Жиілік реттеу дегеніміз не?

Жиіліктерді реттеу желі жиілігін тұрақты ұстау үшін нақты уақытта қуат шығысын реттеу арқылы электр энергиясын өндіру мен сұраныс арасындағы теңгерімді сақтайды. Электр желілері Еуропа мен Азияда 50 Гц стандартты жиілікте немесе Солтүстік Америкада 60 Гц стандартты жиілікте жұмыс істейді және жиілікті реттеу жабдықтың зақымдалуын және жүйе ақауларын болдырмау үшін оның қатаң рұқсат етілген шегінде сақталуын қамтамасыз етеді.

Электр энергиясына сұраныс ұсыныстан асып кетсе, желі жиілігі оның номиналды мәнінен төмен түседі. Керісінше, генерация тұтынудан асып кетсе, жиілік артады. Бұл ауытқулар бірнеше генерациялау қондырғыларында қуат шығысын секундтар мен минуттар ішінде реттейтін автоматты басқару механизмдерін іске қосады.

Процесс бірнеше өлшеу нүктелеріндегі тор жиілігін үздіксіз бақылауға негізделген. Жиілік мақсаттан ауытқыған кезде басқару жүйелері генераторларға, энергия сақтау жүйелеріне немесе басқарылатын жүктемелерге қуатты енгізу немесе сіңіру үшін автоматты түрде сигнал береді. Бұл әртүрлі жылдамдықта жұмыс істейтін және әртүрлі мақсаттарға қызмет ететін иерархиялық басқару қабаттары арқылы жүзеге асады.

Тор операторлары сұраныс пен ұсыныс арасындағы тепе-теңдікті жиіліктің өзі арқылы өлшейді-ол жүйе денсаулығының нақты-уақыт көрсеткіші ретінде қызмет етеді. Тұрақты жиілік дұрыс тепе-теңдікті көрсетеді, ал тұрақты ауытқулар бақылаусыз қалдырылған жағдайда өшіп қалуы мүмкін проблемаларды көрсетеді.

Жиіліктерді реттеу үш иерархиялық бақылау деңгейі арқылы жұмыс істейді, олардың әрқайсысы әртүрлі уақыт шкалалары мен мақсаттарына жауап береді.

Бастапқы жиілікті басқарубұзылғаннан кейін бірнеше секунд ішінде автоматты түрде іске қосылады. Генератор реттегіштері жиілік ауытқуларын анықтайды және төмен түсуді басқару сипаттамалары арқылы турбинаның қуатын пропорционалды түрде реттейді. Бұл дереу жауап жиіліктің төмендеуін немесе жоғарылауын тоқтатады, бірақ оны номиналды мәндерге толығымен қалпына келтіре алмайды. Жүйе мақсатты мәнге жақын, бірақ дәл емес-жаңа тұрақты күй жиілігінде тұрақтанады. Бастапқы басқару 30 секунд ішінде іске қосылуы және еуропалық желі стандарттарына сәйкес кемінде 15 минут жауап беруі керек.

Екінші жиілікті басқарубастапқы басқару жиілікті тұрақтандырғаннан кейін қабылдайды, әдетте 30 секундтан бірнеше минутқа дейін белсендіріледі. Автоматты генерацияны басқару жүйелері жиілікті оның номиналды мәніне дәл келтіру және басқару аймақтары арасындағы жоспарланған қуат алмасуды түзету үшін бірнеше генераторларды орталықтандырылған түрде үйлестіреді. Бұл деңгей бастапқы басқару қалдырған тұрақты күй қатесін жояды және бастапқы резервтерді бастапқы сыйымдылығына қайтарады. Көптеген тор жүйелерінде процесс 15 минут ішінде аяқталады.

Үшіншілік жиілікті бақылауЭкономиканы оңтайландыруға және резервті қалпына келтіруге назар аудара отырып, минуттардан сағаттарға дейін ұзағырақ уақыт аралығында жұмыс істейді. Тор операторлары бастапқы және қосымша бақылау кезінде пайдаланылған қорларды ауыстыру үшін генерациялау ресурстарын қолмен немесе автоматты түрде қайта жібереді. Бұл жүйеге өзінің ең үнемді жұмыс конфигурациясына оралуға мүмкіндік береді, сонымен бірге болашақ бұзылулар үшін барабар резервтер қолжетімді болып қалады.

Үш қабат бір-бірімен үздіксіз жұмыс істейді. Үлкен генератор офлайн режиміне ауысқанда, негізгі басқару құралы жиіліктің төмендеуін бірнеше секунд ішінде дереу тоқтатады. Содан кейін қайталама басқару келесі бірнеше минут ішінде жиілікті бірте-бірте дәл 50 немесе 60 Гц-ке қайтарады. Ақырында, үшінші реттік басқару жүйені келесі ықтимал бұзылуға дайындау үшін генерациялау кестесін реттейді.

Frequency Regulation

Аккумулятор энергиясын сақтау жүйелері жылдам әрекет ету мүмкіндіктері мен екі жақты қуат ағынының арқасында жиілікті реттеудің әсіресе тиімді ресурстары ретінде пайда болды. Іске қосу уақытын және механикалық реттеулерді қажет ететін дәстүрлі генераторлардан айырмашылығы, батареялар 100-500 миллисекунд ішінде қуатты енгізе немесе сіңіре алады.

2020 жылдың соңында Құрама Штаттардағы 885 МВт аккумулятор сыйымдылығы негізгі пайдалану жағдайы ретінде жиіліктік реакцияны атады, бұл жалпы коммуналдық батарея сыйымдылығының 59% құрайды. Бұл батарея сипаттамалары мен жиілікті реттеу талаптары арасындағы күшті техникалық сәйкестікті көрсетеді.

Қуат батареясыжүйелер жиілікті реттеуде жақсы, өйткені олар әдеттегі генераторларға әсер ететін термиялық кернеусіз немесе механикалық тозусыз зарядтау және разрядтау режимдері арасында үздіксіз ауыса алады. Бұл жылдам әрекет ету мүмкіндігі оларды жаңартылатын энергия көздері енгізетін жоғары{1}}жиілік ауытқуларын шешуге тамаша етеді.

Аккумуляторлық жүйелер тор жиілігінің ауытқуларына 100-500 миллисекунд ішінде жауап бере алады, бұл әдеттегі генерация ресурстарына қарағанда айтарлықтай жылдам. Бұл жылдамдық артықшылығы оларға жиілік экскурсияларын қорғаныс жабдығын ажырату үшін жеткілікті күшті болғанға дейін тоқтатуға мүмкіндік береді.

Батарея{0}}негізделген жиілікті реттеуге арналған басқару стратегиялары тозуды азайту кезінде зарядтың оңтайлы күйін сақтауға бағытталған. Күрделі алгоритмдер батарея жүйесінің ұзақ мерзімді жұмысына-жауап беретін жиілікті қолдауды қамтамасыз ету қажеттілігін теңестіреді. Дұрыс басқарылған кезде, батареялар рұқсат етілген тозу жылдамдығымен жиілікті реттеу үшін мыңдаған заряд-разряд циклдерін қамтамасыз ете алады.

Жаһандық жиілікті реттеу нарығы 2024 жылы 5,7 миллиард долларға жетті және 2033 жылға дейін CAGR 7,8% кеңейтіп, 11,4 миллиард долларға жетеді деп күтілуде. Бұл өсу жаңартылатын энергияның жоғары енуі бар желілерді басқарудың күрделілігін көрсетеді.

Солтүстік Америка нарықты 2024 жылы шамамен 2,3 миллиард АҚШ долларымен басқарады, бұл жетілген қосалқы қызмет көрсету нарықтары мен желіні жаңғыртуға айтарлықтай инвестициялар есебінен. Америка Құрама Штаттары коммуналдық қызметтерді, тәуелсіз қуат өндірушілерді және сұранысқа жауап беру агрегаторларын кеңінен қатысуға мүмкіндік беретін сенімді құрылымдарды құрды.

Еуропа 2024 жылы 1,8 миллиард АҚШ долларын құрайтын -екінші ең үлкен нарық болып табылады. Германия, Біріккен Корольдік және Скандинавия елдері сияқты елдер энергияны сақтау және сұранысқа жауап берудің озық технологияларын қолдана отырып, жиілікті реттеу инновацияларында көшбасшы болып табылады. Еуропалық Одақтың электр энергиясының трансшекаралық нарықтарына- назар аударуы өзара қосылған желілер арқылы жиілікті реттеу қызметтерінің тиімділігін арттырады.

Азия-Тынық мұхиты аймағы 2024 жылға арналған нарықтық құны 1,2 миллиард АҚШ долларын құрайтын -өсімі жоғары аймақ ретінде пайда болды. Қытай, Жапония, Оңтүстік Корея және Үндістан жаңартылатын энергия көздерінің өршіл мақсаттарына қолдау көрсету үшін желілік инфрақұрылымға және энергияны сақтауға көп қаражат салуда.

Жиілікті реттеу провайдерлерінің табыс мүмкіндіктері сыйымдылық төлемдері мен өнімділікке негізделген ынталандырулардан-алады. Тор операторлары реттеуді қамтамасыз ету үшін қол жетімді ресурстарды өтейді және жауап берудің дәлдігі мен жылдамдығы үшін оларды марапаттайды. Швецияда жиілікті реттеу қызметтері үшін орнатылған 1 МВА/1 МВт аккумуляторлық жүйе жыл сайын шамамен 150 000 еуро өндірді, инвестицияның қайтарымы 2 және 3 жыл аралығында.

Жаңартылатын энергияға көшу жиілікті реттеу талаптарын түбегейлі өзгертеді. Жел мен күн генерациясында кәдімгі синхронды генераторлардың айналмалы массасы жоқ, бұл жалпы жүйе инерциясын төмендетеді. Төменгі инерция генерация мен сұраныс теңгерімсіз болған кезде жиіліктің тезірек өзгеретінін білдіреді.

Кәдімгі қуат жүйелері жиіліктердің бұзылуына қарсы жедел буферді қамтамасыз ету үшін мыңдаған айналмалы генераторларда сақталған кинетикалық энергияға сүйенді. Жүктеме кенет артқанда, бұл айналмалы масса уақытша баяулап, басқару жүйелері іске қосылған кезде сұранысты қанағаттандыру үшін энергияны босатады. Қуат электроникасы арқылы қосылған жаңартылатын энергия жүйелері бұл инерциялық жауапты қамтамасыз етпейді.

2024 жылы жарияланған зерттеулер жаңартылатын энергия көздерін біріктіру өзара байланысты электр желілерінің кеңеюі мен күрделілігіне байланысты жүктеме жиілігін бақылаудың маңыздылығын арттыратынын көрсетеді. Жел мен күн генерациясының үзік-үзік сипаты тәжірибелі дәстүрлі жүйелерге қарағанда жиірек және үлкенірек жиілік ауытқуларын енгізеді.

Тор операторлары бұл қиындықтарды бірнеше тәсілдер арқылы шешеді. Жетілдірілген басқару алгоритмдері жел турбиналары мен күн инверторларына «синтетикалық инерция» немесе «виртуалды инерция» әдістері арқылы синхронды генераторлардың инерциялық реакциясын имитациялауға мүмкіндік береді. Энергияны сақтау жүйелері жаңартылатын өзгермеліліктің орнын толтыратын жылдам{2}}жауап беретін қорларды қамтамасыз етеді. Сұранысқа жауап беру бағдарламалары жиілік сигналдарына жауап ретінде тұтынуды реттеу үшін икемді жүктемелерді тартады.

Жаңартылатын генерацияның өзгермелілігі қажетті жиілікті реттеу сыйымдылығының көлемін де арттырады. Күннің генерациясы жоғарыдан бұлттар өткенде тез төмендейді. Жел генерациясы жел үлгілері ауысқанда бірнеше минут ішінде айтарлықтай өзгеруі мүмкін. Бұл жылдам ауытқулар дәстүрлі торлардың салыстырмалы болжамды жүктеме өзгерістеріне қарағанда белсенді жиілікті реттеуді талап етеді.

Frequency Regulation

Жиіліктерді реттеу ресурстары желілік қызметтерге қатысу үшін қатаң техникалық талаптарға сай болуы керек. Тор операторлары ресурстардың жиілік ауытқуларына секундтар ішінде автоматты түрде жауап беруін және белгілі ұзақтықта жауап беруін талап етеді. Нақты талаптар аймаққа және нарық операторына байланысты өзгереді.

Жауап беру уақыты ресурс жиілік ауытқуын қаншалықты жылдам анықтай алатынын және оның қуат шығысын реттей алатынын анықтайды. Батарея жүйелері әдетте бір секундтан аз жауап беру уақытының талаптарына жауап береді, ал кәдімгі генераторларға жауап беру үшін бірнеше секунд қажет болуы мүмкін.

Реттеу қуаты ресурс жиілікті басқару үшін қамтамасыз ете алатын қуаттың жалпы көлемін өлшейді. Операторлар бұл мүмкіндікті қолжетімді және орналастыруға дайын ұстауы керек. Батареялар үшін бұл заряд күйін толық зарядталмаған немесе толық таусылмай -қос бағытты қуат ағынына мүмкіндік беретін ауқымда ұстауды білдіреді.

Дәлдік көрсеткіштері ресурстың тор операторлары жіберген реттеу сигналын қаншалықты жақын орындайтынын бағалайды. Жетілдірілген батареяны басқару жүйелері сигналдарды ең аз қателікпен орындай отырып, өте жоғары дәлдікке қол жеткізеді. Бұл дәлдік желі операторларына аз ресурстармен қатаңырақ жиілікті бақылауға мүмкіндік береді.

Тұрақты жауап беру мүмкіндігі ресурстың реттеу нәтижесін қанша уақыт сақтай алатынын анықтайды. Батарея жүйелері қуат сыйымдылығының шектеулеріне тап болады{1}}15 минуттық қуат сақтау мүмкіндігі бар 1 МВт батарея қайта зарядтауды қажет етпес бұрын осы уақыт ішінде ғана толық қуат бере алады. Тор операторлары реттеу өнімдерін осы практикалық шектеулер төңірегінде әзірлейді, бастапқы резервтер әдетте 15-30 минуттық ұзақтықтарға белгіленеді.

Заманауи жиілікті реттеу жабдық шектеулерін басқару кезінде өнімділікті оңтайландыратын күрделі басқару стратегияларын қолданады. Тығыздауды басқару жиілік ауытқуы мен қуат шығысын реттеу арасында пропорционалды қатынасты құра отырып, бастапқы жиілік реакциясының негізгі әдісі болып қала береді.

Шөгуді басқару схемасында әрбір генератор жиілік ауытқуының шамасына қарай шығысын реттейді. 5% төмен түсіру параметрі 5% жиілік төмендеуі генератордың қол жетімді бос орын шегінде 100% ұлғаюына себеп болатынын білдіреді. Әртүрлі төмен түсу параметрлері бар бірнеше генераторлар реттеу жүктемесін пропорционалды түрде автоматты түрде бөліседі.

Батарея қуатын сақтау жүйелері заряд күйін есепке алатын жақсартылған құлдырауды басқаруды жүзеге асырады. Батарея заряды жоғары болғанда, жүйе жоғары реттеуге (разрядтауға) қарағанда-төмен реттеуді (зарядтауды)- қамтамасыз ете алады. Заряд күйі азайған сайын ауытқу реттеу мүмкіндігіне-төмен қарай жылжиды. Бұл динамикалық реттеу реттеу қызметін қамтамасыз етуді барынша арттыра отырып, артық{6}}зарядтауды немесе артық зарядтауды- болдырмайды.

Автоматты генерацияны басқару бірнеше ресурстарда қайталама жиілік реакциясын үйлестіреді. Жүйе жиілік ауытқуын және басқару аймақтары арасындағы жоспардан тыс қуат ағындарын біріктіретін аймақты басқару қатесін есептейді. Содан кейін AGC қатысушы генераторларға олардың мүмкіндіктері мен экономикалық факторлары негізінде түзету сигналдарын таратады.

Виртуалды синхронды генератордың басқару элементтері қуатты электронды түрлендіргіштерге дәстүрлі айналмалы машиналардың динамикалық сипаттамаларын эмуляциялауға мүмкіндік береді. Бұл басқару элементтері жиіліктің ауытқуының өзі емес, жиіліктің өзгеру жылдамдығына жауап беру арқылы синтетикалық инерцияны қамтамасыз етеді. Бұл әдеттегі генераторлардың табиғи инерциялық реакциясын қайталайды, бұл бастапқы жиілік ауытқуларын тезірек ұстауға көмектеседі.

Жиіліктерді реттеу талаптары мен енгізу қуат жүйелерінің әртүрлі түрлерінде айтарлықтай ерекшеленеді. Үлкен өзара байланысты торлар географиялық және ресурстық әртүрліліктен пайда көреді, бірақ көптеген басқару аймақтарында үйлестіру қиындықтарына тап болады. Арал торлары аз резервте жұмыс істейді және жиілікті бақылауды қажет етеді.

Микроторлар жиілікті реттеудің ең қиын ортасын білдіреді. Бұл шағын{1}}масштабты жүйелерде минималды инерция және шектеулі артықшылық бар. Генератордың бір рет шығуы немесе жүктеменің өзгеруі жиіліктің айтарлықтай ауытқуына әкелуі мүмкін. Мазасыздықтар кезінде тұрақтылықты сақтау үшін қажетті жылдам әрекетті қамтамасыз ететін микроторлар үшін батареяны сақтау маңызды болады.

2024 жылы жарияланған соңғы зерттеулер 100 EV әртүрлі сынақ сценарийлерінде желі жиілігін 59,5-60,5 Гц аралығында тиімді ұстай алатынын көрсетіп, микроторларға электрлік көлік интеграциясын талдады. Бұл мағыналы жиілікті реттеу қолдауын қамтамасыз ету үшін бөлінген ресурстарды қалай біріктіре алатынын көрсетеді.

Сайтта генерацияланатын өнеркәсіптік нысандар- жиілікті реттеу нарықтарына жиі қатысады. Үлкен электр қозғалтқыштары және басқарылатын процестер жиілік сигналдарына жауап ретінде тұтынуды реттей алады. Біріктірілген жылу және электр станциялары жылу беруді сақтай отырып, жиілікті бақылау үшін электр қуатын өндіруді модуляциялауға икемділік беретін жылу және электр қуатын қамтамасыз етеді.

Трансмиссиялық{0}}байланысқан жел және күн электр станциялары үзік-үзік сипатына қарамастан жиілікті реттеу қызметтерін көрсетеді. Жетілдірілген инверторлық басқару құралдары бұл қондырғыларға қорларды сақтауға және жиілік ауытқуларына жауап беруге мүмкіндік береді. Шығарылым ең жоғары қуаттылықтан төмен әдейі төмендетілген қысқарту кезеңдерінде жаңартылатын қуат көздері жиілік төмендеген кезде өндіруді тез арттыра алады.

Frequency Regulation

Жиіліктердің ауытқуы электр энергиясын өндіру мен тұтыну теңгерімсіз болған кезде пайда болады. Жалпы себептерге генератордың күтпеген үзілістері, электр беру желісінің жұмысы, жүктің кенеттен үлкен өзгерістері немесе жаңартылатын генерацияның жылдам ауытқуы жатады. Тор жиілігі генерация жүктемеден асқан кезде табиғи түрде көтеріледі және жүктеме генерациядан асқан кезде төмендейді.

Тор операторлары әдетте 50 Гц немесе 60 Гц жүйелер үшін қалыпты жағдайлар кезінде жиілікті ±0,1 Гц шегінде сақтайды. Қатаң бақылау қуат сапасын жақсартады және жабдықтағы кернеуді азайтады. Нарық ережелері реттеу сигналдарын дәлірек орындайтын ресурстарды жиі марапаттайды, дәлдік үшін экономикалық ынталандыру жасайды.

Заманауи жел турбиналары мен күн инверторлары кеңейтілген басқару стратегиялары арқылы жиілікті реттеуді қамтамасыз ете алады. Мүмкіндік құнын тудырып, максималды өніммен жұмыс істемей, кейбір қуаттарды резервте ұстауы керек. Дегенмен, бұл мүмкіндік жаңартылатын нысандарға таза энергия өндірісінен тыс жүйелік қызметтерді ұсынуға көмектеседі.

Қолайлы ауқымдардан тыс тұрақты жиілік ауытқулары қорғаныс әрекеттерін тудырады. -Жүйені толық құлдырауға жол бермеу үшін жиіліктегі жүктемені тоқтату тұтынушыларды автоматты түрде ажыратады. -артық жиілік генератордың ажыратылуына себеп болуы мүмкін. Төтенше жағдайларда каскадты сәтсіздіктер кең тараған сөніп қалуға әкеледі.

Жиілікті реттеудің эволюциясы энергия жүйелері жаңартылатын энергия мен бөлінген ресурстарды көбірек біріктіретіндіктен жалғасуда. Батарея қуатын сақтау, сұранысқа жауап беру және кеңейтілген басқару элементтері тұрақтылықты сақтау үшін қажетті икемділікті қамтамасыз етеді. Нарықтар жаңа технологиялар ұсынатын жылдамдық пен дәлдікті бағалауға бейімделуде, сонымен бірге барған сайын күрделі желі динамикасын шешу үшін барабар қуат қолжетімді болып қалады. Техникалық және экономикалық негіздер генерациялар қоспасы айнымалы және таратылған кезде жиілікті тұрақты ұстау үшін әртүрлі ресурстар бірге жұмыс істейтін болашаққа нұсқайды.

Дереккөздер

EPRI сақтау Wiki - Жиілік реттеуі

АҚШ энергетикалық ақпарат әкімшілігі - Батареяны сақтау қолданбалары және ауыспалы пайдалану жағдайлары

Ғылыми есептер - Гибридті жаңартылатын электр желісіндегі жиілікті реттеу, 2024 ж.

Нарықтың өсу есептері - Жиіліктерді реттеу нарығын зерттеу есебі, 2025 ж

Socomec - BESS көмегімен электр желісінің жиілігін реттеу

Энергетикалық зерттеулердегі шекаралар - Батарея қуатын сақтаудың жақсартылған жүйелік жиілікті реттеу мүмкіндігі, 2022 ж.

Ғылыми есептер - EV интерфейсінің шыңға әсері-Микрогридтердегі сөрелер мен жиілікті реттеу, 2024 ж.

EPower - Қуат жүйесіндегі жиілікті басқару, 2020 ж