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在电力系统频率波动:来源、控制和最小化技术

RoshanLal Verma1 Pallavi Sahu2
  1. 助理教授,EEE称,Bhilai理工学院,sujeet kumar恰蒂斯加尔邦,印度
  2. ET&T系助理教授,Bhilai理工学院,sujeet kumar恰蒂斯加尔邦,印度
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文摘

交替的电的现象自然是被我们,我们能说的交流能量不能被存储长时间,除了它可以采取短期储存数量。但它有属性,它可以消耗,同时使用。这样的电厂有必要不断产生和恒功率,避免波动。电力系统保护和控制是基于同样的原理,在套管不相称,交流网络的频率变化。工作期间的电网频率应保持不变,以免失去平衡的状态。但可以容忍在一定范围内变化。在这个工作我们学习频率波动的原因,并探索的可能性装配系统的状态信息,因此会增加被测这些波动的控制性能。我们得出结论:由于随机需求的系统频率波动发生,但本质上也是影响发电机的状态参与功率控制。

关键字
频率波动、频率平衡、控制技术。

介绍
能量存储系统主要是用于存储能量为电力需求漠不关心系统供以后使用。因此,他们可以发挥有益的作用在电力系统电力最需要和最宝贵的。为下一代集成电力系统未来的挑战必须满足很多,但其中一个是这样的电源设计,满足日益增长的电力需求和船应该是非常有效的方式。大型同步发电机的电源包括数百兆焦耳的专用储能脉冲负载,和超过100 MJ的总能量在电池供电的不间断电源(UPS)的形式分布于整个船的负荷中心(NAVSEA, 2007)。
海军海上系统司令部(NAVSEA, 2007)发现了一个集成的能量存储系统的功能,支持一些负载在发电损失,减轻系统的效果大负载的一步,并使提供大型脉冲的脉冲负载没有应用脉冲对整个电力系统。第二个函数地址发生器输出功率需求的突然变化,如在脉冲载荷的充电能源存储系统电磁武器或飞机发射器,在船舶推进电机功率逆转崩溃倒车演习和thetripping离线发电机由于交流系统故障[1]。突然改变的电力系统主要影响电气负载的同步发电机可导致输出功率频率的频率波动广泛作为原动机调整来满足需求。
可以容忍的最大,速度每秒为典型的燃气轮机估计NAVSEA(2007)为20%。图1显示了虚拟负载接受响应45伏安的同步发电机(惯性常数4.0多工作站系统/ MVA)航空派生,燃气轮机的原动力。可接受的发电机频率波动测量±4%限制暂时的频率中指定公差MILSTD1399 (NAVSEA, 1987)和反映在IEEESTD45 (IEEE 2002)。它们提供了一个潜在的性能基准储能集成方案,处理负载扰动步。
图像

文献调查
今天频率和电压控制主要发生在交流传动水平。在分布式系统与这些控制功能进行一些额外的电路的传输和分配水平[1]。随着需求的增加所需的电力消耗对负荷波动,这样负担发电机振荡的原动力。有时候负担使其零频率偏移对加载线。尽可能多的需求或负担增加波动频率增加,因此更大的负载会产生更大的波动频率。最近发表的一篇文章[2]指出,德国电网可能会强调(例如,大型频率和电压偏差)即使在空载条件下,如果26日核电站永久断开连接。分布式中央车站(核,煤和天然气)确保功率流控制是相对稳定的,因为能量不能传播长(例如,800公里)行到达消费者。这些网格连接到最大化稳定、效率和可靠性的同时降低投资成本。在德国,这一事实风电(WP)的植物主要是位于北(主要是在北海海上)和光伏(PV)植物主要是位于南意味着必须远距离输送电能(约800公里)导致无法接受大频率和电压扰动[2],[3]导致稳定性问题由于大型输电线路阻抗和切换操作。2012年印度北部电网停电,成立于调查问题的原因是由于频率变化(新频率我们当时49.76赫兹,最大值为50.60,最小值我们有48.88赫兹)。
变化控制机制:
频率平衡和控制操作可以执行在时间域使用不同的资源,在图2中表示。
图像
主要控制
主要控制更普遍被称为频率响应。外部控制loopcalled调速器控制,所包含的每个涡轮机传统发电机的原动机是通常配备。调速器控制系统控制的转速轴通过改变供应涡轮从而控制频率。这种类型的控制通常被称为primaryfrequency控制。[6]频率响应发生在最初的几秒钟后系统频率的变化(干扰)稳定互连。频率响应是由以下几点:
1。州长的行动。州长在发电机类似于速度控制在你的车。的变化速度是感觉到他们和调整能源的发电机原动机的输入。
2。负载。在一个互连改变电动机的速度成正比的频率。随着频率下降,汽车会旋转缓慢,画也较少。减少系统负载(迅速)也可能影响的低频率继电器自动操作中断预定义的加载频率分数秒或几秒钟内达到预定值。这样可以表示为可中断负荷减少负载。作为安全网,公司负荷百分比可能下降处于频率载荷分离程序,以确保稳定的严重干扰情况下的系统。
重要的是要记得,主要控制不会返回频率正常,但只有稳定。其他控制组件用于频率恢复正常。
二次控制
平衡服务部署在二级控制通常包括“分钟”时间。另一方面一些资源,如水力发电,能够迅速做出反应,在许多情况下。二级控制还包括初步储备部署不稳定。与之相关条款最频繁,“负荷频率控制”或“自动生成控制”。简而言之,二级控制维护变化或扣带皮层部位接下来【每秒钟】平衡各地,用于恢复其预定值的频率,通常50 Hz,干扰。二级控制是由旋转和不旋转储备。最常见的资源锻炼次级控制是通过自动发电控制(AGC)。AGC运行与监控和数据采集(SCADA)系统。收集的信息是通过SCADA在一个电力系统,尤其是发电机输出,系统频率和实际系统和周边系统之间的交换。实际使用系统频率和净交换,加网预定的知识交换,它是可行的,以确定系统的能量平衡在近实时互联。 AGC describes a Balancing Area’s Area Control Error (ACE, further described below) from interchange and frequency data. ACE tells whether a system is in synchronism or desires to make adjustments to generation.
的AGC的成功水平符合平衡和频率控制体现在平衡地区的控制性能合规统计数据,这将在本文后面详细描述。
三级控制
三级频率控制,手动和自动的变化发生在机组的调度和承诺。这个控制用于重建中小学频率控制储备管理过度拥挤在传输网络,将频率和交换回他们的目标价值当二级控制无法完成最后的任务。[10]的三级控制行动包括资源来处理当前和未来的突发事件。储备部署和储备重建扰动后常见的三级控制。
时间控制
平衡控制方案的频率是不完美的。总是会有不对称错误结线米由于传感器是否准确,SCADA硬件或软件问题,或通信错误。由于这些错误,产生偏差和正常负载波动,净ACE的互连不能维持在零。这意味着不能总是保持在50 Hz,频率随时间和正常(或平均)频率通常不是50赫兹。
在电力系统每个连接都有一个时间控制过程保持长期正常(或平均)在50 Hz频率。虽然有一些差异的过程中,每个连接指定一个一致性经理作为一个“时间监控”提供时间控制。时间监控比较发生频率与时钟驱动的互连对“官方”提供的国家标准与技术研究院(NIST)。如果平均频率漂移,它创建一个时间这两个时钟之间的误差。例如,如果已经运行2 mHz频率高(50.002赫兹),一个时钟使用互连频率作为参考将获得10小时的时间间隔(即1.44秒。,50.002 Hz-50.000 Hz)/50 Hz * 10 hrs * 3600 s/hr = 1.44 s). If the Time Error accumulates to a pre-fixed value (for this example, +10 seconds in the Eastern Interconnection), the Time Monitor will send notices for all Balancing Authorities in the interconnection to compensate their scheduled frequency by -0.02Hz (Scheduled Frequency = 49.98Hz). This offset, known as Time Error Correction, will be maintained until Time Error has decreased below the termination threshold.

结果的讨论
本文主要是集中在生成和终止在电力系统频率波动或干扰。可以改变由于一些原因如加载、卸载频率失配等,不能容忍任何系统在很长一段时间。保持同步是很重要的,频率应保持在任何健康系统的运行条件。通过分析数据在图1的图会给信息,对零加载系统频率波动和恢复其崩溃的时间同步。图1的表包括信息如下:
图像
图像
电力系统是基于发电及其消费。在一个系统中总应该有一个共同的频率但频率变化和使用不同的方法可以减少其波动。最近我们这里讨论一些方法我们使用,但需要增加保护水平的清晰度和准确性保护元素是两个主要的事情我们必须改善在未来。

未来的范围
我们的工作重点是稳定的系统从超载产生的不必要的干扰,负荷阴影和突然切除负荷等。频率与负载应用到系统直接成比例。发电机的原动机系统不平衡加载时被打扰。目前安排维护同步系统是不太准确的即时响应的缺点。本文是基于与该系统相关的问题时,频率波动从其零加载线。在未来该系统将基于自动增益控制和原子能委员会控制方案,以便保护技术可以在即时工作,就可以避免错误的条件尽可能多。

结论
电力系统控制策略最小化集成MV总线频率变化通过发电机负载所有步骤。它们包括使用频率变化管理推进电机的电力需求,再生能力推进电机的输出,和再生从专用电容器储能设备输出功率。
频率变化的补偿是可能的,只有当负载稳定,以便在任何电力系统能够保持同步。工业领域的需求力量总是随负载,这些变化主要由邻近的系统维护或原动力设置。上述技术可以用来平衡波动但与其说是有效的,他们可以保留整个系统干扰。

引用