Jakie są sposoby regulacji częstotliwości energii elektrycznej

Regulacja częstotliwości (Frequency Regulation) jest kluczowym zadaniem w systemach energetycznych, mającym na celu utrzymanie stabilności częstotliwości sieci. Częstotliwość systemu energetycznego zwykle musi być utrzymywana w określonym zakresie, takim jak 50 Hz lub 60 Hz, aby zapewnić prawidłowe działanie wszystkiego sprzętu elektrycznego. Oto kilka powszechnych metod regulacji częstotliwości:

1. Pierwsza kontrola częstotliwości

Zasada: Pierwsza kontrola częstotliwości jest osiągana poprzez automatyczne dostosowywanie mocy wyjściowej jednostek produkcyjnych przez ich regulatorzy w odpowiedzi na krótkoterminowe odchylenia częstotliwości.

Zastosowanie: Odpowiednie dla szybkiej reakcji na krótkoterminowe zmiany obciążenia.

Działanie: Regulatorzy automatycznie dostosowują przepływ pary lub wody do turbin w zależności od odchyleń częstotliwości, co prowadzi do zmiany mocy wyjściowej generatora.

2. Druga kontrola częstotliwości

Zasada: Druga kontrola częstotliwości dalszo dostosowuje moc wyjściową jednostek produkcyjnych, opierając się na pierwszej kontroli częstotliwości, używając systemów Automatycznej Kontroli Generacji (AGC), aby przywrócić częstotliwość do jej punktu ustawienia.

Zastosowanie: Odpowiednie dla średniookresowej kontroli częstotliwości.

Działanie: Systemy AGC automatycznie dostosowują moc wyjściową jednostek produkcyjnych w oparciu o odchylenia częstotliwości i Błąd Kontroli Obszaru (ACE).

3. Trzecia kontrola częstotliwości

Zasada: Trzecia kontrola częstotliwości optymalizuje moc wyjściową jednostek produkcyjnych dla ekonomicznego rozdziału, opierając się na drugiej kontroli częstotliwości, aby zminimalizować koszty generacji.

Zastosowanie: Odpowiednie dla długoterminowej kontroli częstotliwości i ekonomicznego rozdziału.

Działanie: Algorytmy optymalizacyjne określają optymalną moc wyjściową dla każdej jednostki produkcyjnej, aby osiągnąć stabilność częstotliwości i minimalizację kosztów.

4. Regulacja częstotliwości za pomocą systemów magazynowania energii (ESS)

Zasada: Systemy magazynowania energii mogą szybko ładować się lub rozładowywać, dostarczając lub absorbuując moc, co pomaga utrzymać stabilność częstotliwości.

Zastosowanie: Odpowiednie dla szybkiej reakcji i krótkoterminowej regulacji częstotliwości.

Działanie: Systemy magazynowania energii używają konwerterów elektronicznych mocy (np. inwerterów), aby szybko reagować na zmiany częstotliwości i dostarczać niezbędne wsparcie mocy.

5. Zarządzanie stroną popytu (DSM)

Zasada: DSM polega na motywacji użytkowników do dostosowania swojego zużycia energii elektrycznej, aby pomóc w utrzymaniu stabilności częstotliwości sieci.

Zastosowanie: Odpowiednie dla średniookresowej kontroli częstotliwości.

Działanie: Sygnały cenowe, mechanizmy zachęcające lub technologie inteligentnej sieci elektroenergetycznej kierują użytkownikami do redukcji zużycia podczas godzin szczytu i zwiększenia zużycia podczas godzin poza szczytem.

6. Regulacja częstotliwości za pomocą źródeł odnawialnych (RES)

Zasada: Wykorzystanie szybkich możliwości reakcji źródeł odnawialnych (np. wiatrowe i słoneczne) do dostarczania usług regulacji częstotliwości za pomocą konwerterów elektronicznych mocy (np. inwerterów).

Zastosowanie: Odpowiednie dla szybkiej reakcji i krótkoterminowej regulacji częstotliwości.

Działanie: Inwertery szybko dostosowują moc wyjściową źródeł odnawialnych w odpowiedzi na zmiany częstotliwości.

7. Wirtualny generator synchroniczny (VSG)

Zasada: Symulacja dynamicznych cech generatorów synchronicznych, umożliwiająca rozproszonym źródłom mocy (np. inwerterom) dostarczanie możliwości regulacji częstotliwości.

Zastosowanie: Odpowiednie dla regulacji częstotliwości w rozproszonych źródłach mocy i mikrosieciach.

Działanie: Algorytmy sterujące sprawiają, że inwertery naśladują zachowanie generatorów synchronicznych, dostarczając bezwładność i wsparcie w regulacji częstotliwości.

8. Restart czarny (Black Start)

Zasada: Przywrócenie działania sieci po całkowitym zaciemnieniu za pomocą uprzednio wyznaczonych jednostek produkcyjnych, aby zapewnić stabilność częstotliwości.

Zastosowanie: Odpowiednie dla odzyskiwania sieci i sytuacji awaryjnych.

Działanie: Uprzednio wyznaczone jednostki produkcyjne jako źródła restartu czarnego, które startują jako pierwsze podczas odzyskiwania sieci, stopniowo przywracając inne jednostki produkcyjne i obciążenia.

Podsumowanie

Regulacja częstotliwości jest kluczowym środkiem zapewnienia stabilności częstotliwości sieci i może być realizowana poprzez różne metody. Pierwsza i druga kontrola częstotliwości to podstawowe metody odpowiednie dla różnych skal czasowych regulacji częstotliwości. Systemy magazynowania energii, zarządzanie stroną popytu i regulacja częstotliwości za pomocą źródeł odnawialnych zapewniają elastyczne sposoby na szybką reakcję i krótkoterminową regulację częstotliwości. Wirtualne generatory synchroniczne i restart czarny odgrywają ważne role w określonych scenariuszach.