Taajuussäätö sähköjärjestelmissä

Taajuussäätö sähköjärjestelmässä on prosessi, jossa vaihtovirran taajuus sähköjärjestelmässä pidetään hyväksytyissä rajoissa. Taajuus on yksi tärkeimmistä sähköenergian laadun indikaattoreista ja sähköjärjestelmän tilan tärkein parametri. Sähköjärjestelmän taajuus määräytyy tuotetun ja kulutetun pätötehon tasapainon mukaan . Kun tehotasapaino häiriintyy, taajuus muuttuu. Jos taajuus sähköjärjestelmässä pienenee, on voimalaitoksilla tuotettua pätötehoa lisättävä taajuuden normaaliarvon palauttamiseksi. Standardin GOST 32144-2013 mukaisesti taajuuden on oltava 50,0 ± 0,2 Hz :n sisällä vähintään 95 % vuorokaudenajasta ylittämättä kuitenkaan suurinta sallittua 50,0 ± 0,4 Hz.

IVY:n sähkövoimaneuvoston hyväksymä vuonna 2007. "Säännöt ja suositukset taajuuden ja virtauksen ohjaamiseksi" asettavat tiukemmat standardit ja korkeammat vaatimukset tehojärjestelmien taajuuden säätelyn ja pätötehovirtojen laadulle. Erityisesti tulee varmistaa, että virran taajuus pysyy 50 ± 0,05 Hz (normaali taso) ja 50 ± 0,2 Hz (sallittu taso) sisällä, kun normaali taajuustaso ja säätimen määritellyt ulkoiset kokonaistehovirrat palautetaan. alueille enintään 15 minuutin ajaksi taajuuspoikkeamien harmonisoimiseksi yhtenäisen energiajärjestelmän (UES) kauttakulkuverkkojen suunniteltujen kaistanleveysreservien kanssa normaaleissa olosuhteissa. Taajuusohjauksen vaatimukset ensimmäisellä synkronisella vyöhykkeellä ovat siis tällä hetkellä [1] UCTE - standardien mukaiset .

Taajuussäätöjä on kolme toisiinsa liittyvää tyyppiä:

ensisijainen taajuuden ohjaus, joka puolestaan on jaettu:
- yleinen ensiötaajuussäätö
- nimellinen ensisijainen taajuuden ohjaus
toissijainen taajuuden ohjaus
tertiäärinen taajuussäätö.

Yleisesti ottaen UES System Operator (SO UES) vastaa taajuussäädöstä Venäjän UES:ssä [2] .

Verkonhaltija sallii voimalaitosten ja voimalaitosten osallistumisen samanaikaisesti kaikkiin säätelymuotoihin edellyttäen, että kunkin säädöstyypin vaatimukset täyttyvät, riippumatta osallistumisesta samanaikaisesti muihin säätelymuotoihin [3] .

Erilaisten sähkövastaanottimien teho riippuu taajuudesta eri tavoin. Jos aktiivisen kuorman (hehkulamput jne.) käyttämä teho ei käytännössä riipu taajuudesta, niin loiskuorman teho riippuu merkittävästi taajuudesta. Yleisesti ottaen tehojärjestelmän kompleksikuorman teho pienenee taajuuden pienentyessä, mikä helpottaa säätötehtävää.

Standardoitu ensiötaajuusohjaus ja automaattinen toisiotaajuuden ja tehovirran säätö ovat järjestelmän luotettavuuspalveluja sähkövoimateollisuuden järjestelmäpalvelumarkkinoilla .

Ensisijainen taajuussäätö

Ensisijaisen taajuuden ohjauksen suorittavat turbiinien automaattiset nopeussäätimet (ARChV) (joissakin lähteissä käytetään termiä "automaattinen nopeussäädin" (ARS). Turbiinin nopeuden muuttuessa tällaiset säätimet vaikuttavat turbiinin ohjauselementteihin (höyryturbiinin ohjausventtiilit tai vesiturbiinin ohjaussiipi) ja muuttavat energian syöttöä. Pyörimisnopeuden kasvaessa säädin vähentää energian ottoa turbiiniin, ja taajuuden pienentyessä se kasvaa.

Ensisijaisen ohjauksen tarkoituksena on pitää taajuus hyväksytyissä rajoissa, kun pätötehotasapaino häiriintyy. Tässä tapauksessa taajuutta ei palauteta nimellisarvoon, mikä johtuu säätimien laskusta.

Ensisijainen säätö suoritetaan suhteellisuuslain mukaisesti kaavan [4] mukaisesti :

P P = − 100 S % ⋅ P nom f nom ⋅ K d ⋅ Δ f R {\displaystyle P_{\text{n))={\frac {-100}{S\%}}\cdot {\frac {P_{\text{nom))}{f_{\text{nom))} }\cdot K_{\text{d}}\cdot \Delta f_{\text{p}}} $P_{\text{n))={\frac {-100}{S\%}}\cdot {\frac {P_{\text{nom))}{f_{\text{nom))} }\cdot K_{\text{d}}\cdot \Delta f_{\text{p}}$ missä on vaadittu ensiöteho, MW $P_{\text{p))$

$P_{\text{nom))$ - tuotantolaitteiden nimellisteho, MW

$f_{\text{nom}}=50{\text{Hz}}$ - nimellistaajuus UES:ssä

$\Delta f_{\text{p))$ - kuolleen alueen ylittävän taajuuspoikkeaman arvo (taajuuden poikkeaman arvo "kuolleen kaistan" lähimmästä rajasta), Hz

$\Delta f_{\text{p}}=0$ joiden taajuuspoikkeamat eivät ylitä kuollutta aluetta (kun taajuus on ensisijaisen säädön "kuolleen kaistan" sisällä); muissa tapauksissa taajuuden kasvaessa ja taajuuden pienentyessä. $\Delta f_{\text{p}}>0$ $\Delta f_{\text{p}}<0$

$S={\frac {\Delta f_{\text{p))/f_{\text{nom))}{P_{\text{n))/P_{\text{nom))))\ kertaa 100$ - generaattorilaitteiden ensiösäädön lasku, %

$K_{\text{d))$ - kerroin, jossa otetaan huomioon ensiötehon dynamiikka, normalisoituna erityyppisten tuotantolaitteiden vaatimuksilla

Common Primary Frequency Regulation (PRFC)

PRFR tulisi ottaa käyttöön kaikissa voimalaitoksissa parhaan kykynsä mukaan [4] . Tällä hetkellä Venäjällä jotkin yhteistuotantomuodossa toimivat CHPP-generaattorit eivät osallistu PRFC:hen. Ydinvoimalaitoksella OPFC on toteutettu Rostovin ydinvoimalaitoksen toisella yksiköllä ja OPFC:n käyttöönottoa Kalininin ydinvoimalaitoksen neljännellä yksiköllä valmistellaan.

Tuotantolaitteiden OPFR-valmiuden arvioimiseksi ja OPFR-valmiuden varmentamiseksi suoritetaan erityistesteillä generaattorilaitteiden OPFR:ään osallistumisen jatkuvaa seurantaa ja valvontaa.

Normalisoitu ensiötaajuussäätö (LPFC)

Normalized Primary Frequency Control (PRFC) on organisoitu osa primäärisäätelyä, jonka toteuttavat tähän tarkoitukseen valitut voimalaitokset, joilla on primäärireservit ja jotka ovat vahvistaneet valmiutensa osallistua PRFC:hen vapaaehtoisella sertifiointimenettelyllä [5] ja joilla on läpäissyt hintavalinnan [6] järjestelmäpalveluiden [7] puitteissa . Standardoitua ensisijaista sääntelyä säätelee standardiryhmä SO UES [8] [9] [10] [11] [12] .

Secondary Frequency Control (SFR)

Toissijainen taajuussäätö on prosessi, jossa palautetaan suunniteltu tehotasapaino käyttämällä toissijaista säätötehoa kompensoimaan syntynyttä epätasapainoa, eliminoimalla siirtoyhteyksien ylikuormitus, palauttamalla taajuutta ja primäärisäädön aikana käytetyt ensisijaisen säätötehovarat. Toissijainen säätö tapahtuu automaattisesti keskussäätimen vaikutuksesta.

Toissijainen säätö alkaa ensisijaisen toiminnan jälkeen ja on suunniteltu palauttamaan tehopoolin sähköjärjestelmien väliset nimellistaajuudet ja suunnitellut tehovirrat .

Pohjimmiltaan vesivoimalaitokset (HPP) ovat mukana toissijaisessa säätelyssä ohjattavuuden vuoksi. Kaikki Venäjän suuret vesivoimalaitokset on kytketty AVRCHM-järjestelmään osallistuakseen toissijaiseen säätelyyn ja vastaanottaakseen reaaliaikaisen (tyypillinen tiedonvaihtosykli - 1 s) toisiotehotehtävän, joka menee ryhmäaktiivisen tehonohjaimen (GRAM) kautta suoraan vesivoimayksiköiden ohjausjärjestelmien toteuttaminen.

Tulvakauden aikana AVRCHM:ssä on mukana myös muun tyyppisiä voimalaitoksia (TPP, CCGT) tulvaveden taloudellisimman toiminnan varmistamiseksi hydrauliturbiineissa [13] . TPP:iden, CCGT:iden osallistuminen AVRFM:ään tapahtuu järjestelmäpalvelumarkkinoiden toiminnan puitteissa.

Tertiäärinen taajuussäätö

Tertiääristä säätöä käytetään ensisijaisen ja toissijaisen säätelyn reservien palauttamiseen ja sähköjärjestelmien keskinäiseen apuun, kun yksittäiset IPS:n sähköjärjestelmät eivät pysty itsenäisesti tarjoamaan toissijaista säätöä.

Voimalaitosten ja yksittäisten voimalaitosten osallistumisen valvonta taajuussäätöön

Koska PRFR:ään osallistuminen on pakollista kaikille voimalaitoksille ja muun tyyppinen taajuussäätö on maksullista palvelua, on voimalaitosten osallistumista säätelyyn seurattava.

PRFR:n seuranta

SO UES valvoo tuotantolaitteiden osallistumista PRFC:hen. Tätä varten tuotantolaitoksiin luodaan järjestelmiä, jotka mahdollistavat tietojen automaattisen keräämisen primäärisääntelyyn osallistumisen analysoimiseksi, lähettämisen SO UES:lle sekä tuotantolaitteiden automaattisen analyysin primäärisääntelyyn osallistumisesta suoraan laitoksella. [14] .

PRRO:hon osallistumisen analyysi suoritetaan SO UES :n metodologian [15] mukaisesti . SO UES pyrkii automatisoimaan tuotantolaitteiden osallistumisen analysoinnin PRFC:hen, jolle on kehitetty viralliset kriteerit tuotantolaitteiden osallistumiselle PRFC:hen.

PRFC:n seuranta

LFFC:n valvomiseksi SO UES:ssä on erityisiä järjestelmiä, joiden avulla voit hallita generaattorilaitteiden osallistumisen oikeellisuutta LFFC:hen automaattisessa tilassa. Näiden järjestelmien tietojen saamiseksi kerätään tuotantolaitoksilta taajuus- ja tehomittauksia sekä lisäparametreja vaatimusten mukaisesti ja lähetetään SO UES:lle.

Tuotantolaitteiden osallistumisen valvonta LFFC:hen suoritetaan seuraavien matemaattisesti muotoiltujen kriteerien mukaisesti [16] :

1. Tietojen toimittamatta jättäminen

2. Lähetettyjen parametrien aika-askel ei vastaa vaadittua

3. Ensisijaista ohjausaluetta ei ole määritetty

4. Vaadittujen mittausten rekisteröinnin diskreettisyyden välinen ero

5. Ei-automaattinen SAUM-tila

6. Riittämätön tehon ylläpidon tarkkuus

7. Epäjohdonmukaisuus ensisijaisen ohjauksen kuolleen kaistan / poikkeaman arvon kanssa vaaditun kanssa

8. Riittävän/oikean vasteen puute taajuuden muutokseen

9. Värähtelyprosessin esiintyminen

On olemassa järjestelmiä samanlaisen analyysin tekemiseksi tuotantolaitteiden osallistumisesta LFFC:hen suoraan laitoksella [17] .

AVRCHM:n seuranta

AVRCHM:n valvomiseksi SO UES kerää sekunti kerrallaan dataa tuotantolaitoksilta erityisten digitaalisten kanavien kautta. SO UES:ssä nämä tiedot analysoidaan ja päätellään oikeasta tai väärästä osallistumisesta ARFM:ään.

Muistiinpanot

↑ STO Taajuus- ja pätötehovirtojen säätely Venäjän UES:ssä. Normit ja vaatimukset. https://so-ups.ru/fileadmin/files/laws/standards/sto_frequency_2012.pdf Arkistoitu 11. heinäkuuta 2019 Wayback Machinessa
↑ Yhtenäisen energiajärjestelmän järjestelmävastaava: Aktiviteetit (englanniksi) . so-ups.ru Haettu 17. tammikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 1. helmikuuta 2020.
↑ Toiminnanohjaus sähkövoimateollisuudessa. Taajuus- ja pätötehovirtojen säätely UES:ssä ja Venäjän eristetyissä sähköjärjestelmissä. Prosessin organisointia ja toteutusta koskevat vaatimukset, tekniset välineet http://so-ups.ru/fileadmin/files/company/rn-tpolitics/frequency/specdocs/sto_standard/STO_17330282.29.240.002-2007.pdf Arkistokopio 15. lokakuuta 2011 Wayback Machinessa
↑ 1 2 Venäjän federaation energiaministeriön määräys 9. tammikuuta 2019 nro 2 "Tuottajalaitteiden yleiseen ensiötaajuussäätöön osallistumista koskevien vaatimusten hyväksymisestä ja sähkön teknisen käytön sääntöjen muutoksista Venäjän federaation laitokset ja verkot, hyväksytty Venäjän energiaministeriön määräyksellä 19. kesäkuuta 2003 nro 229” (ei tullut voimaan) . www.garant.ru Haettu 17. tammikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 30. syyskuuta 2020. (määrätön)
↑ Unified Energy System -järjestelmän ylläpitäjä: Vapaaehtoinen sertifiointijärjestelmä (englanniksi) . so-ups.ru Haettu 17. tammikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 27. joulukuuta 2019.
↑ Yhtenäisen energiajärjestelmän järjestelmävastaava: Vuoden 2020 valinnat (eng.) . so-ups.ru Haettu 17. tammikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 26. tammikuuta 2018.
↑ Unified Energy Systemin järjestelmäoperaattori: System Services Market (englanniksi) . so-ups.ru Haettu 17. tammikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 1. toukokuuta 2018.
↑ STO. Normit lämpövoimalaitosten voimayksiköiden osallistumiselle normalisoituun ensiötaajuussäätöön ja automaattiseen toisiotaajuuden säätöön ja pätötehovirtoihin. https://so-ups.ru/fileadmin/files/laws/standards/sto_002-2013_freq_regulation.pdf Arkistoitu 4. maaliskuuta 2021 Wayback Machinessa
↑ STO. Normit yhdistelmä- ja kaasuturbiinilaitosten osallistumiselle normalisoituun normalisoituun ensiötaajuuden säätöön ja automaattiseen toisiotaajuuden säätöön ja aktiivisiin tehovirtoihin .. https://so-ups.ru/fileadmin/files/laws/standards/sto_nprch_pgu_09_2016 . pdf Wayback Machinessa
↑ STO. Normit hydrauli- ja pumppuvoimaloiden osallistumiselle taajuuden ja pätötehovirtojen normalisoituun ensisijaiseen säätelyyn. https://so-ups.ru/fileadmin/files/laws/standards/sto_hydro_nprch_2014.pdf Arkistoitu 13. marraskuuta 2021 Wayback Machinessa
↑ STO. Normit ydinvoimalaitosten osallistumiselle taajuus- ja pätötehovirtojen normalisoituun ensisijaiseen säätelyyn. https://so-ups.ru/fileadmin/files/laws/standards/sto_npp_nprch_004_2013.pdf Arkistoitu 28. syyskuuta 2020 Wayback Machinessa
↑ STO. Normit silloitettujen lämpövoimalaitosten tuotantolaitteiden osallistumiselle normalisoituun ensiötaajuussäätöön ja automaattiseen toisiotaajuussäätöön ja pätötehovirtoihin. https://so-ups.ru/fileadmin/files/laws/standards/sto_frequency_2016_tpp_cross.pdf Arkistoitu 13. marraskuuta 2021 Wayback Machinessa
↑ Yhtenäisen energiajärjestelmän järjestelmävastaava: Lämpövoimalaitosten käyttö automaattiseen toisiotaajuuden säätöön tulvakauden aikana on vahvistanut tehokkuutensa (eng.) . www.so-ups.ru Haettu: 17. tammikuuta 2020. (linkki ei saatavilla)
↑ OPFC:n automaattinen valvontajärjestelmä. https://enersys.ru/solution/large-energy-objects/monitoring-oprch Arkistoitu 19. joulukuuta 2019 Wayback Machinessa
↑ Metodologia, jolla seurataan ja analysoidaan generaattorilaitteiden osallistumista yleiseen ensiötaajuussääntelyyn https://www.so-ups.ru/fileadmin/files/company/markets/2021/method_analis_oprch_2021.pdf
↑ Kuvaus kriteereistä, joilla ohjataan generaattorilaitteiden osallistumista normalisoituun ensiötaajuuden ohjaukseen. https://so-ups.ru/fileadmin/files/company/markets/asm/2015/crit_nprch_061015.pdf Arkistoitu 13. marraskuuta 2021 Wayback Machinessa
↑ NPRC-valvontajärjestelmä. https://enersys.ru/solution/large-energy-objects/nprch Arkistoitu 21. joulukuuta 2019 Wayback Machinessa