Terhelés-gyakoriság szabályozás (LFC) & Turbinavégrehajtás-szabályozás (TGC) az energiarendszerben

Hőtermelő egységek rövid ismertetése

Az áramtermelés mind megújuló, mind nem megújuló energiaforrásokra támaszkodik. A hőtermelő egységek a hagyományos módszer az áramtermelésre. Ezekben az egységekben üzemanyagok, mint például a szén, a nukleáris energia, a természeti gáz, a biüzemanyag és a biogáz égnek egy keteltartályban.

A keteltartály egy rendkívül összetett rendszer. Az egyszerűbb elképzelésben kijelölhető, mint egy olyan kamra, amelynek falai csövekből vannak bevonva, amelyek között folyamatosan cirkulál víz. A belsejében égő üzemanyag által szabaduló hőenergia átadódik a viznek. Ez a folyamat során a víz átalakul magas nyomású (150 ksc-tól 380 ksc-ig, tervezésfüggően) és magas hőmérsékletű (530°C-tól 732°C-ig, tervezési előírások szerint) száraz telített párrá.

Ez a telített pára utána bekerül egy turbínába, ahol kiterjeszkedik, és a hőmérséklete csökken. Ebben a kiterjesztési folyamatban a pára hőenergiáját a turbina tengelyének forgástengelyének forgási energiájává alakítja. A pára behatolása a turbínába egy irányítókapcsolóval történik, amely a turbina vezérlőrendszere által irányított. Így a turbina aktív teljesítményét a vezérlő kapcsoló szabályozza. A turbina egy szinkron generátorral van összekapcsolva.

A szinkron generátor a turbina mechanikai energiáját elektromos energiává alakítja. A szinkron generátorok relatíve alacsony feszültségű áramot termelnek, általában 11 kV-tól 26 kV-ig, a nominális frekvencián. Ez a feszültség ezután léptető transzformátorral 220 kV/400 kV/765 kV-ra emelkedik az áramhálóba való továbbításhoz. Az erőrendszer tanulmányokban ezt az egész integrált rendszert hőtermelő egységnek nevezik.

Turbina Vezérlő Rendszer (TGC)

Ahogy korábban említettük, a vezérlő a beviteli irányítókapcsoló pozíciójának szabályozásával szabályozza a turbina aktív teljesítményét. A hidraulikus vezérlőt integráló szabályozóként modellezhetjük, ami a turbina tényleges forgási sebességét veszi visszacsatoló jelként. 1. ábra a vezérlő működését mutatja a sebesség-szabályozó módban.

A turbina tényleges sebessége összehasonlításra kerül a referencia sebességgel (ami a nominális hálózati frekvenciának felel meg). A keletkező sebesség-hiba jel (∆ωᵣ) ezután a vezérlőbe kerül. A hiba jel alapján a vezérlő beállítja az irányítókapcsoló pozícióját: ha pozitív hiba jelet észlel (azaz a tényleges frekvencia meghaladja a nominális frekvenciát), a vezérlő kissé bezárja a kapcsolót; fordítva, megnyitja, ha negatív hiba jelet kap.

Az "R" a vezérlő droop beállítását jelenti, amely általában 3%-8% között van. Matematikailag így definiálható:
R = (egységnyi frekvencia változás) / (egységnyi teljesítmény változás)

A droop beállítások kritikusak több hőtermelő egység stabil párhuzamos működéséhez, hiszen meghatározzák, hogyan osztják meg a terhelést a vezérlési területen belül. A kisebb droop értékkel rendelkező egységek automatikusan nagyobb terhelési részesedést vállalnak.

Vezérlési Terület

Az erőrendszerben a hőtermelő egységek és a terhelések széles földrajzi területeken vannak elosztva. A stabilitás fenntartása érdekében az egész hálózat kisebb vezérlési területekre (főleg földrajzi alapon) van felosztva. Ez a felosztás lehetővé teszi:

• Hatékony terhelési folyamat számításokat

• Frekvencia és teljesítmény egyensúly pontos szabályozását

Egy vezérlési területen több hőtermelő egység és terhelés létezik. Az erőrendszer felosztása vezérlési területekre több kulcsfontosságú célra szolgál:

1. Terhelés-Frekvencia Szabályozás

Ez a keret lehetővé teszi a terhelés-frekvencia szabályozási módszerek alkalmazását a hálózati frekvencia fenntartásához – egy fogalom, amelyet később részletesebben fogunk bemutatni.

2. Tervezett Folyamatszabályozás Meghatározása

Ha egy vezérlési terület generációja alacsonyabb, mint a terhelési igény, akkor a szomszédos vezérlési területekből áram folyik be a területre kötélos vonalakon keresztül (és fordítva).

3. Hatékony Terhelés Megosztása

A terhelési igény napról napra változik (pl. éjszaka alacsonyabb, reggel és estére csúcsra jut). A vezérlési területek egyszerűsítik a következő folyamatokat:

• Terhelés elosztása az egységek között a projekált igény és az egység-kapacitás alapján

• Tervezett áramfolyamok kiszámítása más vezérlési területekkel

Teljesítmény Egyensúlya

Az elektromos energia valós időben fogyasztódik (nagy mértékben nem tárolható). Tehát a teljesítmény egyensúlya alapvető követelmény:
Termelt Teljesítmény (P₉) = Terhelési Igény (Pd) + Átmeneti Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi Helyi H......