Вспомогательные услуги (электроэнергия)

Вспомогательные услуги – это услуги, необходимые для поддержки передачи электроэнергии от генераторов к потребителям с учетом обязательств зон управления и передающих предприятий в пределах этих зон управления по поддержанию надежной работы взаимосвязанной системы передачи .

«Вспомогательные услуги — это все услуги, необходимые оператору системы передачи или распределения, чтобы они могли поддерживать целостность и стабильность системы передачи или распределения, а также качество электроэнергии». ^[1]

Вспомогательные услуги — это специальные услуги и функции, предоставляемые участниками электросети , которые облегчают и поддерживают непрерывный поток электроэнергии, так что спрос на электроэнергию удовлетворяется в режиме реального времени. Термин «вспомогательные услуги» используется для обозначения различных операций, помимо генерации и передачи , которые необходимы для поддержания стабильности и безопасности сети. Эти услуги обычно включают в себя управление активной мощностью или регулирование частоты, а также управление реактивной мощностью или регулирование напряжения в различных временных масштабах. Традиционно вспомогательные услуги предоставлялись крупными производственными предприятиями, такими как генераторы. Благодаря интеграции более прерывистой генерации и развитию технологий интеллектуальных сетей предоставление вспомогательных услуг распространяется на более мелкие единицы распределенной генерации и потребления. ^[2]

Виды вспомогательных услуг

Существует две широкие категории вспомогательных услуг:

Связанные с частотой: инерция , резерв удержания частоты (FCR) и резерв автоматического восстановления частоты (aFRR).
Нечастотные: контроль реактивной мощности и напряжения , а также управление перегрузками.

К другим видам оказания вспомогательных услуг относятся:

перезагрузка системы
планирование и отправка
компенсация потерь
нагрузка после
защита системы
энергетический дисбаланс

Регулировка частоты

Под контролем частоты подразумевается необходимость обеспечения того, чтобы частота сети оставалась в пределах определенного диапазона номинальной частоты. Несоответствие между выработкой электроэнергии и спросом приводит к изменениям частоты, поэтому службам управления необходимо вернуть частоту к ее номинальному значению и гарантировать, что она не выходит за пределы диапазона. ^[3]

Если у нас есть график генератора, где частота находится на вертикальной оси, а мощность — на горизонтальной оси:

$slope=-R={\frac {\Delta f}{\Delta P_{m}}}$

где P m – изменение мощности системы. Если у нас есть несколько генераторов, каждый может иметь свой собственный R. Бету можно найти:

$\beta ={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+...+{\frac {1}{R_{n}}}$

Изменение частоты из-за изменения мощности можно найти с помощью:

$\Delta f={\frac {\Delta P_{m}}{\beta }}$

Это простое уравнение можно перестроить, чтобы найти изменение мощности, соответствующее данному изменению частоты. ^[4]

Контроль реактивной мощности и напряжения

Потребительские нагрузки ожидают, что напряжение будет находиться в определенном диапазоне, а регуляторы требуют, чтобы оно находилось в пределах определенного процента от номинального напряжения (например, в США оно составляет ±5%).

Реактивную мощность можно использовать для компенсации падения напряжения, но она должна подаваться ближе к нагрузкам, чем требуется реальная мощность (это связано с тем, что реактивная мощность имеет тенденцию плохо проходить через сеть). Обратите внимание, что напряжение можно контролировать также с помощью отводов трансформатора и регуляторов напряжения . ^[5]

Планирование и отправка

Планирование и диспетчеризация необходимы, поскольку в большинстве электрических систем накопление энергии практически равно нулю, поэтому в любой момент мощность, поступающая в систему (производимая генератором), должна равняться мощности, выходящей из системы (спрос со стороны потребителей). Поскольку производство должно так точно соответствовать спросу, необходимы тщательное планирование и отправка.

Обычно выполняемые независимым системным оператором или оператором системы передачи, обе услуги направлены на обеспечение обязательств и координации генерирующих и передающих единиц в целях поддержания надежности энергосистемы.

Планирование относится к действиям, совершаемым до факта (например, планирование генератора для производства определенного количества энергии на следующую неделю), тогда как диспетчеризация относится к контролю над доступными ресурсами в реальном времени.

Операционные резервы

Поскольку производство и спрос должны идеально совпадать (см. «Планирование и отправка »), операционные резервы помогают компенсировать разницу, когда производство слишком низкое.

Оперативный резерв — это генератор, который можно быстро запустить, чтобы обеспечить выработку достаточной энергии для удовлетворения нагрузки. Вращающиеся резервы — это генераторы, которые уже подключены к сети и могут быстро увеличивать свою выходную мощность для удовлетворения быстрых изменений спроса. Требуются вращающиеся резервы, поскольку спрос может меняться в короткие сроки и требуется быстрое реагирование. Другими оперативными резервами являются генераторы, которые могут быть отправлены оператором для удовлетворения спроса, но которые не могут реагировать так же быстро, как вращающиеся резервы, и сетевые аккумуляторные батареи, которые могут реагировать в течение десятков миллисекунд, что обычно быстрее, чем даже вращающийся резерв.

Возобновляемая генерация

Интеграция возобновляемой генерации в энергосистему одновременно требует дополнительных вспомогательных услуг и имеет потенциал для предоставления вспомогательных услуг в энергосистему. Инверторы, которые устанавливаются в системах распределенной генерации и солнечных системах на крыше, могут обеспечить многие вспомогательные услуги, которые традиционно предоставляются вращающимися генераторами и регуляторами напряжения. Эти услуги включают компенсацию реактивной мощности, регулирование напряжения, контроль мерцания, фильтрацию активной мощности и подавление гармоник. ^[6] Ветровые турбины с генераторами с регулируемой скоростью могут добавить синтетическую инерцию к сети и помочь в регулировании частоты. ^[7]^[8]^[9] В 2018 году CAISO протестировала синхронизатор ветряной электростанции Туле мощностью 131 МВт и обнаружила, что он может выполнять некоторые сетевые услуги аналогично или лучше, чем традиционные генераторы. ^[10]^[11] Hydro-Québec начала требовать синтетическую инерцию в 2005 году как первый оператор сети, потребовав временного повышения мощности на 6% при противодействии падению частоты за счет объединения силовой электроники с инерцией вращения ротора ветряной турбины . ^[12] Аналогичные требования вступили в силу в Европе в 2016 году. ^[13]

Электромобили

Электромобили, подключаемые к сети, могут быть использованы для предоставления вспомогательных услуг сети, в частности регулирования нагрузки и резервов вращения. Электромобили, подключаемые к сети, могут вести себя как распределенные накопители энергии и могут отдавать энергию обратно в сеть посредством двунаправленного потока, называемого «транспортное средство-сеть» (V2G). Электромобили, подключаемые к сети, способны подавать электроэнергию с высокой скоростью, что позволяет использовать их в качестве вращающихся резервов и обеспечивать стабильность сети за счет более широкого использования прерывистой генерации, такой как ветер и солнечная энергия. Согласно исследованию, указанному в ссылке, ^[14] которые сравнили прибыльность предложения вспомогательных услуг по операционному резерву с продажей энергии V2G от парка транспортных средств, предоставление услуг по регулированию операционного резерва более выгодно, чем продажа энергии V2G в одиночку. Однако технологии использования электромобилей для предоставления вспомогательных услуг еще не получили широкого распространения, но есть большие ожидания их потенциала. ^[15]

См. также

Ссылки

^ Тепловая рабочая группа.(2004). Вспомогательные услуги. Разделение электроэнергетической продукции – развивающийся рынок. полученная форма [1]
^ Рибо-Перес, Давид; Ларроса-Лопес, Луис; Пекондон-Трикас, Дэвид; Алькасар-Ортега, Мануэль (январь 2021 г.). «Критический обзор продуктов реагирования на спрос как ресурсов для вспомогательных услуг: международный опыт и политические рекомендации» . Энергии . 14 (4): 846. doi : 10.3390/en14040846 . hdl : 10251/176164 .
^ Ребурс, Янн Г. и др. «Обзор вспомогательных услуг по контролю частоты и напряжения. Часть I: Технические характеристики». Энергетические системы, транзакции IEEE 22.1 (2007): 350-357.
^ Гловер, Дж. Дункан и др. Анализ и проектирование энергосистем. 6-е изд., Cengage Learning, 2017.
^ Ахмадиманеш А. и М. Калантар. «Новая структура рынка реактивной мощности, снижающая затраты, для изменения обязательных регионов генерации производителей». Энергетическая политика 108 (2017): 702-711.
^ Сортомме, Эрик и Мохамед А. Эль-Шаркави. «Оптимальное планирование передачи энергии от автомобиля к сети и вспомогательных услуг». Smart Grid, Транзакции IEEE версии 3.1 (2012 г.): 351–359.
^ Лалор, Джиллиан, Алан Муллейн и Марк О'Мэлли. «Регулирование частоты и ветроэнергетические технологии». Power Systems, IEEE Transactions 20.4 (2005 г.): стр. 1905-1913.
^ «Использование синтетической инерции ветряных электростанций и ее влияние на существующие регуляторы скорости и производительность системы» . ЭЛЬФОРСК. 2013. с. 6 (Резюме). Архивировано из оригинала 21 апреля 2017 года . Проверено 18 апреля 2017 г. . Установка ветряных турбин с синтетической инерцией является способом предотвращения этого ухудшения.
^ Рано, Екатерина (30 сентября 2020 г.). «Как единственная британская турбина может оказаться новым вариантом использования энергии ветра» . www.greentechmedia.com . Архивировано из оригинала 3 октября 2020 года.
^ Балараман, Кавья (13 марта 2020 г.). «Ветровые электростанции могут предоставлять сетевые услуги, аналогичные газовым и гидроэлектростанциям, облегчая интеграцию возобновляемых источников энергии: CAISO» . Полезное погружение . Архивировано из оригинала 16 марта 2020 г.
^ Результаты испытаний ветряной электростанции Туэль CAISO , 2019 г.
^ Фэрли, Питер (7 ноября 2016 г.). «Может ли синтетическая инерция ветровой энергии стабилизировать сети?» . ИИЭЭ . Проверено 29 марта 2017 г.
^ «Сетевой кодекс требований к подключению к сети, применимый ко всем генераторам (RfG)» . ЭНЦО-Э . Апрель 2016 года . Проверено 29 марта 2017 г.
^ Чандра Мули, Гаутам Рам; Кефаяти, Махди; Болдик, Росс; Бауэр, Павол (16 октября 2017 г.). «Интегрированная фотоэлектрическая зарядка парка электромобилей на основе цен на энергию, V2G и предложения резервов» . Транзакции IEEE в Smart Grid . 10 (2): 1313–1325. дои : 10.1109/TSG.2017.2763683 . ISSN 1949-3061 . S2CID 3503020 .
^ Йоос, Г. и др. «Потенциал распределенной генерации для предоставления вспомогательных услуг». Летнее собрание Общества энергетиков, 2000 г. IEEE. Том. 3. ИИЭР, 2000.

Федеральная комиссия по регулированию энергетики США, 1995 г., Содействие оптовой конкуренции посредством недискриминационных услуг передачи электроэнергии открытого доступа со стороны коммунальных предприятий, досье RM95-8-000, Вашингтон, округ Колумбия, 29 марта.
Э. Херст и Б. Кирби, «Вспомогательные услуги», Национальная лаборатория Ок-Ридж, Технический отчет ORNL/CON 310, февраль 1996 г. https://web.archive.org/web/20150225160053/http://web.ornl. gov/~webworks/cpr/rpt/84170.pdf
Операции, Энергообмен. «Руководство по вспомогательным услугам на национальном рынке электроэнергии». (2010).
ARENAWIRE, «Что такое вспомогательные услуги управления частотой?» Февраль 1996 г. https://arena.gov.au/blog/what-is- Frequency-control-ancillary-services/

[1] Тепловая рабочая группа.(2004). Вспомогательные услуги. Разделение электроэнергетической продукции – развивающийся рынок. полученная форма [1]

[2] Рибо-Перес, Давид; Ларроса-Лопес, Луис; Пекондон-Трикас, Дэвид; Алькасар-Ортега, Мануэль (январь 2021 г.). «Критический обзор продуктов реагирования на спрос как ресурсов для вспомогательных услуг: международный опыт и политические рекомендации» . Энергии . 14 (4): 846. doi : 10.3390/en14040846 . hdl : 10251/176164 .

[3] Ребурс, Янн Г. и др. «Обзор вспомогательных услуг по контролю частоты и напряжения. Часть I: Технические характеристики». Энергетические системы, транзакции IEEE 22.1 (2007): 350-357.

[4] Гловер, Дж. Дункан и др. Анализ и проектирование энергосистем. 6-е изд., Cengage Learning, 2017.

[5] Ахмадиманеш А. и М. Калантар. «Новая структура рынка реактивной мощности, снижающая затраты, для изменения обязательных регионов генерации производителей». Энергетическая политика 108 (2017): 702-711.

[6] Сортомме, Эрик и Мохамед А. Эль-Шаркави. «Оптимальное планирование передачи энергии от автомобиля к сети и вспомогательных услуг». Smart Grid, Транзакции IEEE версии 3.1 (2012 г.): 351–359.

[7] Лалор, Джиллиан, Алан Муллейн и Марк О'Мэлли. «Регулирование частоты и ветроэнергетические технологии». Power Systems, IEEE Transactions 20.4 (2005 г.): стр. 1905-1913.

[8] «Использование синтетической инерции ветряных электростанций и ее влияние на существующие регуляторы скорости и производительность системы» . ЭЛЬФОРСК. 2013. с. 6 (Резюме). Архивировано из оригинала 21 апреля 2017 года . Проверено 18 апреля 2017 г. . Установка ветряных турбин с синтетической инерцией является способом предотвращения этого ухудшения.

[9] Рано, Екатерина (30 сентября 2020 г.). «Как единственная британская турбина может оказаться новым вариантом использования энергии ветра» . www.greentechmedia.com . Архивировано из оригинала 3 октября 2020 года.

[10] Балараман, Кавья (13 марта 2020 г.). «Ветровые электростанции могут предоставлять сетевые услуги, аналогичные газовым и гидроэлектростанциям, облегчая интеграцию возобновляемых источников энергии: CAISO» . Полезное погружение . Архивировано из оригинала 16 марта 2020 г.

[11] Результаты испытаний ветряной электростанции Туэль CAISO , 2019 г.

[Fairley-12] Фэрли, Питер (7 ноября 2016 г.). «Может ли синтетическая инерция ветровой энергии стабилизировать сети?» . ИИЭЭ . Проверено 29 марта 2017 г.

[13] «Сетевой кодекс требований к подключению к сети, применимый ко всем генераторам (RfG)» . ЭНЦО-Э . Апрель 2016 года . Проверено 29 марта 2017 г.

[14] Чандра Мули, Гаутам Рам; Кефаяти, Махди; Болдик, Росс; Бауэр, Павол (16 октября 2017 г.). «Интегрированная фотоэлектрическая зарядка парка электромобилей на основе цен на энергию, V2G и предложения резервов» . Транзакции IEEE в Smart Grid . 10 (2): 1313–1325. дои : 10.1109/TSG.2017.2763683 . ISSN 1949-3061 . S2CID 3503020 .

[15] Йоос, Г. и др. «Потенциал распределенной генерации для предоставления вспомогательных услуг». Летнее собрание Общества энергетиков, 2000 г. IEEE. Том. 3. ИИЭР, 2000.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]