Milyen módokon történik az elektromos áramkör frekvenciájának szabályzása?

A frekvencia szabályozás (Frequency Regulation) alapvető feladat az energiarendszerekben, amelynek célja a hálózati frekvencia stabilitásának fenntartása. Az energiarendszer frekvenciáját általában egy adott tartományon belül kell tartani, például 50 Hz vagy 60 Hz, hogy minden elektrikus eszköz megfelelően működjön. Íme néhány gyakori frekvencia-szabályozási módszer:

1. Elsődleges frekvencia-szabályozás

Elv: Az elsődleges frekvencia-szabályozást a generáló egységek kimeneti teljesítményének automatikus beállításával érik el a vezérlők segítségével rövid távú frekvencia-eltérésekre reagálva.

Alkalmazás: Rövid távú terhelés-változások gyors kezelésére alkalmas.

Működés: A vezérlők automatikusan beállítják a gőz vagy víz folyamát a türbínákba a frekvencia-eltérések alapján, ezzel módosítva a generátor kimeneti teljesítményét.

2. Másodlagos frekvencia-szabályozás

Elv: A másodlagos frekvencia-szabályozás további beállításokat hajt végre a generáló egységek kimeneti teljesítményén, az elsődleges frekvencia-szabályozásra építve, és Automatikus Generációs Szabályozási (AGC) rendszereket használva a frekvencia visszaállításához a beállított pontba.

Alkalmazás: Középtávú frekvencia-szabályozásra alkalmas.

Működés: Az AGC rendszerek automatikusan beállítják a generáló egységek kimeneti teljesítményét a frekvencia-eltérések és a Területi Szabályozási Hiba (ACE) alapján.

3. Harmadlagos frekvencia-szabályozás

Elv: A harmadlagos frekvencia-szabályozás optimalizálja a generáló egységek kimeneti teljesítményét gazdaságossá tenni, a másodlagos frekvencia-szabályozásra építve, hogy minimalizálja a termelési költségeket.

Alkalmazás: Hosszútávú frekvencia-szabályozásra és gazdaságossá tenni alkalmas.

Működés: Optimalizálási algoritmusok határozzák meg a legoptimálisabb kimeneti teljesítményt minden generáló egység számára a frekvencia stabilitás és a költségminimalizálás érdekében.

4. Frekvencia-szabályozás Energia Tároló Rendszerek (ESS) használatával

Elv: Az energia tároló rendszerek gyorsan töltődhetnek vagy üresedhetnek, hogy energia-támogatást nyújtsanak vagy fogadjanak, így segítve a frekvencia stabilitásának fenntartásában.

Alkalmazás: Gyors reakcióra és rövid távú frekvencia-szabályozásra alkalmas.

Működés: Az energia tároló rendszerek energiaszerző elektromos konverzorokat (mint például invertereket) használnak, hogy gyorsan reagáljanak a frekvencia-változásokra, és szükséges energia-támogatást nyújtsanak.

5. Igényoldali Kezelés (DSM)

Elv: A DSM arra ösztönzi a felhasználókat, hogy alkalmazkodjanak az elektromos energiafogyasztásukhoz, hogy segítsék a hálózati frekvencia stabilitásának fenntartását.

Alkalmazás: Középtávú frekvencia-szabályozásra alkalmas.

Működés: Ársignálok, ösztönző mechanizmusok vagy intelligens hálózati technológiák iránymutatást adnak a felhasználóknak, hogy csökkentsék a fogyasztást a csúcsidők alatt, és növeljék az off-peak idők alatt.

6. Frekvencia-szabályozás Megújuló Energiát Fölött (RES) használatával

Elv: A megújuló energiaforrások (például szél- és napelem) gyors reakciós képességeinek kihasználása frekvencia-szabályozási szolgáltatások biztosításához energiaszerző elektromos konverzorok (mint például inverterek) segítségével.

Alkalmazás: Gyors reakcióra és rövid távú frekvencia-szabályozásra alkalmas.

Működés: Az inverterek gyorsan beállítják a megújuló energiaforrások kimeneti teljesítményét a frekvencia-változásokra reagálva.

7. Virtuális Szinkron Gép (VSG)

Elv: A szinkron gépek dinamikai jellemzőinek szimulálása, hogy a terjesztett energiaforrások (mint például inverterek) frekvencia-szabályozási képességeket biztosíthassanak.

Alkalmazás: Frekvencia-szabályozás terjesztett energiaforrásokban és mikrohálózatokban.

Működés: A vezérlő algoritmusok az invertereket úgy állítják be, hogy a szinkron gépek viselkedését utánozzák, inerciát és frekvencia-szabályozási támogatást nyújtva.

8. Fekete Indítás

Elv: A hálózat működésének visszaállítása teljes sötétítés után előzetesen meghatározott generáló egységek használatával, hogy a frekvencia stabilitást biztosítsa.

Alkalmazás: Hálózat helyreállítására és válsághelyzetekre alkalmas.

Működés: Előzetesen meghatározott generáló egységeket fekete indítási forrásként, amelyek elsők indulnak a hálózat helyreállítása során, lassan visszaállítva a többi generáló egységet és terhelést.

Összefoglalás

A frekvencia-szabályozás kulcsfontosságú eszköz a hálózati frekvencia stabilitásának fenntartásához, és különböző módszerekkel érhető el. Az elsődleges és másodlagos frekvencia-szabályozás alapvető módszerek, különböző időskálákon való frekvencia-szabályozásra. Az energia tároló rendszerek, az igényoldali kezelés és a megújuló energia frekvencia-szabályozása rugalmas eszközöket biztosít gyors reakcióra és rövid távú frekvencia-szabályozásra. A virtuális szinkron gépek és a fekete indítás specifikus helyzetekben játszanak fontos szerepet.