Elektrik şebekesindeki ataleti belirleme

Elektrik sistemlerinin modernizasyonu hakkında birçok tartışma "atalet" ile ilgilidir. Bu genellikle açısal momentum ve hızlı yanıt verme şeklinde çok fazla kinetik enerjiye sahip türbinlerin (hidro, kömür ve gaz tesislerinde) çeyrek döngü ölçeğinde (50Hz ızgaralarda 5ms) nasıl voltaj ve frekans stabilizasyonu sağladığına dair nitel bir tartışmadır. birkaç saniye için.

Bununla birlikte, tartışmalar genellikle durmaktadır, çünkü bu "eylemsiz yanıtı" nicelleştirmek ve kaynağını belirlemek oldukça nadirdir. Anladığım kadarıyla, sistemin kendisi çok düşük elektriksel kapasitansa sahiptir, bu yüzden atalet tepkisinin çoğunun türbinlerin dönüşünden geldiğini tahmin ediyorum.

Ulusal elektrik sistemleri için eylemsizlik tepkisi nasıl ölçülür ve sistem ataletinin bazı tipik değerleri nelerdir?

Bu blog yazısı ¹ , güç şebekesindeki iki ana atalet kaynağını tanımlar:

• "Klasik" nesil, tipik olarak buhar türbinleri
• Büyük endüstriyel motorlar

Genel sistem kapasitesinin nispeten düşük olması ve sistem ataletine ihmal edilebilir bir etki sağlaması nedeniyle anlayışınız doğrudur.

Güvenilirlik açısından bakıldığında, sistem ataleti iyi bir şeydir. Sistemin üretiminde veya yükünde ani bir değişiklik olması durumunda, büyük dönel kütle sağlayan sistem ataleti, frekanstaki düşüşü yavaşlatır. Sistem ataleti, değişen ortamlara üretimi dengelemek için kontrol sistemlerinin dengelenmesine zaman vererek koruyucu yük atma mekanizmalarının devreye girmesini önlemeye yardımcı olur.

Daha yeni yenilenebilir enerji üretim teknolojileri elektrik şebekeleri üzerindeki ayak izini artırdığı için atalet ilgi odağı haline gelmiştir. Daha yeni yenilenebilir teknolojiler, üretim kaynaklarını sistemin geri kalanına herhangi bir atalet sağlamayan güç invertörleri aracılığıyla elektrik şebekesine bağlar. Benzer şekilde, yenilenebilir teknolojiler, daha az sistem ataletinin mevcut olması ile sonuçlanan eski nesil teknolojilerin kullanımdan kaldırılmasını sağlar. Ataletteki bu düşüş, büyük endüstriyel motorlardaki azalmayla daha da artmaktadır.

¹ _{Unutmayın, bu kaynak ızgara ataleti ile ilgili bir ürün sattıkları için biraz önyargılıdır}

Bu sunum , sistem ataletinin nasıl hesaplandığına ilişkin bazı ayrıntılara girmektedir.

Mekanik dinamikler ikinci dereceden diferansiyel denklem ile modellenir:

$J\frac{d^2\theta}{dt^2}=T_m - T_e$

$\theta$
$J$
$T_m$
$T_e$

Oradan, tüm önemli katkıda bulunan kaynakların sağladığı ataleti toplamalısınız. Üretim endüstrileri büyük endüstriler için üretim çizelgelerine göre farklılık gösterdiğinden, bu açıkça önemsiz bir alıştırmadır. Ayrıca, yakıt kaynağına bağlı olarak değişecek olan jeneratörlerin tercih edilen rampa oranını da dikkate almalısınız.

Sorunuza olumsuz bir cevap vermek için - sistem ataletinin nicelikli bir şekilde tartışılmasını zorlaştıran unsurların bu olduğunu düşünüyorum. Çok fazla değişken var ve ortam dinamik. Belki de küçük bir bölgenin ataletini tanımlayabilirsiniz, ancak kesinlikle tipik bir dengeleme otoritesinin bölgesi veya ulusal ölçekte değil.

Sonuç düşünceleri:

Kötümser, genel sistem ataletindeki azalmaya bağlı olarak sistem güvenilirliğinin mahvolduğunu ve genel güç şebekesini yükseltmenin bir parçası olarak daha fazla kopma ve kesinti göreceğimizi iddia edebilir.

Bu görünüm muhtemelen biraz fazla kasvetli. Dengeleme makamları , şebeke içindeki yerel dengesizlikler için hızlı (er) tepki üretimi sağlayabilen daha fazla eğirme rezervinin mevcut olmasını isteyebilir. Aynı şekilde, ulusal düzeydeki enerji komiteleri, şebeke ölçekli dökme elektrik depolama sistemleri (BES) gibi hızlı voltaj ve frekans sağlayıcıları için arbitraj pazarında tazminat sağlayabilir.

Açıkçası, bu değişiklikler ücretsiz olmayacak - eğirme rezervleri sağlamak için yakıt gerekiyor ve BES ızgara ölçeği ucuz değil. Ancak kararlar ampirik kanıtlara dayanarak alınsa bile zorluklar aşılabilir.

Bir jeneratörün atalet tepkisi , ( Samarakoon , p40) olarak tanımlanan saniye birimleriyle Atalet Sabiti H ile karakterize edilir :

$\omega$$S$

Tüm bir sistem için eşdeğer bir Atalet Sabiti tahmin edilebilir: ( Ekanayake, Jenkins, Strbac )

GB sistemi için bir değerin (2008'de) 9'larda ( Samarakoon tarafından ) 2020'de yüksek rüzgar penetrasyonu ile 3'lere düşeceği tahmin edildi.

Ataletsel yanıtı modellerken (daha yaygın olarak frekans yanıtı olarak adlandırılır), bir güç sistemi bir transfer fonksiyonuna basitleştirilebilir ( Ekanayake, Jenkins, Strbac ):

$D$

Atalet Sabiti için kullanılabilir bir proxy, her sistem operatörünün (MW / Hz) gerektirdiği Birincil ¹ Frekans Kontrolü özelliğidir. Bunlar 8 farklı sistem için Rebours ve ark . UCTE (Elektrik İletim Koordinasyon Birliği - Avrupa senkron sistemi) için 20570MW / Hz ile Belçika için yaklaşık 600MW / Hz arasında değişmektedir.

Düşük atalet jeneratörleri (örneğin rüzgar) daha yüksek intertia jeneratörlerini (yani buhar) yer değiştirdikçe, atalet sabiti düşme eğilimindedir. Bu, genel istikrarı korumak için jeneratörlerin ani değişiklik üretimine veya talep değişikliklerine daha hızlı tepki vermesi gerektiği anlamına gelir. Bu genellikle rüzgar bağlantısında, özellikle daha küçük "ada" ağlarına (ör. Lalor, Mullane, O'Malley ) sınırlayıcı bir faktör olarak gösterilmektedir .

^{1 - Not: birincil / ikincil / üçüncül yanıt / yedek, Rebours tarafından not edildiği gibi farklı güç sistemlerinde farklı şekillerde tanımlanır .}