frekvence je dosaženo automatickou úpravou výkonu generátorských jednotek prostřednictvím jejich regulátorů jako odpověď na krátkodobé odchylky frekvence.
Aplikace: Je vhodné pro rychlou reakci na krátkodobé změny zatěžování.
Provoz: Regulátory automaticky upravují proud páry nebo vody do turbín na základě odchylek frekvence, což mění výstupní výkon generátoru.
2. Sekundární čidlo frekvence
Princip: Sekundární čidlo frekvence dále upravuje výkon generátorských jednotek, navazující na primární čidlo frekvence, pomocí systémů Automatické kontroly výkonu (AGC) k obnovení frekvence na nastavenou hodnotu.
Aplikace: Je vhodné pro střednědobou kontrolu frekvence.
Provoz: Systémy AGC automaticky upravují výkon generátorských jednotek na základě odchylek frekvence a Chyby řízení oblasti (ACE).
3. Terciární čidlo frekvence
Princip: Terciární čidlo frekvence optimalizuje výkon generátorských jednotek pro ekonomické rozdělení, navazující na sekundární čidlo frekvence, s cílem minimalizovat náklady na výrobu elektřiny.
Aplikace: Je vhodné pro dlouhodobou kontrolu frekvence a ekonomické rozdělení.
Provoz: Optimalizační algoritmy určují optimální výkon každé generátorské jednotky k dosažení stability frekvence a minimalizaci nákladů.
4. Regulace frekvence pomocí systémů ukládání energie (ESS)
Princip: Systémy ukládání energie mohou rychle nabíjet nebo vybíjet, aby poskytovaly nebo absorbovaly výkon, což pomáhá udržovat stabilitu frekvence.
Aplikace: Je vhodné pro rychlou reakci a krátkodobou regulaci frekvence.
Provoz: Systémy ukládání energie používají převodníky elektronické moci (např. inverzory) k rychlé reakci na změny frekvence a poskytnutí potřebné podpory výkonem.
5. Správa strany poptávky (DSM)
Princip: DSM zahrnuje motivování uživatelů k úpravě své spotřeby elektřiny, aby pomohli udržovat stabilitu frekvence sítě.
Aplikace: Je vhodné pro střednědobou kontrolu frekvence.
Provoz: Cenové signály, mechanismy pobídek nebo technologie inteligentních sítí vedou uživatele k snížení spotřeby během vrcholových hodin a zvýšení spotřeby během nevrcholových hodin.
6. Regulace frekvence pomocí obnovitelných zdrojů energie (RES)
Princip: Využití rychlé reakce obnovitelných zdrojů energie (jako jsou větrné a sluneční) k poskytování služeb regulace frekvence prostřednictvím převodníků elektronické moci (např. inverzory).
Aplikace: Je vhodné pro rychlou reakci a krátkodobou regulaci frekvence.
Provoz: Inverzory rychle upravují výstupní výkon obnovitelných zdrojů energie k reakci na změny frekvence.
7. Virtuální synchronní generátor (VSG)
Princip: Simulace dynamických charakteristik synchronních generátorů, aby distribuované zdroje energie (jako jsou inverzory) mohly poskytovat schopnosti regulace frekvence.
Aplikace: Je vhodné pro regulaci frekvence v distribuovaných zdrojích energie a mikrosítích.
Provoz: Kontrolní algoritmy dělají inverzory tak, aby napodobovaly chování synchronních generátorů, poskytují inertii a podporu regulace frekvence.
8. Černý start
Princip: Obnova provozu sítě po kompletním výpadku pomocí předem určených generátorských jednotek k zajištění stability frekvence.
Aplikace: Je vhodné pro obnovu sítě a nouzové situace.
Provoz: Předem se určí jisté generátorské jednotky jako zdroje černého startu, které začnou první během obnovy sítě a postupně obnoví ostatní generátorské jednotky a zatěžování.
Shrnutí
Regulace frekvence je klíčovým prostředkem k zajištění stability frekvence sítě a může být dosažena různými metodami. Primární a sekundární čidlo frekvence jsou základní metody vhodné pro různé časové horizonty regulace frekvence. Systémy ukládání energie, správa strany poptávky a regulace frekvence pomocí obnovitelných zdrojů energie poskytují flexibilní prostředky pro rychlou reakci a krátkodobou regulaci frekvence. Virtuální synchronní generátory a černý start hrají důležitou roli v konkrétních scénářích.
