ความเฉื่อยเชิงปริมาณในตารางไฟฟ้า

13

การถกเถียงกันมากมายเกี่ยวกับความทันสมัยของระบบไฟฟ้านั้นเกี่ยวกับ "ความเฉื่อย" นี่คือการอภิปรายเชิงคุณภาพเกี่ยวกับวิธีกังหัน (ในโรงไฟฟ้าพลังน้ำถ่านหินและก๊าซ) ที่มีพลังงานจลน์ในรูปของโมเมนตัมเชิงมุมและการตอบสนองที่รวดเร็วให้แรงดันและความถี่คงที่ในระดับของรอบไตรมาส (5ms ใน 50Hz กริด) จำนวนวินาทีเล็กน้อย

อย่างไรก็ตามการอภิปรายมักจะหยุดชะงักเพราะมันค่อนข้างหายากที่จะเห็น "การตอบสนองเฉื่อย" เชิงปริมาณและแหล่งที่มาของมันระบุ ตามที่ฉันเข้าใจระบบตัวเองมีความจุไฟฟ้าต่ำมากดังนั้นฉันเดาว่าการตอบสนองเฉื่อยส่วนใหญ่มาจากการหมุนของกังหัน

การตอบสนองเฉื่อยเป็นวิธีการวัดปริมาณสำหรับระบบไฟฟ้าของประเทศและสิ่งที่เป็นค่าทั่วไปของความเฉื่อยของระบบ?

electrical-engineering power-engineering

— EnergyNumbers
แหล่งที่มา

โปรดจำไว้ว่าทุกซิงโครเครื่องจักรหมุนที่แนบมากับก่อตารางเพื่อ "เฉื่อย" ของมัน ซึ่งรวมถึงมอเตอร์เช่นเดียวกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

— Dave Tweed

คำหลักที่เหมาะสมคือ "เสถียรภาพชั่วคราว" ถูกต้องว่าแรงเฉื่อยส่วนใหญ่มาจากการหมุนของเครื่องจักร เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้ถ่านหินเก่ามีความเฉื่อยสูงมาก กังหันก๊าซแบบใหม่ของเครื่องอัดอากาศ (เช่นเครื่องยนต์เจ็ทที่ติดกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ) นั้นมีน้ำหนักเบาและไม่มีแรงเฉื่อยมากนัก

— Li-aung Yip

6

โพสต์บล็อกนี้¹ระบุแหล่งที่มาหลักของความเฉื่อยภายในตารางพลังงาน:

รุ่น "คลาสสิค" ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นกังหันไอน้ำ
มอเตอร์อุตสาหกรรมขนาดใหญ่

ความเข้าใจของคุณถูกต้องในความจุของระบบโดยรวมที่ค่อนข้างต่ำและให้ผลกระทบเล็กน้อยต่อความเฉื่อยของระบบ

จากมุมมองความน่าเชื่อถือความเฉื่อยของระบบเป็นสิ่งที่ดี มวลที่มีขนาดใหญ่ของระบบหมุนความเฉื่อยช้าลงความถี่ในการลดลงหากมีการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันในการสร้างหรือโหลดของระบบ ความเฉื่อยของระบบช่วยป้องกันกลไกการปลดภาระการป้องกันโดยการให้เวลากับการชดเชยระบบควบคุมเพื่อปรับการสร้างให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลง

ความเฉื่อยกลายเป็นเรื่องที่น่าสนใจมากขึ้นเนื่องจากเทคโนโลยีการผลิตพลังงานทดแทนรุ่นใหม่ได้เพิ่มความน่าเชื่อถือให้กับโครงข่ายไฟฟ้า เทคโนโลยีพลังงานทดแทนที่ใหม่กว่าจะเชื่อมต่อแหล่งกำเนิดของพวกมันเข้ากับกริดไฟฟ้าผ่านอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าซึ่งไม่ได้ให้แรงเฉื่อยใด ๆ กับส่วนที่เหลือของระบบ ในทำนองเดียวกันเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนก็ช่วยให้สามารถเลิกใช้เทคโนโลยีรุ่นเก่าซึ่งส่งผลให้ความเฉื่อยของระบบลดลง แรงเฉื่อยที่ลดลงนี้ประกอบขึ้นจากการลดลงของมอเตอร์อุตสาหกรรมขนาดใหญ่

¹_{โปรดทราบว่าแหล่งข้อมูลนี้มีความลำเอียงเล็กน้อยเนื่องจากพวกเขาขายผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับความเฉื่อยของกริด}

งานนำเสนอนี้จะกล่าวถึงรายละเอียดบางส่วนเกี่ยวกับวิธีคำนวณความเฉื่อยของระบบ

พลศาสตร์เชิงกลถูกสร้างแบบจำลองโดยสมการเชิงอนุพันธ์อันดับสอง:

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

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

จากนั้นคุณจะต้องรวมความเฉื่อยที่ได้รับจากแหล่งข้อมูลที่สำคัญทั้งหมด เห็นได้ชัดว่านี่คือการออกกำลังกายที่ไม่น่าสนใจเนื่องจากตารางการผลิตแตกต่างกันไปตามตารางการผลิตสำหรับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ คุณต้องคำนึงถึงอัตราการเล่นที่ต้องการของเครื่องปั่นไฟซึ่งจะแตกต่างกันไปตามแหล่งเชื้อเพลิง

เพื่อให้คำตอบในเชิงลบกับคำถามของคุณ - ฉันคิดว่ามันเป็นแง่มุมเหล่านี้ซึ่งทำให้ยากที่จะอภิปรายความเฉื่อยของระบบในเชิงปริมาณ มีตัวแปรมากเกินไปและสภาพแวดล้อมเป็นแบบไดนามิก คุณอาจระบุความเฉื่อยสำหรับภูมิภาคเล็ก ๆ แต่ไม่แน่นอนสำหรับภูมิภาคของผู้มีอำนาจในการสร้างสมดุลหรือในระดับประเทศ

สรุปความคิดบางอย่าง:

นักมองโลกในแง่ร้ายอาจยืนยันว่าความน่าเชื่อถือของระบบนั้นเกิดขึ้นอีกครั้งเนื่องจากความเฉื่อยของระบบโดยรวมลดลงและเราจะเห็นว่ามีความผิดเพี้ยนและความมืดมนเป็นส่วนหนึ่งของการอัพเกรดกริดพลังงานโดยรวม

แนวโน้มนั้นมีแนวโน้มที่จะเยือกเย็นเกินไป หน่วยงานด้านการปรับสมดุลสามารถกำหนดให้มีปริมาณสำรองที่หมุนเวียนได้มากขึ้นซึ่งสามารถสร้างการตอบสนองที่รวดเร็วสำหรับความไม่สมดุลภายในตาราง ในทำนองเดียวกันคณะกรรมการพลังงานระดับชาติสามารถให้ค่าตอบแทนในตลาดอนุญาโตตุลาการสำหรับผู้ให้บริการแรงดันไฟฟ้าและความถี่ที่รวดเร็วเช่นระบบจัดเก็บไฟฟ้าขนาดใหญ่แบบกริด (BES)

เห็นได้ชัดว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นจะไม่มาฟรี - มันต้องใช้เชื้อเพลิงในการจัดหาเงินทุนหมุนเวียนและเครื่องชั่ง BES ไม่ได้ราคาถูก แต่ความท้าทายนั้นสามารถเอาชนะได้แม้ว่าจะต้องมีการตัดสินใจบนพื้นฐานของหลักฐานเชิงประจักษ์

@EnergyNumbers ฉันเชื่อว่ายอดสมการ ต่อวิกิพีเดียหน่วย SI , kg*m^2*s^-3ด้านขวามืออยู่ในวัตต์ซึ่งเป็น ทางด้านซ้ายมือที่ดูเหมือนจะเป็น*kg*m^2*s^-2 s^-1ช่วงเวลาของความเฉื่อยคือkg*m^2และโมเมนต์การหมุนของความเฉื่อยคือkg*m^2*s^-2

3

การตอบสนองเฉื่อยสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้นมีลักษณะโดย Inertia Constant, H, โดยมีหน่วยของวินาทีที่กำหนดเป็น ( Samarakoon , p40):

$\omega$ $S$

H = \frac{0.5 J ω^{2}}{S}

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

ค่าคงที่ความเฉื่อยเทียบเท่าสำหรับทั้งระบบสามารถประมาณได้: ( Ekanayake, Jenkins, Strbac )

H_{อี Q ยู ผม โวลต์ a ล. อี n เสื้อ} = \underset{ก. อี n s}{Σ} H_{ก. อี n} / S_{ก. อี n}

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

ค่าสำหรับระบบ GB (ในปี 2008) อยู่ที่ประมาณ 9 วินาที (โดยSamarakoon ) คาดว่าจะลดลงถึง 3 วินาทีในปี 2020 ด้วยการรุกของลมแรง

เมื่อสร้างแบบจำลองการตอบสนองเฉื่อย (โดยทั่วไปเรียกว่าการตอบสนองความถี่) ระบบไฟฟ้าสามารถทำให้การถ่ายโอนฟังก์ชั่นง่ายขึ้น ( Ekanayake, Jenkins, Strbac ):

\frac{1}{2 H_{อี Q ยู ผม โวลต์ a ล. อี n เสื้อ} s + D}

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

$D$

พรอกซีที่มีอยู่สำหรับค่าคงที่ของความเฉื่อยคือคุณสมบัติการควบคุมความถี่หลัก^{1 ที่}จำเป็นสำหรับผู้ให้บริการระบบแต่ละราย (MW / Hz) เหล่านี้จะถูกเมื่อเทียบกับ 8 ระบบที่แตกต่างกันโดยrebours et al, ; ตั้งแต่ 20570MW / Hz สำหรับ UCTE (ยูเนี่ยนสำหรับการประสานงานการส่งไฟฟ้า - ระบบซิงโครนัสของยุโรป) ถึงประมาณ 600MW / Hz สำหรับเบลเยียม

เมื่อเครื่องกำเนิดความเฉื่อยต่ำ (เช่นลม) เคลื่อนที่เครื่องกำเนิด intertia ที่สูงขึ้น (เช่นไอน้ำ) ค่าคงที่ความเฉื่อยมีแนวโน้มลดลง ซึ่งหมายความว่าเพื่อรักษาเสถียรภาพโดยรวมเครื่องปั่นไฟจะต้องตอบสนองอย่างรวดเร็วยิ่งขึ้นต่อการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันในการสร้างหรือการเปลี่ยนแปลงความต้องการ นี่มักจะอ้างว่าเป็นปัจจัย จำกัด ในการเชื่อมต่อของลมโดยเฉพาะเครือข่าย "เกาะ" ขนาดเล็ก (เช่นLalor, Mullane, O'Malley )

^{1 - หมายเหตุ: หลัก / มัธยมศึกษา / ตติยตอบสนอง / สำรองที่กำหนดไว้ในรูปแบบที่แตกต่างกันในระบบไฟฟ้าที่แตกต่างกันตามที่ระบุไว้โดยrebours}

— atomh33ls
แหล่งที่มา