Mengukur inersia pada jaringan listrik

Banyak diskusi tentang modernisasi sistem kelistrikan adalah tentang "inersia". Ini biasanya merupakan diskusi kualitatif tentang bagaimana turbin (di pembangkit listrik tenaga air, batubara & gas) dengan banyak energi kinetik dalam bentuk momentum sudut dan responsif yang cepat memberikan stabilisasi tegangan dan frekuensi pada skala seperempat siklus (5 ms dalam jaringan 50Hz) ke sejumlah kecil detik.

Namun, diskusi sering terhenti karena sangat jarang untuk melihat "respon inersia" ini dikuantifikasi, dan sumbernya diidentifikasi. Seperti yang saya pahami, sistem itu sendiri memiliki kapasitansi listrik yang sangat rendah, jadi saya kira sebagian besar respon inersia berasal dari rotasi turbin.

Bagaimana respons inersia dikuantifikasi untuk sistem kelistrikan nasional dan apa saja nilai khas kelembaman sistem?

Posting blog ^{1 ini} mengidentifikasi dua sumber inersia utama dalam jaringan listrik:

• Generasi "klasik", biasanya turbin uap
• Motor industri besar

Pemahaman Anda benar karena kapasitas sistem secara keseluruhan relatif rendah dan memberikan efek yang dapat diabaikan terhadap inersia sistem.

Dari perspektif keandalan, inersia sistem adalah hal yang baik. Massa rotasi besar yang menyediakan sistem inersia memperlambat penurunan frekuensi jika ada perubahan tiba-tiba dalam pembangkitan atau beban sistem. Kelambanan sistem membantu mencegah mekanisme pelepasan muatan pelindung dari menendang dengan menyediakan waktu untuk kompensasi sistem kontrol untuk menyesuaikan pembangkitan dengan lingkungan yang berubah.

Inersia telah menjadi subjek yang lebih menarik karena teknologi generasi baru terbarukan telah meningkatkan jejak mereka di jaringan listrik. Teknologi terbarukan yang lebih baru menghubungkan sumber pembangkitnya ke jaringan listrik melalui inverter daya yang tidak memberikan inersia apa pun ke seluruh sistem. Demikian juga, teknologi terbarukan memungkinkan pensiunnya teknologi generasi lama yang menghasilkan inersia sistem yang lebih sedikit. Penurunan inersia ini diperparah oleh penurunan motor industri besar.

¹ _{Harap dicatat, sumber ini sedikit bias karena mereka menjual produk yang terkait dengan inersia kisi}

Presentasi ini membahas beberapa detail tentang bagaimana inersia sistem dihitung.

Dinamika mekanis dimodelkan oleh persamaan diferensial orde kedua:

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

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

Dari sana, Anda perlu menjumlahkan inersia yang disediakan oleh semua sumber utama. Ini jelas merupakan latihan yang tidak sepele karena jadwal generasi bervariasi seperti halnya jadwal produksi untuk industri besar. Anda juga harus memperhitungkan laju ramp yang dipilih dari generator yang akan bervariasi berdasarkan sumber bahan bakar.

Untuk memberikan jawaban negatif untuk pertanyaan Anda - saya pikir ini adalah aspek-aspek yang membuatnya sangat sulit untuk membahas kelembaman sistem secara kuantitatif. Ada terlalu banyak variabel dan lingkungannya dinamis. Anda mungkin dapat mengidentifikasi inersia untuk wilayah kecil, tetapi tentu saja bukan untuk wilayah otoritas penyeimbang tipikal atau pada skala nasional.

Beberapa pemikiran penutup:

Pesimis mungkin berpendapat bahwa keandalan sistem akan hancur karena penurunan inersia sistem secara keseluruhan dan bahwa kita akan melihat lebih banyak pemadaman dan pemadaman sebagai bagian dari peningkatan jaringan listrik secara keseluruhan.

Pandangan itu sepertinya agak terlalu suram. Otoritas penyeimbang dapat mensyaratkan bahwa lebih banyak cadangan pemintalan tersedia, yang dapat menyediakan generasi respons yang cepat untuk keseimbangan lokal dalam grid. Demikian juga, komite energi tingkat nasional dapat memberikan kompensasi di pasar arbitrase untuk penyedia tegangan dan frekuensi yang cepat seperti sistem penyimpanan listrik skala besar (BES) skala grid.

Jelas, perubahan itu tidak akan datang secara gratis - butuh bahan bakar untuk menyediakan cadangan pemintalan, dan skala jaringan BES tidak murah. Tetapi tantangannya dapat diatasi bahkan jika keputusan harus dibuat berdasarkan bukti empiris.

Respons inersia untuk generator ditandai oleh Inersia Constant, H, dengan satuan detik, yang didefinisikan sebagai ( Samarakoon , p40):

$\omega$$S$

Konstanta Inersia yang setara untuk seluruh sistem dapat diperkirakan: ( Ekanayake, Jenkins, Strbac )

Nilai untuk sistem GB (pada 2008) diperkirakan 9s (oleh Samarakoon ), diproyeksikan turun sejauh 3s pada tahun 2020 dengan penetrasi angin yang tinggi.

Saat memodelkan respons Inersia (lebih sering disebut sebagai respons frekuensi), sistem daya dapat disederhanakan menjadi fungsi transfer ( Ekanayake, Jenkins, Strbac ):

$D$

Proxy yang tersedia untuk Inersia Constant adalah karakteristik Kontrol Frekuensi ¹ Primer yang diperlukan oleh masing-masing operator sistem (MW / Hz). Ini dibandingkan untuk 8 sistem yang berbeda oleh Rebours et al ; mulai dari 20570 MW / Hz untuk UCTE (Uni untuk Koordinasi Transmisi Listrik - sistem sinkron Eropa) hingga sekitar 600 MW / Hz untuk Belgia.

Karena generator inersia yang lebih rendah (misalnya angin) menggantikan generator intertia yang lebih tinggi (yaitu uap), konstanta inersia cenderung turun. Ini berarti bahwa, untuk menjaga stabilitas secara keseluruhan, generator harus bereaksi lebih cepat terhadap perubahan tiba-tiba atau perubahan permintaan. Ini sering disebut sebagai faktor pembatas dalam hubungan angin, terutama ke jaringan "pulau" yang lebih kecil (misalnya Lalor, Mullane, O'Malley ).

^{1 - Catatan: respon / cadangan primer / sekunder / tersier didefinisikan dengan cara yang berbeda pada sistem daya yang berbeda, sebagaimana dicatat oleh Rebour .}