در سالهای اخیر، سیستم قدرت مرسوم با افزایش اتصال منابع انرژی تجدیدپذیر (RE)، جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) و ذخیرهسازی انرژی (ES) در حال تبدیل شدن به یک سیستم قدرت هیبریدی است. در عین حال، شبکه سیستم قدرت نیز در مدیریت تغییرپذیری تقاضا و عرضه انعطافپذیرتر میشود. این عوامل، چالشی را در دستیابی به پایداری فرکانس در هنگام تغییرات ناگهانی در سیستم قدرت مانند افزایش/کاهش بار، از دست دادن ژنراتورها و خطاها ایجاد کردهاند.
به همین دلیل، کنترل فرکانس بار (LFC) از کنترلکنندههای سنتی به کنترلکنندههای هیبریدی و از روشهای بهینهسازی سنتی به بهینهسازی فراابتکاری هیبریدی تغییر یافته است تا به پایداری بهتری در سیستمهای قدرت هیبریدی دست یابد. این مقاله مروری جامع بر کنترل فرکانس بار (LFC) و انعطافپذیری سیستم قدرت ارائه میدهد.
سایر مکانیسمهای پایداری فرکانس که از LFC بیشتر پشتیبانی میکنند، مانند کاربرد افت فرکانس و نرخ تغییر فرکانس (RoCoF)، کنترل در توربینهای بادی و پاسخ به تقاضا نیز ارائه شده است. این بررسی همچنین شکافهای تحقیقاتی و جهتگیریهای تحقیقاتی بالقوه آینده LFC برای سیستمهای قدرت هیبریدی چند ناحیهای را برجسته میکند.
کنترل فرکانس بار
تامین مداوم برق برای زندگی، صنعت مدرن و رشد اقتصادی کشوری که توسط سیستمهای تولید برق تولید میشود، به یک ضرورت تبدیل شده است. یک سیستم قدرت پایدار میتواند در برابر اختلالات، نوسانات و تقاضاهای بار متغیر مقاومت کند. اگر سیستم قدرت ناپایدار شود، ممکن است ریزش بار رخ دهد و در بدترین حالت، منجر به خاموشی شود.
در سیستمهای قدرت، بارها به دلیل تغییر در تقاضای بار، بسیار غیرقابل پیشبینی و نامشخص هستند که مستقیماً بر فرکانس سیستم و نوسان توان خط اتصال از مقادیر اسمی آنها تأثیر میگذارد. سیستمهای قدرت عموماً با چندین منطقه تولید برق به هم پیوسته هستند تا برق را به مناطق با تقاضای بالا تأمین کنند.
اختلالی که در یک منطقه رخ میدهد میتواند بر سیستم قدرت به هم پیوسته دیگر تأثیر بگذارد. بنابراین، تثبیت فرکانس یک سیستم قدرت یک نگرانی عمده برای اپراتور شبکه قدرت است. برای تثبیت فرکانس و توان خط اتصال، از تولید کنترل ناحیه (AGC) برای بازگرداندن سیستم به حالت پایدار خود با تنظیم توان خروجی ژنراتور با حفظ تعادل بین تولید برق و تقاضای بار استفاده میشود.
این مکانیسم حفظ فرکانس در محدوده اسمی تحت تغییر در تقاضای بار، کنترل فرکانس بار (LFC) نامیده میشود. LFC جنبه مهمی از پایداری سیستم قدرت است که تعادل قدرت بین نواحی به هم پیوسته را تحت شرایط مختلف بار حفظ میکند.
اگر تقاضای بار سیستم از توان ژنراتور بیشتر یا کمتر شود، فرکانس سیستم نامتعادل شده و از محدوده آستانه فراتر میرود. برای حفظ فرکانس اسمی، یک عمل کنترل خودکار آغاز میشود، یا برای شروع حذف بار یا برای فعال کردن رلههای حفاظتی برای قطع ژنراتورها از شبکه. برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد سیستم قدرت، زمان افت، افت و نشست فرکانس باید به حداقل برسد، که میتواند یک سیستم قدرت بزرگ را میتوان به زیرناحیههایی تقسیم کرد که در هر ناحیه، ژنراتورهای همسایه به طور نزدیک به هم متصل شدهاند تا یک گروه منسجم تشکیل دهند.
چنین ناحیه منسجمی، ناحیه کنترل نامیده میشود که به طور هماهنگ به تغییرات بار پاسخ میدهد. در نتیجه، فرکانس در یک ناحیه کنترل در شرایط استاتیک و دینامیک یکسان در نظر گرفته میشود.
یک مدل سیستم قدرت چندناحیهای با واحدهای تولیدی مختلف، روش دیگری برای نمایش معادله نوسان ژنراتور از طریق مدل تابع انتقال است. واحدهای تولیدی بر اساس توان نامی و مشخصات آنها از نظر بهره و ثابتهای زمانی به صورت ریاضی مدلسازی میشوند که در تجزیه و تحلیل سیستمهای قدرت پیچیده از طریق مدلسازی و شبیهسازی مفید است.
این ابزارها توسط طراحان و اپراتورهای سیستم قدرت برای شبیهسازی رفتار سیستمهای قدرت الکتریکی استفاده میشوند که در انواع موقعیتهای برنامهریزی و عملیاتی از اهمیت بالایی برخوردار است. از آنجایی که باد و PV رایجترین منابع انرژی تجدیدپذیر هستند، معمولاً با منابع تولید برق مرسوم ادغام میشوند تا یک سیستم قدرت هیبریدی تشکیل دهند.
کاربردهای عملی LFC شامل تثبیت فرکانس سیستم، متعادل کردن تولید و تقاضا و پخش بار اقتصادی است.