Miten sähköntaajuutta säädellään?

Taajuusregulaatio (Frequency Regulation) on välttämätön tehtävä sähköverkoissa, joka pyrkii ylläpitämään verkon taajuisen vakautta. Sähköjärjestelmän taajuuden on yleensä pidettävä tiettyjen rajojen sisällä, kuten 50 Hz tai 60 Hz, varmistaakseen kaiken sähkövarusteiston asianmukaisen toiminnan. Tässä on useita yleisiä taajuusregulaatiomenetelmiä:

1. Primääritaajuusohjaus

Periaate: Primääritaajuusohjaus toteutetaan tuotantoyksiköiden tuotantotehon automaattisella säädöllä niiden ohjausten kautta vastatakseen lyhytaikaiseihin taajuushajaannuksiin.

Sovellus: Kelpaa nopeaan reaktioon lyhytaikaisiin kuormituksen muutoksiin.

Toiminta: Ohjaimet säätävät automaattisesti höyry- tai vesivirtaa turbiineille taajuushajaannusten perusteella, mikä muuttaa sähkötuotannon määrää.

2. Sekundaaritaajuusohjaus

Periaate: Sekundaaritaajuusohjaus lisää tuotantoyksiköiden tuotantotehoa primääritaajuusohjausta täydentäen käyttäen automaattisia tuotantoohjaussysteemejä (AGC) palauttaakseen taajuuden asetuspisteeseen.

Sovellus: Kelpaa keskipitkälle aikavälille taajuuden ohjaamiseen.

Toiminta: AGC-järjestelmät säätävät automaattisesti tuotantoyksiköiden tuotantotehoa taajuushajaannusten ja alueohjausvirheen (ACE) perusteella.

3. Tertiaaritaajuusohjaus

Periaate: Tertiaaritaajuusohjaus optimoi tuotantoyksiköiden tuotantotehoa taloudellisen jakeluun sekundaaritaajuusohjausta täydentäen vähentääkseen tuotantokustannuksia.

Sovellus: Kelpaa pitkälle aikavälille taajuuden ohjaamiseen ja taloudelliseen jakeluun.

Toiminta: Optimointialgoritmit määrittelevät optimaalisen tuotantotehon jokaiselle tuotantoyksikölle saavuttaakseen taajuuden vakauden ja kustannusten minimoinnin.

4. Taajuusregulaatio energiasäilytysjärjestelmien (ESS) avulla

Periaate: Energiavarastojärjestelmät voivat pikaisesti ladata tai purkaa tarjoamaan tai imeä energiaa, mikä auttaa ylläpitämään taajuuden vakautta.

Sovellus: Kelpaa nopeaan reaktioon ja lyhytaikaiseen taajuusregulaatioon.

Toiminta: Energiavarastojärjestelmät käyttävät sähkötekniikan muuntajia (kuten inversioita) reagoimaan nopeasti taajuuden muutoksiin ja tarjotakseen tarvittavan energiatuen.

5. Kulutussivun hallinta (DSM)

Periaate: DSM tarkoittaa kuluttajien kannustamista sähkönkulutuksen säätelyyn osana taajuuden vakauden ylläpitoa.

Sovellus: Kelpaa keskipitkälle aikavälille taajuuden ohjaamiseen.

Toiminta: Hinnan signaalit, kannustimekanavat tai älykkäiden verkkojen teknologiat ohjaavat kuluttajia vähentämään kulutustaan huippuhajoissa ja lisäämään kulutustaan alahajoissa.

6. Taajuusregulaatio uusiutuvilla energialähteillä (RES)

Periaate: Hyödynnetään uusiutuvien energialähteiden (kuten tuulen ja aurinkoenergian) nopeaa vastaamiskykyä tarjota taajuusregulaatiopalveluita sähkötekniikan muuntajien (kuten inversioiden) avulla.

Sovellus: Kelpaa nopeaan reaktioon ja lyhytaikaiseen taajuusregulaatioon.

Toiminta: Inversiot säätävät nopeasti uusiutuvien energialähteiden tuotantotehoa vastatakseen taajuuden muutoksiin.

7. Virtuaalinen synkroninen generaattori (VSG)

Periaate: Simuloidaan synkronisten generaattoreiden dynaamisia ominaisuuksia mahdollistaakseen hajautettujen tuotantolähteiden (kuten inversioiden) tarjoamisen taajuusregulaatiokapasiteettina.

Sovellus: Kelpaa taajuusregulaatioon hajautetuissa tuotantolähteissä ja mikroverkoissa.

Toiminta: Ohjausalgoritmit saavat inversiot toimimaan synkronisten generaattoreiden tavoin, tarjoten inertiapotentiaalin ja taajuusregulaation tuen.

8. Musta aloitus

Periaate: Palautetaan verkon toiminta täydellisen sähkökatkoksen jälkeen ennakkovalituilla tuotantoyksiköillä taajuuden vakauden varmistamiseksi.

Sovellus: Kelpaa verkon palauttamiseen ja hätätilanteisiin.

Toiminta: Valitaan tietyt tuotantoyksiköt mustan aloituksen lähteiksi, jotka käynnistyvät ensimmäisinä verkon palauttamisessa, ja ne viedään vähitellen muita tuotantoyksiköitä ja kuormia takaisin toimintaan.

Yhteenveto

Taajuusregulaatio on ratkaiseva keino varmistaa verkon taajuuden vakaus, ja sitä voidaan saavuttaa erilaisilla menetelmillä. Primääri- ja sekundaaritaajuusohjaus ovat perusmenetelmiä, jotka sopivat eri aikavälien taajuusohjaamiseen. Energiavarastojärjestelmät, kulutussivun hallinta ja uusiutuvien energialähteiden taajuusregulaatio tarjoavat joustavia tapoja nopeaan reaktioon ja lyhytaikaiseen taajuusregulaatioon. Virtuaaliset synkroniset generaattorit ja musta aloitus ovat tärkeitä rooleja tiettyissä tilanteissa.