Quali sono i modi di regolazione della frequenza elettrica

La regolazione della frequenza (Frequency Regulation) è un compito essenziale nei sistemi elettrici, finalizzato a mantenere la stabilità della frequenza di rete. La frequenza di un sistema elettrico deve generalmente essere mantenuta entro un intervallo specifico, come 50 Hz o 60 Hz, per garantire il corretto funzionamento di tutte le apparecchiature elettriche. Ecco alcuni metodi comuni di regolazione della frequenza:

1. Controllo Primario della Frequenza

Principio: Il controllo primario della frequenza viene realizzato attraverso l'adattamento automatico della potenza erogata dalle unità di generazione mediante i loro governatori in risposta a deviazioni di frequenza a breve termine.

Applicazione: Adatto per una rapida risposta a cambiamenti di carico a breve termine.

Funzionamento: I governatori regolano automaticamente il flusso di vapore o acqua alle turbine in base alle deviazioni di frequenza, modificando così la potenza erogata dal generatore.

2. Controllo Secondario della Frequenza

Principio: Il controllo secondario della frequenza aggiunge ulteriori adattamenti alla potenza erogata dalle unità di generazione, basandosi sul controllo primario, utilizzando i sistemi di Controllo Automatico della Generazione (AGC) per ripristinare la frequenza al suo punto di riferimento.

Applicazione: Adatto per il controllo della frequenza a medio termine.

Funzionamento: I sistemi AGC regolano automaticamente la potenza erogata dalle unità di generazione in base alle deviazioni di frequenza e all'Errore di Controllo dell'Area (ACE).

3. Controllo Tertiaro della Frequenza

Principio: Il controllo tertiaro della frequenza ottimizza la potenza erogata dalle unità di generazione per la dispatch economica, basandosi sul controllo secondario, per minimizzare i costi di generazione.

Applicazione: Adatto per il controllo della frequenza a lungo termine e la dispatch economica.

Funzionamento: Gli algoritmi di ottimizzazione determinano la potenza erogata ottimale per ogni unità di generazione per raggiungere la stabilità della frequenza e la minimizzazione dei costi.

4. Regolazione della Frequenza Utilizzando Sistemi di Accumulazione dell'Energia (ESS)

Principio: I sistemi di accumulazione dell'energia possono caricarsi o scaricarsi rapidamente per fornire o assorbire potenza, contribuendo a mantenere la stabilità della frequenza.

Applicazione: Adatto per una rapida risposta e il controllo della frequenza a breve termine.

Funzionamento: I sistemi di accumulazione dell'energia utilizzano convertitori elettronici di potenza (come invertitori) per rispondere rapidamente ai cambiamenti di frequenza e fornire il supporto di potenza necessario.

5. Gestione del Lato Domanda (DSM)

Principio: La DSM coinvolge l'incoraggiamento degli utenti ad adattare il loro consumo di elettricità per aiutare a mantenere la stabilità della frequenza di rete.

Applicazione: Adatta per il controllo della frequenza a medio termine.

Funzionamento: Segnali di prezzo, meccanismi di incentivo o tecnologie smart grid guidano gli utenti a ridurre il consumo durante gli orari di punta e aumentarlo durante gli orari fuori punta.

6. Regolazione della Frequenza Utilizzando Fonti di Energia Rinnovabile (RES)

Principio: Utilizzare le capacità di risposta rapida delle fonti di energia rinnovabile (come eolico e solare) per fornire servizi di regolazione della frequenza attraverso convertitori elettronici di potenza (come invertitori).

Applicazione: Adatta per una rapida risposta e il controllo della frequenza a breve termine.

Funzionamento: Gli invertitori regolano rapidamente la potenza erogata dalle fonti di energia rinnovabile in risposta ai cambiamenti di frequenza.

7. Generatore Sincrono Virtuale (VSG)

Principio: Simulare le caratteristiche dinamiche dei generatori sincroni per abilitare le fonti di potenza distribuite (come invertitori) a fornire capacità di regolazione della frequenza.

Applicazione: Adatto per la regolazione della frequenza in fonti di potenza distribuite e micro-reti.

Funzionamento: Gli algoritmi di controllo fanno sì che gli invertitori imitino il comportamento dei generatori sincroni, fornendo inerzia e supporto alla regolazione della frequenza.

8. Avvio Nero (Black Start)

Principio: Ripristinare l'operatività della rete dopo un blackout completo utilizzando unità di generazione predeterminate per garantire la stabilità della frequenza.

Applicazione: Adatto per il recupero della rete e situazioni di emergenza.

Funzionamento: Predeterminare certe unità di generazione come fonti di avvio nero, che si attivano per prime durante il recupero della rete, ripristinando gradualmente altre unità di generazione e carichi.

Riepilogo

La regolazione della frequenza è un mezzo critico per garantire la stabilità della frequenza di rete e può essere ottenuta attraverso vari metodi. Il controllo primario e secondario della frequenza sono metodi di base adatti a diversi tempi di controllo della frequenza. I sistemi di accumulazione dell'energia, la gestione del lato domanda e la regolazione della frequenza con fonti rinnovabili forniscono mezzi flessibili per una rapida risposta e il controllo della frequenza a breve termine. I generatori sincroni virtuali e l'avvio nero svolgono ruoli importanti in scenari specifici.