MR pr 5 Regulace f v propojench soustavch

MR pr. 5 Regulace f v propojených soustavách

Obsah přednášky: • Výkonové zálohy požívané pro udržení kvalitativního parametru v propojených soustavách. • Princip regulace kvalitativního parametru f v propojených soustavách • Primární regulace princip solidarity. • Sekundární regulace princip neintervence. • Terciální regulace

Základní schéma řešení regulace f v ES na straně výroby Bilanční rovnováha ES je dorovnávána elektrárenskými zdroji. V rozsahu svých RR mají RP, které se využívají pro regulaci frekvence v síti. Tato regulace se provádí ve třech stupních: Primární automatické přizpůsobování výkonu zdrojů požadovanému zatížení Sekundární vyrovnání frekvence na jmenovitou hodnotu 50 Hz Terciární obnovení RP pro primární a sekundární regulaci

Kvalitativní parametr - kmitočet v ČR - ČEPS

Četnost odchylek kmitočtu - ČEPS

Systémové služby ES • • Služby zajišťující kvalitu, bezpečnost a spolehlivost dodávky elektřiny z ES – definovány v Kodexu přenosové soustavy – zajišťuje PPS – udržování kvality elektřiny – udržování výkonové rovnováhy v reálném čase – obnovení provozu – dispečerské řízení Technicko-organizační prostředky pro zajištění Sy. S - ČR – udržování primární regulační zálohy (PR) – sekundární regulace frekvence a předávaných výkonů (SR) – výkonová záloha pro obnovení PR, SR - terciární regulace výkonu (TR) – zajištění dispečerské zálohy – sekundární regulace napětí a jalových výkonů – terciární regulace napětí a jalových výkonů – zajištění stability přenosu – obnovování provozu po úplném nebo částečném rozpadu soustavy (ztrátě napájení) – zajištění kvality napěťové sinusovky Prostředky na zajištění Sy. S: – vlastní prostředky PS – prostředky uživatelů PS, kteří poskytují podpůrné služby Pp. S Zajištění Pp. S: – nákupem od zdrojů těchto služeb v ES ČR i v okolních soustavách – vlastními prostředky (regulace Q, obrana proti šíření poruch)

Podpůrné služby • Služby nutné k zajištění systémové funkce soustavy – pokrytí požadované spotřeby v požadovaném čase, kvalitě s požadovanou spolehlivostí • Požadavky na Pp. S – měřitelnost – se stanovenými kvantitativními parametry a způsobem měření – garantovaná dostupnost služby během denního, týdenního a ročního cyklu s možností vyžádat si inspekci – certifikovatelnost – stanovený způsob prokazování schopnosti poskytnout služby pomocí periodických testů – možnost průběžné kontroly poskytování – Každý nový zdroj nad 30 MW musí poskytovat Pp. S (dle EZ).

Dispečerská záloha – pokrytí d. P • • podpůrné služby, které nakupuje od výrobců případně i odběratelů elektřiny: 1. Sekundární a terciární regulace P bloku (SR a TR) 2. Rychle startující 10 -ti minutová (QS 10) a dispečerská záloha (DZt) 3. Změna zatížení (ZZ 30) 4. Snížení výkonu (SV 30) 5. Vltava (VSR). nákup regulační energie (především na základě smluv o dodávce regulační energie ze zahraničí), havarijní výpomoci ze sousedních soustav (na základě smluv se sousedními provozovateli PS), v případech stavů nouze i snížení spotřeby podle regulačního a vypínacích plánu.

Systémová služba udržování výkonové zálohy

Čerpání podpůrných služeb

Pp. S – Primární regulace frekvence (PR) • • rezervování části výkonového rozsahu bloku, zapojení primárního regulátoru na bloku primární regulátor v závislosti na změnách frekvence v síti automaticky upravuje okamžitý výkon bloku v zadaném rozsahu – statika primárního regulátoru nastavená tak, aby celý rozsah primární regulace (jedna polarita) stroje odpovídal odchylce frekvence: – 200 m. Hz pro bloky do 300 MW – 100 m. Hz pro bloky nad 300 MW zdroj musí dodat požadované množství regulační zálohy (RZPR) do 30 s od okamžiku vzniku odchylky frekvence max. velikost vykupované RZPR (regulační záloha PR) je 10 MW, min. 3 MW – maximum z důvodu omezení vlivu výpadků bloků poskytujících tuto Pp. S na souhrnnou zálohu

Obnovení frekvence v ES –sekundární regulace f • Sekundární regulátor zpracovává regulační odchylku G (obyčejně má PI charakter) a rozděluje ji mezi jednotlivé regulační bloky (poskytující podpůrnou službu sekundární regulace) podle participačních koeficientů. • Pokud nastavená konstanta odpovídá přesně výkonovému číslu regulované soustavy, nereaguje regulátor při vzniku výkonové nerovnováhy mimo regulovanou soustavu, a tím je zajištěn princip neintervence. • Proces sekundární regulace f a P je realizován vysíláním žádané hodnoty výkonu ze sekundárního regulátoru na regulační bloky. • Činnost sekundární regulace f a P by měla obnovit zadané hodnoty frekvence a předávaných výkonů (ACE=0) do 15 min. od vzniku nerovnováhy. Pd = - k G -

Působení primární a sekundární regulace

Pp. S – Sekundární regulace výkonu bloku (SR) • • schopnost změnit výkon bloku na základě signálu automatického regulátoru ústředního dispečinku PPS výkonové pásmo pro SR musí být dosažitelné do 10 min od signálu regulátoru určenou rychlostí min. velikost RZSR (+, -) na 1 bloku je 10 MW a max. velikost RZSR (+, -) na 1 bloku je 70 MW min. rychlost změny je 2 MW/min SR na 1 bloku je poskytována symetricky – základní nasazený výkon bloku je uprostřed pásma rezervovaného pro SR – RZSR = ½ * RRSR – jeden poskytovatel s více bloky na nich může mít SR rozloženou nesymetricky, avšak v součtu musí být poskytovaná SR vždy symetrická využití – pro regulování fluktuace zatížení – při poruchových výpadcích výrobních zařízení s cílem udržet saldo předávaných výkonů se sousedními propojenými soustavami velikost změny výkonu závisí na regulační odchylce a podílu SR zdroje na celkové SR záloze ES ČR

Schéma přerozdělení výkonu v SR f

Sekundární regulace f a salda předávaných výkonů • • • centrálně koordinovaná Sy. S na úrovni ES ČR, zajišťovaná PPS cílem je udržovat saldo předávaných výkonů s propojenými soustavami na sjednané hodnotě (ACE = 0) a frekvenci na jmenovité hodnotě výše odvozena od max. denní brutto spotřeby a velikosti instalovaného výkonu největšího bloku v soustavě zajišťuje automatický sekundární regulátor frekvence a předávaných výkonů na dispečinku PS prostřednictvím terminálů elektráren – regulační odchylka je rozdělena na všechny zdroje poskytující SR v poměru šířek pásem pro SR – odchylka musí být vyregulována do 15 min od svého vzniku • do SR se počítá jakýkoliv výkon dostupný do 15 min - točivá záloha, rychle startující studená záloha (VE, PSE), havarijní výpomoc ze zahraniční soustavy v rámci UCTE je založena na principu neintervence – vzniklou odchylku dorovná pouze soustava (reg. oblast), v níž odchylka vznikla – vyregulováním odchylky dojde k obnově PR zálohy • tj. návrat primárních regulátorů turbín na střed regulačního pásma a frekvence na 50 Hz ACE = P + K* f (MW)

Propojené soustavy v Evropě - ENTSO-E European Network of Transmission System Operators for Electricity NORDEL UKTSOA ATSOI UCTE BALTSO

Výhody synchronně propojených elektrizačních soustav • • • možnost použít v ES menší hodnotu regulačního výkonu, zvláště pro primární regulaci jednodušší a méně provozně náročné řešení provozních stavů bezprostředně po výpadcích elektrárenských bloků vyšší kvalita dodávané elektrické energie v důsledku menších odchylek frekvence od jmenovité hodnoty možnost havarijní výpomoci mezi soustavami zvýšení spolehlivosti, jednodušší řešení poruchových stavů a menší náchylnost k jejich výskytu optimalizace využití instalovaných kapacit, účast na mezinárodním obchodě s elektrickou energií Pro naplnění výhodné spolupráce je nutné splnit v jednotlivých soustavách zajistit: • • odpovídající systém primární a sekundární regulace spolehlivost chodu každé soustavy - kritérium „N-1“ minimalizaci přetoků jalových výkonů mezi soustavami metodika řešení návratu provozu soustavy z výstražného a krizového stavu do normálních podmínek: – frekvenčního odlehčování – plán obrany proti šíření poruch – plán obnovy po rozpadu propojených soustav - black-out • dostatečná přenosová kapacita mezi propojenými soustavam - minimálně 2 přenosová vedení

Synchronní spolupráce ENTSO-E • 41 PPS z 34 evropských zemí • roční výměna mezi členskými PPS 400 TWh • počet spotřebitelů 532 milionů • instalovaný výkon 880 GW • roční spotřeba 3 200 TWh • 305 000 km přenosových linek UCTE =Union for the Coordination of the Transmission of Electricity NORDEL BALTSO = Baltic Transmission System Operators ATSOI = Association of the Transmission System Operators of Ireland UKTSOA =UK Transmission System Operators Association ETSO ENTSO-E CE: výkonové číslo cca 16000 ÷ 20000 MW/Hz

Sy. S v propojených soustavách V UCTE jsou PR a SR základní systémové služby: • požadavek na PR vychází z návrhové výpadku zdroje 3000 MW, který nesmí způsobit pokles frekvence o více než 200 m. Hz (cílem je zastavení růstu odchylky frekvence) – statika primárních regulátorů turbín 8% • předepsaná hodnota PR v ES odpovídá podílu vyrobené energie dané ES (regulační oblasti) k součtu vyrobené energie všech propojených soustav UCTE – ES ČR připadá podle pravidel UCTE hodnota 84 MW dostupných v každém okamžiku – tj. i v okamžiku výpadku zdroje zapojeného v PR → hodnota se zvyšuje o největší jednotkový rozsah zapojené PR (10 MW) - splnění spolehlivostního kritéria n-1 • PR musí vyregulovat odchylku do 30 s po výpadku • PR funguje autonomně v regulačních oblastech (daná sumární záloha a statika) – generátory zapojené do PR reagují pouze na změnu f nezávisle na dalších vlivech • automatická Sy. S na úrovni UCTE založená na principu solidarity – při narušení rovnováhy mezi výrobou a spotřebou se na vyrovnání odchylky podílejí všechny zdroje propojených soustav, které jsou do systému PR frekvence zapojeny (ostatní regulují na původní výkon) do doby, kdy soustava, v níž regulační odchylka (ACE) vznikla, tuto odchylku zreguluje

Primární a sekundární regulace f v propojených soustavách ΔPg 0 ΔPg 2 ES 1 Pg 2 PS 2 = ΔP ES 2 ΔPg 1 Δ Pg 2+ Δ Pg 1 = ΔP • primární regulační rezerva jednotlivých regulačních oblastí (ACG) se určuje na základě bilance výroby a spotřeby v RO podle vztahu výkonu jednotlivých oblastí.

Primární a sekundární regulace v propojených soustavách

Rychlost aktivování primární regulační rezervy

Příspěvek regulačních oblastí do PR Pi – primární regulační reserva i-té regulační oblasti ci – koeficient účasti i-té regulační oblasti Pc – celková primární regulační reserva v UCTE (3000 MW) Ei – roční výroba (včetně exportů) v i-té regulační oblasti E – roční výroba v propojené soustavě UCTE každý rok se vypočítá výkon, který musí být pokryt v PR příslušnou RO se zadaného ci

Přibližné rozdělení celkové primární regulační rezervy v propojení UCTE

Poddíl jednotlivých ES v primární regulaci

Vyhodnocení ACE mezi soustavami ACE = P + K f f – odchylka od jmenovité frekvence K – konstanta regulátoru [MW/Hz] - nastavena na hodnotu výkonového čísla soustavy = součet výkonových čísel generátorů zařazených v jednotlivých ES do regulace Prostřednictvím komunikačních kanálů jsou posílány impulzy na elektrárny které jsou zařazeny do sekundární regulace f, aby dorovnaly výkon v příslušné soustavě, tak aby byla dodržena referenční hodnota výkonu (dohodnutá) mezi soustavami.

Regulační odchylka regulátoru turbíny [MW; MW, min] GG = PG + PžG - PG = Pd = - k G -

Působení sekundárního regulátoru • Aby působil sekundární regulátor jen té regulační oblasti v které nastala porucha, musí být všechny Kri (konstanta sekundárního regulátoru i-té soustavy) nastavené na hodnotu výkonového čísla i-té soustavy) • Aby sa zabezpečilo dostatečné zesílení sekundární regulace určí se součet všech zesílení jednotlivých soustav: Kru = Kr 1 + Kr 2 +. . . + Krn = 1, 1 uo=18000 MW/Hz • Přizpůsobení hodnot Kri se uskutečňuje jednou za rok spolu s koeficienty účasti ci

Určení výkonového čísla soustavy Výkonové číslo regulační oblasti můžeme zjistit při poruše jako poměr změny salda naměřeného na hranicích regulační oblasti a kvazi=statické odchylky frekvence f, která vznikla poruchou saldo [MW] frekvence [Hz] čas [s] P= 31 MW , f = -48 m. Hz ---- K= 645 MW/Hz

Působení sekundárního regulátoru • • • Parametry regulace ki a Tri musí být nastavené tak aby, obnoveni frekvence a salda na požadovanou hodnotu sekundárním regulátorem začalo prakticky několik vteřin po vzniku odchylky frekvence, nejpozději do 30 vteřin, kdy je dodaná největší hodnota výkonu z primární regulace. Sekundární regulace musí, svojí činnost ukončil cca za 15 minut. Regulační parametry ki a Tri jsou mezi sebou úzko propojené. V současností proporcionální konstanta ki regulátora soustavy se nastavuje na hodnotu mezi 0 až 0, 5 (doporučené nastaveni). Časová konstanta Tri určuje rychlost práce sekundárního regulátoru s kterou regulátor reguluje výkon zúčastněných generátorů. V současností pro časovou konstantu Tri je doporučené nastaveni na hodnotu 50 až 200 sec. Doporučená rezerva pro sekundární regulaci je: R = - 150 [ MW ] kde L - očakávané zatížení v regulační oblasti

Vyregulovaní poruchy dvou propojených soustavách A a B

Předpoklady výpočtu • Výpočet je proveden na principu solidarity, tj. při výpadku v soustavě B zdroje o velkosti Pa je sníženi frekvence úměrné součtu výkonových čísel jednotlivých soustav. Pokles zjistíme ze vztahu: Kde: Je součet výkonových čísel regulačních oblastí A a B.

Výkon aktivovaný jednotlivými regulačními oblastmi Součet výkonu, který byl aktivován regulátory primární frekvence v jednotlivých oblastech: Pomocí vztahu jímž je definováno výkonové číslo jde vztah přepsat: Příspěvek primární regulace v propojených soustavách (výkon o který se zvýší výroba v elektrárnách zapojených do primární regulace): Pv se rovná výkonu, který ze soustavy A vypadnul a má výkonovou hodnotu Pa

Regulační proces sekundární regulace frekvence v propojených soustavách při výpadku výkonu Pa v soustavě B • Výpočet by měl prokázat princip sekundární regulace v propojených soustavách, tj. princip neintervence. v ES ČR se používá následující značení: výkon tekoucí ze soustavy se značí (-) výkon tekoucí do soustavy se značí (+) Regulátor regulační oblasti pro regulaci činného výkonu/frekvence musí byť proporcionálně – integračního charakteru podle následující rovnice: Pd = - k G - [MW; MW, min] Regulační odchylky sekundárních regulátorů: GA = - (- PVA) f [MW]

Regulační odchylka sekundárního regulátoru v oblasti A DPVA- výkon, který aktivovala primární regulace v soustavě Při rovnovážném stavu v soustavě A teče výkon aktivovaný primární regulací do místa nedostatku (do soustavy B). Na regulátoru můžeme nastavit konstantu regulátoru rovnou výkonovému číslu soustavy Kr. A= KA, potom platí: Dosazením za f dostáváme: Dosazením za PVA, pak můžeme psát: Sekundární regulace v soustavě A nereaguje na výpadek v B (regulační odchylka GA=0).

Regulační odchylka v soustavě B Na regulátoru můžeme nastavit Kr. B= KB, potom platí: Dosazením za f dostáváme: Druhý člen rovnice je výkon aktivovaný v soustavě B: Regulační odchylku GB dosadíme do rovnice sekundárního regulátoru:

Regulační odchylka v soustavě B Regulační odchylka sekundárního regulátoru soustavy B: Po úpravě této rovnice dostáváme: Z rovnice je patrné, že za určitý čas dojde ke zvýšení výkonu v soustavě B o hodnotu Pa podle nastavených konstant b a T

Frekvence ENTSO-E CE 19. 2. 2011

Pp. S – Terciární regulace výkonu bloku • • využívá se k obnovení vyčerpané sekundární regulace výkonový rozsah dosažitelný do 30 min od vyslání signálu aktivace automaticky po signálu nebo ručně obsluhou po požadavku dispečera aktivace výkonu vždy v plné výši (technologické důvody kvůli pásmu SR), regulační rozsah je vždy v jedné polaritě RZTR- = RRTR-; RZTR+ = RRTR+ min. 10 MW/blok, max. 100 MW/blok minimální rychlost změny výkonu je 2 MW/min jako Sy. S není v UCTE definována, jen požadavek, aby každá soustava měla vždy schopnost obnovy SR v co nejkratší době

Klasifikace regulačních reserv (UCTE)