Řízení frekvence v energetických systémech

Řízení frekvence v energetickém systému je proces udržování frekvence střídavého proudu v energetickém systému v přijatelných mezích. Frekvence je jedním z nejdůležitějších ukazatelů kvality elektrické energie a nejdůležitějším parametrem režimu energetické soustavy. Frekvence v elektrizační soustavě je dána bilancí vyrobeného a spotřebovaného činného výkonu . Při narušení rovnováhy výkonu se frekvence změní. Pokud se frekvence v elektrizační soustavě sníží, pak je nutné zvýšit činný výkon generovaný v elektrárnách, aby se obnovila normální hodnota frekvence. V souladu s GOST 32144-2013 musí být frekvence v rozmezí 50,0 ± 0,2 Hzne méně než 95 % denní doby, nepřekračující maximální povolenou frekvenci 50,0 ± 0,4 Hz.

Schváleno Radou pro elektrickou energii CIS v roce 2007. „Pravidla a doporučení pro řízení frekvence a toku“ stanoví přísnější normy a vyšší požadavky na kvalitu regulace frekvence a toků činného výkonu energetickými systémy. Zejména by mělo být zajištěno, že aktuální frekvence je udržována v rozmezí 50 ± 0,05 Hz (normální úroveň) a v rozmezí 50 ± 0,2 Hz (přípustná úroveň) s obnovením normální úrovně frekvence a specifikovaných celkových externích toků výkonu řízení oblastí po dobu nepřesahující 15 minut sladit frekvenční odchylky s plánovanými rezervami šířky pásma tranzitních sítí jednotné energetické soustavy (UES) za normálních podmínek. Požadavky na řízení frekvence v první synchronní zóně jsou tedy v současnosti v souladu s [1] normami UCTE .

Existují tři vzájemně propojené typy regulace frekvence:

primární řízení frekvence, které se zase dělí na:
- obecné primární řízení frekvence
- jmenovité řízení primární frekvence
sekundární řízení frekvence
terciární regulace frekvence.

Obecně je za regulaci frekvence v UES Ruska odpovědný provozovatel systému UES (SO UES) [2] .

Provozovatel soustavy umožňuje účast energetických bloků a elektráren současně na všech typech regulace za předpokladu splnění požadavků pro každý typ regulace bez ohledu na současnou účast na jiných typech regulace [3] .

Výkon různých elektrických přijímačů závisí na frekvenci různými způsoby. Pokud výkon spotřebovaný aktivní zátěží (žárovky atd.) prakticky nezávisí na frekvenci, pak výkon jalové zátěže výrazně závisí na frekvenci. Obecně platí, že výkon komplexní zátěže v energetické soustavě klesá s klesající frekvencí, což usnadňuje úlohu regulace.

Standardizované řízení primární frekvence a automatické řízení sekundární frekvence a toku výkonu jsou typy služeb spolehlivosti systému na trhu systémových služeb v elektroenergetice .

Primární řízení frekvence

Primární řízení frekvence je prováděno automatickými regulátory otáček (ARChV) turbín (v některých zdrojích se používá termín "automatický regulátor otáček" (ARS)). Při změně otáček turbíny působí takové regulátory na ovládací prvky turbíny (regulační ventily u parní turbíny nebo rozváděcí lopatky u vodní turbíny) a mění dodávku energie. Se zvyšováním rychlosti otáčení regulátor snižuje příjem energie do turbíny a s poklesem frekvence se zvyšuje.

Účelem primární regulace je udržovat frekvenci v přijatelných mezích při narušení rovnováhy činného výkonu. V tomto případě se frekvence neobnoví na jmenovitou hodnotu, což je způsobeno poklesem regulátorů.

Primární regulace se provádí podle poměrného zákona podle vzorce [4] :

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}}} $P_{\text{n))={\frac {-100}{S\%}}\cdot {\frac {P_{\text{nom))}{f_{\text{nom))} }\cdot K_{\text{d}}\cdot \Delta f_{\text{p}}$ kde je požadovaný primární výkon, MW $P_{\text{p))$

$P_{\text{nom))$ - jmenovitý výkon výrobního zařízení, MW

$f_{\text{nom}}=50{\text{Hz}}$ - jmenovitá frekvence v UES

$\Delta f_{\text{p))$ - hodnota frekvenční odchylky přesahující mrtvou zónu (hodnota frekvenční odchylky od nejbližší hranice "mrtvého pásma"), Hz

$\Delta f_{\text{p}}=0$ s frekvenčními odchylkami nepřesahujícími mrtvou zónu (když je frekvence v "mrtvém pásmu" primární regulace); v ostatních případech se zvýšením frekvence a se snížením frekvence. $\Delta f_{\text{p}}>0$ $\Delta f_{\text{p}}<0$

$S={\frac {\Delta f_{\text{p))/f_{\text{nom))}{P_{\text{n))/P_{\text{nom))))\ krát 100$ - pokles primární regulace výrobního zařízení, %

$K_{\text{d))$ - koeficient zohledňující dynamiku primárního výkonu, normalizovaný podle požadavků na různé typy výrobních zařízení

Společná regulace primární frekvence (PRFC)

PRFR by měly zavádět všechny elektrárny podle svých nejlepších schopností [4] . V současné době se v Rusku některé kogenerační elektrárny pracující v kogeneračním režimu neúčastní PRFC. Na JE je OPFC implementován na druhém bloku JE Rostov a připravuje se implementace OPFC na čtvrtém bloku JE Kalinin.

Pro posouzení připravenosti výrobních zařízení na OPPR jsou prováděny speciální zkoušky a pro potvrzení připravenosti na OPPR je prováděno průběžné sledování a kontrola účasti výrobních zařízení v OPPR.

Normalizované řízení primární frekvence (LPFC)

Normalizované řízení primární frekvence (PRFC) je organizovaná část primární regulace, prováděná elektrárnami vybranými pro tento účel, kde jsou umístěny primární rezervy, které potvrdily svou připravenost účastnit se PRFC dobrovolným certifikačním postupem [5] a mají prošel cenovým výběrem [6] v rámci systémových služeb [7] . Standardizovaná primární regulace je upravena skupinou norem SO UES [8] [9] [10] [11] [12] .

Řízení sekundární frekvence (SFR)

Sekundární regulace kmitočtu je proces obnovy plánované výkonové bilance využitím sekundárního regulačního výkonu ke kompenzaci vzniklé nesymetrie, odstranění přetížení tranzitních spojů, obnovení kmitočtu a rezerv primárního regulačního výkonu využívaného při primární regulaci. Sekundární regulace se provádí automaticky pod vlivem centrálního regulátoru.

Sekundární regulace začíná po působení primární a je určena k obnovení jmenovité frekvence a plánovaných toků výkonu mezi energetickými soustavami v energetickém bazénu .

Vodní elektrárny (VVE) jsou v podstatě zapojeny do sekundární regulace díky své manévrovatelnosti. Všechny velké vodní elektrárny v Rusku jsou připojeny k systému AVRCHM, aby se zapojily do sekundární regulace a dostávají v reálném čase (typický cyklus výměny informací - 1 sekunda) úkol sekundárního výkonu, který prostřednictvím skupinového regulátoru aktivního výkonu (GRAM) jde přímo do provádění řídicích systémů vodních elektráren.

V období povodně, pro co nejekonomičtější provoz povodňové vody ve vodních turbínách, jsou do AVRCHM zapojeny i elektrárny jiných typů (TPP, CCGT) [13] . Účast TPP, CCGT v AVRFM se uskutečňuje v rámci fungování trhu systémových služeb.

Řízení terciární frekvence

Terciární regulace slouží k obnově rezerv primární a sekundární regulace a k vzájemné pomoci elektrizačním soustavám, když jednotlivé elektrizační soustavy v rámci IPS nejsou schopny samostatně zajistit sekundární regulaci.

Sledování účasti elektráren a jednotlivých energetických bloků na regulaci frekvence

Vzhledem k tomu, že účast v PRFR je povinná pro všechny elektrárny a ostatní typy regulace kmitočtu jsou placenou službou, je nutné účast elektráren na regulaci sledovat.

Monitorování PRFR

SO UES kontroluje účast výrobních zařízení v PRFC. K tomu jsou na výrobních zařízeních vytvářeny systémy, které umožňují automatický sběr dat pro analýzu účasti na primární regulaci, jejich zasílání do SO UES, jakož i automatickou analýzu účasti výrobních zařízení na primární regulaci přímo na zařízení. [14] .

Analýza účasti v PRRO je provedena v souladu s metodikou [15] SO UES. SO UES pracuje na automatizaci analýzy účasti výrobních zařízení v PRFC, pro kterou byla vyvinuta formalizovaná kritéria pro účast výrobních zařízení v PRFC.

Monitoring PRFC

Pro sledování LFFC v SO UES existují speciální systémy, které umožňují řídit správnost účasti generujících zařízení v LFFC v automatickém režimu. Pro poskytování dat pro tyto systémy jsou na výrobních zařízeních shromažďována měření frekvence a výkonu, jakož i další parametry v souladu s požadavky a odesílány do SO UES.

Kontrola účasti výrobního zařízení v LFFC se provádí v souladu s následujícími matematicky formalizovanými kritérii [16] :

1. Neposkytnutí informací

2. Nesoulad časového kroku přenášených parametrů s požadovaným

3. Neposkytnutí rozsahu primárního ovládání

4. Nesoulad mezi požadovanou diskrétností registrace měření

5. Neautomatický režim SAUM

6. Nedostatečná přesnost údržby napájení

7. Nesoulad hodnoty mrtvého pásma / poklesu primárního ovládání s požadovaným

8. Nedostatek adekvátní/správné reakce na změnu frekvence

9. Přítomnost oscilačního procesu

Existují systémy pro podobnou analýzu účasti výrobních zařízení v LFFC přímo na zařízení [17] .

Monitoring AVRCHM

Pro monitorování AVRCHM shromažďuje SO UES sekundu po sekundě data z výrobních zařízení prostřednictvím vyhrazených digitálních kanálů. V SO UES jsou tato data analyzována a je učiněn závěr o správné či nesprávné účasti v ARFM.

Poznámky

↑ STO Regulace frekvence a toků činného výkonu v UES Ruska. Normy a požadavky. https://so-ups.ru/fileadmin/files/laws/standards/sto_frequency_2012.pdf Archivováno 11. července 2019 na Wayback Machine
↑ Systémový provozovatel Jednotného energetického systému: Činnosti (anglicky) . so-ups.ru Staženo 17. ledna 2020. Archivováno z originálu 1. února 2020.
↑ Operativní dispečerské řízení v elektroenergetice. Regulace toků frekvence a činného výkonu v UES a izolovaných energetických systémech Ruska. Požadavky na organizaci a realizaci procesu, technické prostředky http://so-ups.ru/fileadmin/files/company/rn-tpolitics/frequency/specdocs/sto_standard/STO_17330282.29.240.002-2007.pdf Archivní kopie 15. října 2011 na Wayback Machine
↑ 1 2 Vyhláška Ministerstva energetiky Ruské federace ze dne 9. ledna 2019 č. 2 „O schválení požadavků na účast výrobních zařízení na obecné primární regulaci kmitočtu ao změnách Pravidel technického provozu el. závodů a sítí Ruské federace, schváleno nařízením Ministerstva energetiky Ruska ze dne 19. června 2003 č. 229“ (nevstoupilo v platnost) . www.garant.ru Staženo 17. ledna 2020. Archivováno z originálu dne 30. září 2020. (neurčitý)
↑ Systémový provozovatel Jednotného energetického systému: Dobrovolný certifikační systém (anglicky) . so-ups.ru Staženo 17. ledna 2020. Archivováno z originálu dne 27. prosince 2019.
↑ Systémový provozovatel Unified Energy System: Selections of 2020 (anglicky) . so-ups.ru Staženo 17. ledna 2020. Archivováno z originálu dne 26. ledna 2018.
↑ Systémový operátor Jednotného energetického systému: Trh systémových služeb (anglicky) . so-ups.ru Staženo 17. ledna 2020. Archivováno z originálu 1. května 2018.
↑ STO. Normy pro účast energetických bloků tepelných elektráren na normalizovaném řízení primárního kmitočtu a automatickém řízení sekundárního kmitočtu a tocích činného výkonu. https://so-ups.ru/fileadmin/files/laws/standards/sto_002-2013_freq_regulation.pdf Archivováno 4. března 2021 na Wayback Machine
↑ STO. Normy pro účast elektráren s kombinovaným cyklem a plynovými turbínami v normalizovaném normalizovaném řízení primární frekvence a automatickém řízení sekundární frekvence a tocích činného výkonu .. https://so-ups.ru/fileadmin/files/laws/standards/sto_nprch_pgu_09_2016. pdf na Wayback Machine
↑ STO. Normy pro účast hydraulických a přečerpávacích elektráren na normalizované primární regulaci toků frekvence a činného výkonu. https://so-ups.ru/fileadmin/files/laws/standards/sto_hydro_nprch_2014.pdf Archivováno 13. listopadu 2021 na Wayback Machine
↑ STO. Normy pro účast jaderných elektráren na normalizované primární regulaci toku frekvence a činného výkonu. https://so-ups.ru/fileadmin/files/laws/standards/sto_npp_nprch_004_2013.pdf Archivováno 28. září 2020 na Wayback Machine
↑ STO. Normy pro účast výrobních zařízení tepelných elektráren s příčnými vazbami na normalizované primární frekvenční regulaci a automatické sekundární frekvenční regulaci a tocích činného výkonu. https://so-ups.ru/fileadmin/files/laws/standards/sto_frequency_2016_tpp_cross.pdf Archivováno 13. listopadu 2021 na Wayback Machine
↑ Systémový provozovatel Jednotné energetické soustavy: Využití tepelných elektráren pro automatickou sekundární regulaci frekvence v období povodní potvrdilo svou účinnost (angl.) . www.so-ups.ru Staženo: 17. ledna 2020. (nedostupný odkaz)
↑ Systém automatického monitorování OPFC. https://enersys.ru/solution/large-energy-objects/monitoring-oprch Archivováno 19. prosince 2019 na Wayback Machine
↑ Metodika pro sledování a analýzu účasti výrobních zařízení v obecné regulaci primární frekvence https://www.so-ups.ru/fileadmin/files/company/markets/2021/method_analis_oprch_2021.pdf
↑ Popis kritérií pro řízení účasti výrobního zařízení na normalizovaném řízení primární frekvence. https://so-ups.ru/fileadmin/files/company/markets/asm/2015/crit_nprch_061015.pdf Archivováno 13. listopadu 2021 na Wayback Machine
↑ Monitorovací systém NPRC. https://enersys.ru/solution/large-energy-objects/nprch Archivováno 21. prosince 2019 na Wayback Machine