Кількісне визначення інерції в електромережі

13

Дуже багато дискусій щодо модернізації електроенергетичних систем - це про "інерцію". Зазвичай це якісна дискусія про те, як турбіни (на гідро-, вугільних та газових установках) з великою кількістю кінетичної енергії у вигляді кутового імпульсу та швидкої реакції забезпечують стабілізацію напруги та частоти в масштабі четвертого циклу (5 мс в 50 ГГц) до невеликої кількості секунд.

Однак дискусії часто затримуються, тому що досить рідко можна побачити цю "інерційну відповідь" кількісно і визначити її джерело. Як я розумію, сама система має дуже низьку електричну ємність, тому, мабуть, більша частина інерціальної реакції відбувається від обертання турбін.

Як кількісно визначають інерційну реакцію для національних електроенергетичних систем та які типові значення інерції системи?

electrical-engineering power-engineering

— 410 пішло
джерело

Майте на увазі, що всі синхронні обертові машини, прикріплені до сітки, сприяють її "інерції". Сюди входять мотори, а також генератори.

— Дейв Твід

Відповідне ключове слово - "переходна стабільність". Правильно, що більшість інерцій походить від обертових машин. Старі вугільні генератори мають дуже високу інерційність. Нові газопровідні газові турбіни (тобто реактивні двигуни, прив'язані до генераторів) мають невелику вагу і не мають великої інерції.

— Лі-аун Іп

6

Цей пост у блозі ¹ визначає два основних джерела інерції в електромережі:

"Класичне" покоління, як правило, парові турбіни
Великі промислові мотори

Ви розумієте, що загальна ємність системи порівняно низька і надає незначний ефект інерції системи.

З точки зору надійності, інертність системи - це хороша річ. Велика обертальна маса, що забезпечує інерцію системи, уповільнює зниження частоти, якщо станеться різка зміна генерації або навантаження системи. Системна інертність допомагає запобігти появі захисних механізмів скидання навантаження, забезпечуючи час для компенсації систем управління, щоб пристосувати генерацію до середовища, що змінюється.

Інерція стала більшою темою інтересу, оскільки новітні технології відновлюваної генерації посилили свій слід на електричних мережах. Нові відновлювані технології підключають джерело їх генерації до електромережі через інвертори, які не надають інерції іншій системі. Крім того, поновлювані технології дозволяють вийти на пенсію технологій старшого покоління, що призводить до меншої кількості інерцій систем. Це зниження інерції посилюється зменшенням великих промислових двигунів.

¹_{Зверніть увагу, це джерело трохи упереджене, оскільки вони продають товар, пов'язаний з інерцією сітки}

У цій презентації розглядаються деякі деталі щодо обчислення інерції системи.

Механічна динаміка моделюється диференціальним рівнянням другого порядку:

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

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

Звідти вам потрібно буде підсумувати інерцію, надану усіма основними джерелами. Це, очевидно, нетривіально, оскільки графіки генерації змінюються, як і графіки виробництва для великих галузей. Ви також повинні враховувати бажану швидкість нальоту генераторів, яка буде змінюватися залежно від джерела палива.

Щоб дати негативну відповідь на ваше запитання - я вважаю, що саме ці аспекти ускладнюють кількісну дискусію про інерцію системи. Занадто багато змінних, а середовище динамічне. Ви можете, можливо, визначити інерцію для невеликого регіону, але, безумовно, не для регіону типового балансуючого органу чи національного масштабу.

Кілька висновків:

Песиміст може стверджувати, що надійність системи приречена через зменшення загальної інерції системи та що ми побачимо більше відключень та відключень у рамках оновлення загальної енергомережі.

Цей прогноз, ймовірно, трохи занадто похмурий. Балансуючі органи можуть вимагати, щоб було доступно більше прядильних резервів , що може забезпечити швидке (помилкове) реагування на локалізовані дисбаланси всередині мережі. Аналогічно, комітети з енергетики на національному рівні можуть надати компенсацію на арбітражному ринку для постачальників швидкої напруги та частоти, таких як електросистеми масового зберігання (BES).

Очевидно, що ці зміни не прийдуть безкоштовно - для забезпечення прядильних запасів потрібне пальне, а система BES - це недешево. Але проблеми є непереборними, навіть якщо рішення повинні прийматися на основі емпіричних даних.

@EnergyNumbers Я вважаю, що рівняння балансує. Згідно з Вікіпедією для одиниць СІ , права сторона знаходиться у ваттах, що є kg*m^2*s^-3. Ліва сторона здається kg*m^2*s^-2* s^-1. Момент інерції є, kg*m^2а обертальний момент інерціїkg*m^2*s^-2

3

Інерціальна характеристика генератора характеризується його інерційною постійною, Н, з одиницями секунд, визначеними як ( Самаракон , с40 ):

$\omega$ $S$

H = \frac{0.5 J ω^{2}}{S}

$H = \frac{0.5J\omega^2}{S}$

Показник еквівалентної інерції для всієї системи можна оцінити: ( Ekanayake, Jenkins, Strbac )

H_{e q u i v a l e n t} = \sum_{g e n s} H_{g e n} / S_{g e n}

$H_{equivalent} = \sum_{gens} H_{gen}/S_{gen}$

Значення для системи ГБ (у 2008 році) оцінювалось у 9 (за Самараконом ), за прогнозами, до 2020 року знизиться до 3-х років із сильним проникненням вітру.

При моделюванні інерціальної відповіді (частіше її називають частотною характеристикою) систему живлення можна спростити до функції передачі ( Ekanayake, Jenkins, Strbac ):

\frac{1}{2 H_{e q u i v a l e n t} s + D}

$\frac{1}{2H_{equivalent}s +D}$

$D$

Доступний проксі-сервер для постійної інерції - це первинна характеристика частоти ^1, необхідна кожному оператору системи (МВт / Гц). Вони порівнюються для 8 різних систем Rebours et al ; від 20570 МВт / Гц для UCTE (Союз координації передачі електричної енергії - Європейська синхронна система) до приблизно 600 МВт / Гц для Бельгії.

Оскільки менші генератори інерції (наприклад, вітер) витісняють більш високі генератори інтерцій (тобто пари), константа інерції має тенденцію до падіння. Це означає, що для підтримки загальної стабільності генератори повинні швидше реагувати на різкі зміни або попит. Це часто цитується як обмежуючий фактор у зв'язку вітру, особливо до менших "острівних" мереж (наприклад, Lalor, Mullane, O'Malley ).

^{1 - Примітка: первинна / вторинна / третинна реакція / резерв визначаються по-різному в різних енергосистемах, як зазначає Ребур .}

— атом33лс
джерело