Ŝarĝa Frekvenca Regado (LFC) & Turbinregado (TGC) en Energiisistemo
Termo-generantaj Unuoj: Kuraĝa Enkonduko
La elektra produkcio baziĝas sur renovigeblaj kaj nenovigeblaj energi-riĉaĵoj. Termo-generantaj unuoj estas tradicia maniero de energi-produkado. En tiuj unuoj, bruloj kiel karbono, nuklea energio, natura gaso, biokombustikiloj kaj biogazo estas kombustitaj en bojlilo.
La bojlilo de generanta unuo estas tre kompleksa sistemo. En ĝia plej simpla koncepto, ĝi povas esti imagita kiel ĉambro, kies muroj estas kunmetitaj per tuboj, tra kiuj daŭre cirkulas akvo. La termika energio liberiĝinta pro la kombusto de brulilo en la bojlilo estas transdonata al tiu akvo. Dum tiu procezo, la akvo transformiĝas en seka satura vaporo karakterizita per alta premo (variante de 150 ksc ĝis 380 ksc, depende de la dizajno) kaj alta temperaturo (inter 530°C kaj 732°C, sub la specifaĵoj de la dizajno).
Tiu satura vaporo tiam estas alprovizita al turbine, kie ĝi dilatiĝas kaj sia temperaturo malpliiĝas. En tiu ekspandproceso, la vaporo transdonas sian termikan energion al la rotacia energio de la akso de la turbine. La fluo de vaporo en la turbine regatas per regula valvulo, kiu estas administrita per la regula sistemo de la turbine. Konsekvence, la aktiva potenco eligo de la turbine estas kontroliĝa per la regulo. La turbine estas kunmetita kun sinkrona generatoro.
La sinkrona generatoro konvertas la mekanikan energion de la turbine al elektra energio. Sinkronaj generatoroj produktas elektron relativan malaltan voltan, kutime en la amplekso de 11 kV ĝis 26 kV, je la nominala frekvenco. Tiu volto tiam pligrandigatas al 220 kV/400 kV/765 kV per generanta transformilo por transmiso en la elektraj reto. En studoj de elektraj sistemoj, ĉi tiu tuta integrita sistemo nomiĝas kiel generanta unuo.
Regulado de Turbinregulo (TGC)
Kiel antaŭe menciite, la regulo regulas la aktivan potencfluan en la turbine per kontrolado de la pozicio de la regula valvulo. Hidraulika regulo povas modeliĝi kiel integrala regilo, kiu prenas retroinformon de la efektiva rotacia rapido de la turbine. Figuro 1 ilustras la operacion de la regulo en rapid-kontrola modo.
La efektiva rapido de la turbine estas komparata kontraŭ la referenca rapido (korespondanta al la nominala reto-frekvenco). La rezulta erar-signalo pri rapido (∆ωᵣ) tiam estas alprovizita al la regulo. Bazante sur tiu erar-signalo, la regulo adaptas la pozicion de la regula valvulo: se detektatas pozitiva erar-signalo (montranta ke la efektiva frekvenco superas la nominalan frekvenco), la regulo iomete fermitas la valvulon; konverse, ĝi malfermas la valvulon kiam ricevas negativa erar-signalo.
"R" reprezentas la droopo-ajuston de la regulo, kutime variante inter 3% kaj 8%. Matematike, ĝi difiniĝas kiel:
R = (unuopa ŝanĝo en frekvenco) / (unuopa ŝanĝo en potenco)
Droopo-ajustoj estas gravaj por stabila paralela operacio de multaj generantaj unuoj, ĉar ili determinas kiel ŝargo estas dividadan en kontrola areo. Unuoj kun pli malgranda droopo-valoro automate asumas pli grandan parton de la ŝargo.
Kontrola Areo
En elektra sistemo, generantaj unuoj kaj ŝargoj disiĝas tra vasta geografia regiono. Por teni stabilecon, la tuta reto dividitas en pli malgrandajn kontrolajn areojn (primare bazitajn sur geografio). Tiu divido ebligas:
En kontrola areo, pluraj generantaj unuoj kaj ŝargoj koekzistas. Subdividado de la elektrosistemo en kontrolajn areojn servas plurajn klavajn celojn:
1. Kontrolo de Ŝargo-Frekvenco
Ĉi tiu kadro ebligas la aplikon de ŝargo-frekvenco-kontrolaj metodoj por teni la retan frekvencan—koncepton esploritan pli detalajn poste.
2. Determinado de Planitaj Interŝanĝoj
Se la generado de kontrola areo malpliigas ol la ŝargpeto, potenco fluas en la areo de najbaraj kontrolaj areoj per liglinioj (kaj inverse).
3. Efika Divido de Ŝargo
Ŝargpeto variiĝas dum la tago (ekzemple, pli malalta nokte, atinganta la pintojn matene kaj vespere). Kontrolaj areoj simpligas la procezon de:
Potenca Balanco
Elektra energio estas konsumata en reala tempo (ĝi ne povas esti grandskale konservata). Do, potenca balanco estas fundamenta postulo:
Generita Potenco (P₉) = Ŝargpeto (Pd) + Transmitaj Perdoj (Pₗ)
Transmitaj perdoj tipike kalkulatas je ~2% de la generita potenco kaj ofte neglektatas kiam fokusas sur frekvenco-kontrolo. Por simpleco, ni aproksimadas:
Generita Potenco (P₉) ≈ Ŝargpeto (Pd)
Frekvenco-vario
Grada frekvenco fluktuas pro malakordoj inter ŝargpeto kaj generado. Dum minoraj devioj stabiligatas per sistemo-inercio, signifaj lacunoj (ekzemple, unitripoj, grandaj ŝargŝanĝoj) povas kaŭzi frekvencan varion je ±5%. Klavaj scenaroj inkludas:
En plej multaj kazoj (ekzemple, unitripoj, liniotripoj, granda ŝargkonektado), peto superas generadon, kaŭzante frekvencan falon. Konverse, se transmitlinio servanta grandan ŝargon tripiĝas, generado povas superi peton, kaŭzante frekvencan superrigon. Kvankam la sistemo respondas kontraŭe al tiuj scenaroj, kompreno de frekvencaj faloj sufiĉas por kompreni ambaŭ kondutojn.
Kial Okazas Frekvencaj Faloj
Du inherentaj sistembazaj kondutoj kaŭzas frekvencajn falojn:
1. Ŝarg-dampado
Induktivaj motoroj (ekzemple, hejma ventililoj, industria drivejoj) dominas la grada ŝargo. Ilia potenca konsumado estas frekvenco-dependa: 1%-a reduktado de frekvenco tipike reduktas la aktivan potenkon je ~2% en grandaj sistemoj. Kiam novaj ŝargoj konektiĝas, frekvenco falas, kaj ekzistantaj induktivaj ŝargoj aŭtomate konsumas malpli potencon—parte mitigante la peto-generadan gablon.
2. Libero de Kineta Energio el Turbino-Generatoraj (TG) Aparatoj
Konvenciaj TG aparatoj havas masivajn rotorojn (ofte >25 tonoj) turnantajn je 3000 RPM (por 50Hz-retoj). Kiam peto superas generadon, tiuj rotoroj tempore provizas konservitan kinetan energion (por 3-5 sekundoj, depende de inerco). Kiel rotoroj malrapidegas, grada frekvenco falas.
Frekvenco-Kontrolo
Ŝargo-frekvenco-kontrolo (LFC) restabiliĝas grada frekvenco al sia nominala valoro post peto-generadaj malakordo. Du niveloj de kontrolo ekzistas:
1. Unua Frekvenco-Kontrolo
Je la unu-nivelo, la regula sistemo de la turbine adaptas rapidecon (kaj do frekvenco). Kiel antaŭe montrite, ĉiu unuo modulas vaporon enbase al frekvenco-devioj. La plena unua regula ciklo por generanta stacio estas bildigita sube.
2. Sekunda Frekvenco-Kontrolo
Ĉi tio implictas koordinatan kontrolon tra pluraj unuoj en diversaj kontrolaj areoj, certigante longtempan frekvencan stabilecon kaj optimalan ŝarg-dividon.
Limitoj de Unua Frekvenco-Kontrolo
Unua frekvenco-kontrolo sola rezultigas stabilan frekvencan devion, influitan de la regula droopo-karakterizo kaj ŝargfrekvenco-sensiblereco. Ĉi tio okazas ĉar individuaj unuoj adaptas rapidon sen konsidero de kie novaj ŝargoj estas konektitaj aŭ kiom ŝargo estas aldonita. Sen tia konteksta asesmento, potenca balanco ne povas plene restabiliĝi, kaj frekvenco-devio persistas. Post unua regula ago, la stabilan frekvencan eraron povas esti aŭ pozitiva aŭ negativa.
Sekunda Frekvenco-Kontrolo
Restabligo de sistema frekvenco al sia nominala valoro postulas sekundan kontrolo, kiu konsideras novajn ŝarg-lokojn kaj adaptas referenc-setpunktojn por selektitaj unuoj. Kiam ŝargo pliigas en kontrola areo, generado en tiu areo devas pliigi por:
Por atingi tion:
Kiam reviziitaj ŝargsetpunktoj estas emisitaj, unuoj komencas adapti generadon. Pro la mekanika naturo de potenca produkado, ĝi bezonas 25-30 minutojn por unuoj atingi iliajn planitajn eligojn. Kiam ĉiuj generaj stacioj atingas celan generadon, potenca balanco restabiliĝas, kaj frekvenco revenas al nominala.
La tuta respondo de la sistemo kun la unua kaj dua frekvenco-kontrolo povas esti komprenita per la grafiko sube.
Sistema Respondo al Ŝarg-pliigo (A-B-C-D)
A-B: Tempora Kineta Energio-Liberigo
Antaŭ punkto A, la sistemo funkciigas en potenca balanco. Je punkto A, ŝargo subite pliigas de P₀ al P₀ + ∆P. 3-5 sekundaj forirego okazas antaŭ ol la regulo respondas. Dum tiu intervalo, la rotor-stokita kineta energio provizas la superan ŝargon, kaŭzante malrapidegon de la rotor-rapido kaj frekvencan falon al minimuma valoro f₁.
B-C: Ago de Unua Frekvenco-Kontrolo
Je ~5 sekundoj, la regulo inicias rapidkontrolon, pliigante vaporinfluon por restabili rotor-rapidon. Ĉi tiu fazo daŭras 20-25 sekundojn (depende de la frekvenco-fal-grando). Kiel diskutite, unua kontrolo sola lasas stabilan frekvencan eraron ∆f pro la regula droopo.
C-D: Sekunda Frekvenco-Kontrolo (Aktivigo de AGC)
Kiam frekvenco stabiligas, sekunda kontrolo (per AGC) adaptas generadon por selektitaj unuoj en ĉiu kontrola areo. Ĉi tiu procezo konsideras:
Generaj adaptiĝoj limigatas per la unuoj’ desegnitaj ramp-rate, bezonante kelkajn minutojn por fini. Post finado, planitaj interŝanĝoj revenas al pre-kalkulitaj valoroj, kaj la sistemo atingas novan potencan balancon kun nominala frekvenco.
