Adaptive model of frequency and power control in power systems with wind power plants

Abstract

Адаптивна модель регулювання частоти і потужності в енергосистемах з вітровими електростанціями ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018 Вступ та постановка задачі. У публікаціях [1 -3] доведено, що вітрові електростанції (ВЕС) можуть ефективно функціонувати в об'єднаних енергосистемах (ОЕС) лише за умови, що швидкість зміни потужності ВЕС під час її роботи у складі ОЕС буде співставною (а краще -не перевищувати) з аналогічним показником регулятора (активного чи пасивного), який введений у контур регулювання частоти і потужності. Активні регулятори (генератори-регулятори) в залежності від їх фізичної природи мають у своєму складі устаткування, яке тим чи іншим чином обмежує їх можливості зі зміни потужності. Зокрема, на теплових електростанціях (ТЕС) таким устаткуванням є парові котли, в яких швидкість зміни потужності обмежена температурною міцністю трубопроводів та корпусу, на гідроелектростанціях (ГЕС) таким інерційним елементом є направляючі апарати (регулюють об'єм подачі води на гідротурбіни), а швидкодія електрохімічних акумуляторних батарей (АБ) обмежується лише їх внутрішнім опором. Тому допустима швидкість зміни потужності генераторів ТЕС не може перевищувати 6-7%/хв від їх номінальної потужності Р ном , для ГЕС цей показник становить 1-2,5%Р ном /с, а для АБ -перевищує 700%Р ном /с. В [4] досліджено можливості використання теплонасосних технологій (пасивні регулятори) в системах автоматичного регулювання частоти і потужності в енергосистемах, при цьому обмеженням за швидкодію був використаний показник 40% від Р ном за секунду. В [5] наведена система ущільнення графіка електричних навантажень енергосистеми шляхом використання споживачів-регуляторів у вигляді електрокотлів, однак у цій публікації немає даних щодо обмежень на швидкість зміни потужності електрокотла. Слід очікувати, що його швидкодія не набагато перевищує швидкодію енергетичних котлів, оскільки в електрокотлі є те- МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ОБ'ЄКТІВ І СИСТЕМ АДАПТИВНА МОДЕЛЬ РЕГУЛЮВАННЯ ЧАСТОТИ І ПОТУЖНОСТІ В ЕНЕРГОСИСТЕМАХ З ВІТРОВИМИ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯМИРозроблено та всебічно досліджено адаптивну модель регулювання частоти і потужності в енергосистемах з вітровими електростанціями. Регулююча потужність зазначеної моделі складається із двох частин: адаптивної складової та ПІД-закону. Адаптивна складова є різницею між уставкою, що задається диспетчерською службою енергосистеми, та потужністю вітрової електростанції у кожний момент часу на періоді регулювання. Друга складова регулюючої потужності є класичним ПІД-законом, в якому аргументом є відхилення частоти. Проведено серію числових експериментів, метою яких було дослідження можливостей використання запропонованої структури регулювання частоти в ОЕС України та в енергосистемі Євросоюзу ENTSO-E. Було встановлено, що найкращі показники зі стабілізації частоти надає повна модель, в якій використовується як адаптивна складова, так і ПІД-закон. При цьому забезпечується європейська вимога щодо стабілізації частоти (|Δf|max  0,02 Гц), і значення коефіцієнтів ПІД-закону є ціл...

Untitled

“…До вводу у ближні терміни вже заявлено (додатково до введених) біля 800 МВт потужностей СЕС та біля 7000 МВт потужностей ВЕС. Дослідженнями Інституту загальної енергетики (ІЗЕ) НАН України встановлено [1][2][3][4], що для забезпечення необхідної стабільності частоти в об'єднаній енергосистемі з потужними ВЕС необхідні швидкодіючі електричні джерела (регулятори), сумарна потужність яких є співставною із потужністю ВЕС. Окрім того, для забезпечення неперервної роботи енергосистеми у час погодних зупинок ВЕС потрібні резервні потужності традиційних електростанцій, обсяг яких практично співпадає з потужностями ВЕС.…”

“…Стабілізація частоти. Для вирішення задач зі стабілізації режимів роботи ОЕС, у структурі яких використовуються ВЕС та СЕС великої потужності, в ІЗЕ НАН України вперше в світі був розроблений комплекс математичних моделей і відповідні засоби інформатики [1][2][3][4], які з необхідним ступенем достовірності надають можли-М.М. КУЛИК, Т.П.…”

“…Окрім рівнянь (1)-(9), до складу моделі входять важливі нелінійні залежності, які враховують обмеження на величину та швидкість зміни потужності регулятора (АБ), а також вплив його зони нечутливості на перехідний процес в енергосистемі [1][2][3][4].…”