چگونه روش‌های تنظیم فرکانس برق انجام می‌شود

تنظیم فرکانس (Frequency Regulation) وظیفه‌ای ضروری در سیستم‌های برق است که هدف آن حفظ پایداری فرکانس شبکه است. معمولاً نیاز است تا فرکانس یک سیستم برق در محدوده خاصی مانند ۵۰ هرتز یا ۶۰ هرتز نگهداری شود تا عملکرد صحیح تمام تجهیزات الکتریکی تضمین شود. در اینجا چند روش معمول تنظیم فرکانس آورده شده است:

۱. تنظیم فرکانس اولیه

اصل: تنظیم فرکانس اولیه با تنظیم خودکار قدرت خروجی واحدهای تولیدی از طریق حکام آنها برای پاسخ به انحرافات فرکانس کوتاه‌مدت انجام می‌شود.

کاربرد: مناسب برای پاسخ سریع به تغییرات بار کوتاه‌مدت.

عملکرد: حکام به صورت خودکار جریان بخار یا آب به توربین‌ها را بر اساس انحرافات فرکانس تنظیم می‌کنند، بنابراین قدرت خروجی ژنراتور را تغییر می‌دهند.

۲. تنظیم فرکانس ثانویه

اصل: تنظیم فرکانس ثانویه با تنظیم بیشتر قدرت خروجی واحدهای تولیدی، با استفاده از سیستم‌های کنترل تولید خودکار (AGC)، برای بازگرداندن فرکانس به نقطه تنظیم خود انجام می‌شود.

کاربرد: مناسب برای کنترل فرکانس متوسط‌مدت.

عملکرد: سیستم‌های AGC به صورت خودکار قدرت خروجی واحدهای تولیدی را بر اساس انحرافات فرکانس و خطای کنترل منطقه (ACE) تنظیم می‌کنند.

۳. تنظیم فرکانس ثالثی

اصل: تنظیم فرکانس ثالثی با بهینه‌سازی قدرت خروجی واحدهای تولیدی برای توزیع اقتصادی، با استفاده از تنظیم فرکانس ثانویه، برای کمینه کردن هزینه‌های تولید انجام می‌شود.

کاربرد: مناسب برای کنترل فرکانس بلندمدت و توزیع اقتصادی.

عملکرد: الگوریتم‌های بهینه‌سازی قدرت خروجی بهینه برای هر واحد تولیدی را تعیین می‌کنند تا پایداری فرکانس و کمینه کردن هزینه‌ها را به دست آورند.

۴. تنظیم فرکانس با استفاده از سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی (ESS)

اصل: سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی می‌توانند به سرعت شارژ یا دشارژ شوند تا قدرت تأمین یا جذب کنند و به حفظ پایداری فرکانس کمک کنند.

کاربرد: مناسب برای پاسخ سریع و تنظیم فرکانس کوتاه‌مدت.

عملکرد: سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی از مبدل‌های الکترونیک قدرت (مانند مبدل‌های جریان مستقیم) برای پاسخ سریع به تغییرات فرکانس و تأمین پشتیبانی لازم استفاده می‌کنند.

۵. مدیریت تقاضا (DSM)

اصل: DSM شامل انگیزه‌بخشی به کاربران برای تنظیم مصرف برق خود برای کمک به حفظ پایداری فرکانس شبکه است.

کاربرد: مناسب برای کنترل فرکانس متوسط‌مدت.

عملکرد: سیگنال‌های قیمت، مکانیسم‌های انگیزه یا تکنولوژی‌های شبکه هوشمند کاربران را هدایت می‌کنند تا در ساعات پیک مصرف خود را کاهش دهند و در ساعات غیرپیک مصرف خود را افزایش دهند.

۶. تنظیم فرکانس با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر (RES)

اصل: با استفاده از توان پاسخ سریع منابع انرژی تجدیدپذیر (مانند باد و خورشید) خدمات تنظیم فرکانس از طریق مبدل‌های الکترونیک قدرت (مانند مبدل‌های جریان مستقیم) ارائه می‌شود.

کاربرد: مناسب برای پاسخ سریع و تنظیم فرکانس کوتاه‌مدت.

عملکرد: مبدل‌ها به سرعت قدرت خروجی منابع انرژی تجدیدپذیر را برای پاسخ به تغییرات فرکانس تنظیم می‌کنند.

۷. ژنراتور مجازی همزمان (VSG)

اصل: شبیه‌سازی ویژگی‌های دینامیکی ژنراتورهای همزمان برای امکان دادن به منابع توزیع شده (مانند مبدل‌ها) تا توان تنظیم فرکانس ارائه دهند.

کاربرد: مناسب برای تنظیم فرکانس در منابع توزیع شده و شبکه‌های کوچک.

عملکرد: الگوریتم‌های کنترلی مبدل‌ها را به نحوی تنظیم می‌کنند که رفتار ژنراتورهای همزمان را می‌نمایانند و پشتیبانی از اینرسی و تنظیم فرکانس ارائه می‌دهند.

۸. راه‌اندازی سیاه (Black Start)

اصل: بازیابی عملیات شبکه پس از قطع کامل برق با استفاده از واحدهای تولیدی پیش‌تعیین شده برای تضمین پایداری فرکانس.

کاربرد: مناسب برای بازیابی شبکه و شرایط اضطراری.

عملکرد: واحدهای تولیدی مشخصی به عنوان منابع راه‌اندازی سیاه پیش‌تعیین می‌شوند که در زمان بازیابی شبکه ابتدا شروع به کار می‌کنند و به تدریج سایر واحدهای تولیدی و بارها را بازیابی می‌کنند.

خلاصه

تنظیم فرکانس وسیله‌ای حیاتی برای تضمین پایداری فرکانس شبکه است و می‌تواند از طریق روش‌های مختلفی انجام شود. تنظیم فرکانس اولیه و ثانویه روش‌های اساسی هستند که برای مقیاس‌های زمانی مختلف تنظیم فرکانس مناسب هستند. سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، مدیریت تقاضا و تنظیم فرکانس با منابع انرژی تجدیدپذیر وسایلی پویا برای پاسخ سریع و تنظیم فرکانس کوتاه‌مدت ارائه می‌دهند. ژنراتورهای مجازی همزمان و راه‌اندازی سیاه نقش مهمی در سناریوهای خاص ایفا می‌کنند.