Какие существуют способы регулирования частоты электричества

Регулирование частоты (Frequency Regulation) является важной задачей в энергосистемах, направленной на поддержание стабильности сетевой частоты. Частота энергосистемы обычно должна поддерживаться в определенном диапазоне, например, 50 Гц или 60 Гц, чтобы обеспечить правильную работу всего электрического оборудования. Вот несколько распространенных методов регулирования частоты:

1. Первичное регулирование частоты

Принцип: Первичное регулирование частоты осуществляется путем автоматической корректировки выходной мощности генерирующих установок через их регуляторы для реагирования на кратковременные отклонения частоты.

Применение: Подходит для быстрого реагирования на кратковременные изменения нагрузки.

Функционирование: Регуляторы автоматически корректируют поток пара или воды к турбинам на основе отклонений частоты, тем самым изменяя выходную мощность генератора.

2. Вторичное регулирование частоты

Принцип: Вторичное регулирование частоты дополнительно корректирует выходную мощность генерирующих установок, основываясь на первичном регулировании, используя системы автоматического управления генерацией (AGC) для восстановления частоты до заданного значения.

Применение: Подходит для среднесрочного регулирования частоты.

Функционирование: Системы AGC автоматически корректируют выходную мощность генерирующих установок на основе отклонений частоты и ошибки контроля зоны (ACE).

3. Третичное регулирование частоты

Принцип: Третичное регулирование частоты оптимизирует выходную мощность генерирующих установок для экономической диспетчеризации, основываясь на вторичном регулировании, чтобы минимизировать затраты на генерацию.

Применение: Подходит для долгосрочного регулирования частоты и экономической диспетчеризации.

Функционирование: Оптимизационные алгоритмы определяют оптимальную выходную мощность каждой генерирующей установки для достижения стабильности частоты и минимизации затрат.

4. Регулирование частоты с использованием систем хранения энергии (ESS)

Принцип: Системы хранения энергии могут быстро заряжаться или разряжаться, чтобы предоставлять или поглощать энергию, помогая поддерживать стабильность частоты.

Применение: Подходит для быстрого реагирования и краткосрочного регулирования частоты.

Функционирование: Системы хранения энергии используют преобразователи силовой электроники (например, инверторы) для быстрого реагирования на изменения частоты и предоставления необходимой энергетической поддержки.

5. Управление спросом (DSM)

Принцип: DSM включает в себя стимулирование пользователей для корректировки их потребления электроэнергии, чтобы помочь поддерживать стабильность сетевой частоты.

Применение: Подходит для среднесрочного регулирования частоты.

Функционирование: Ценовые сигналы, механизмы стимулирования или технологии умных сетей направляют пользователей на снижение потребления в часы пик и увеличение потребления в непиковое время.

6. Регулирование частоты с использованием возобновляемых источников энергии (RES)

Принцип: Использование быстрого реагирования возобновляемых источников энергии (например, ветра и солнца) для предоставления услуг по регулированию частоты через преобразователи силовой электроники (например, инверторы).

Применение: Подходит для быстрого реагирования и краткосрочного регулирования частоты.

Функционирование: Инверторы быстро корректируют выходную мощность возобновляемых источников энергии для реагирования на изменения частоты.

7. Виртуальный синхронный генератор (VSG)

Принцип: Имитация динамических характеристик синхронных генераторов, чтобы распределенные источники питания (например, инверторы) могли предоставлять возможности регулирования частоты.

Применение: Подходит для регулирования частоты в распределенных источниках питания и микросетях.

Функционирование: Алгоритмы управления заставляют инверторы имитировать поведение синхронных генераторов, предоставляя инерцию и поддержку регулирования частоты.

8. Черный старт

Принцип: Восстановление работы сети после полного отключения с помощью предварительно назначенных генерирующих установок для обеспечения стабильности частоты.

Применение: Подходит для восстановления сети и чрезвычайных ситуаций.

Функционирование: Предварительно назначаются определенные генерирующие установки как источники черного старта, которые запускаются в первую очередь при восстановлении сети, постепенно восстанавливая другие генерирующие установки и нагрузки.

Заключение

Регулирование частоты является критическим средством для обеспечения стабильности сетевой частоты и может быть достигнуто различными методами. Первичное и вторичное регулирование частоты являются базовыми методами, подходящими для различных временных масштабов регулирования. Системы хранения энергии, управление спросом и регулирование частоты с использованием возобновляемых источников энергии предоставляют гибкие средства для быстрого реагирования и краткосрочного регулирования. Виртуальные синхронные генераторы и черный старт играют важную роль в специфических сценариях.