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.