洞見 - Wasserkraft Energietechnik - # Beitrag variabler Pumpspeicherkraftwerke zur Netzstabilität

Beitrag der variablen Pumpspeicherturbine Frades 2 zur Netzstabilität durch Trägheitsemulation

Q: Wie lässt sich die Trägheitsemulation von Umrichter-gekoppelten Erzeugern weiter verbessern, um auch in Netzen mit geringer Synchronträgheit einen stabilisierenden Beitrag zu leisten?

Um die Trägheitsemulation von Umrichter-gekoppelten Erzeugern weiter zu verbessern und einen stabilisierenden Beitrag in Netzen mit geringer Synchronträgheit zu leisten, können verschiedene Ansätze verfolgt werden. Optimierung der Regelungsstrategien: Durch die Entwicklung und Implementierung fortschrittlicher Regelungsstrategien können Umrichter-gekoppelte Erzeuger eine präzisere und schnellere Reaktion auf Netzfrequenzänderungen ermöglichen. Dies umfasst die Feinabstimmung von Parametern wie der Trägheitskonstante, dem Derivativerstärkungsfaktor und der Filterzeitkonstante, um eine effektive Trägheitsemulation zu gewährleisten. Integration von Künstlicher Intelligenz (KI): Der Einsatz von KI-Algorithmen zur Echtzeitoptimierung der Trägheitsemulation kann die Leistungsfähigkeit von Umrichter-gekoppelten Erzeugern in Netzen mit geringer Synchronträgheit weiter verbessern. KI kann dabei helfen, die Reaktion der Erzeuger auf Netzausgleichsereignisse zu optimieren und die Systemstabilität zu erhöhen. Kombination mit Speicherlösungen: Die Kombination von Umrichter-gekoppelten Erzeugern mit Energiespeichern wie Batterien kann die Trägheitsemulation weiter verbessern. Durch die Integration von Speichern können Erzeuger zusätzliche Systemdienstleistungen wie Frequenzregelung und Spannungshaltung bereitstellen, was die Netzstabilität insgesamt erhöht. Durch die kontinuierliche Forschung und Entwicklung in diesen Bereichen können Umrichter-gekoppelte Erzeuger ihre Trägheitsemulation weiter optimieren und einen wichtigen Beitrag zur Netzstabilität in Netzen mit geringer Synchronträgheit leisten.

Q: Welche Herausforderungen ergeben sich für die Netzstabilität, wenn konventionelle Synchrongeneratoren durch Umrichter-gekoppelte Erzeuger ersetzt werden?

Die Ersetzung konventioneller Synchrongeneratoren durch Umrichter-gekoppelte Erzeuger bringt einige Herausforderungen für die Netzstabilität mit sich: Fehlende Synchronträgheit: Umrichter-gekoppelte Erzeuger haben im Vergleich zu Synchrongeneratoren eine geringere natürliche Synchronträgheit, was die Fähigkeit des Netzes beeinträchtigen kann, auf schnelle Laständerungen oder Störungen angemessen zu reagieren. Spannungs- und Frequenzregelung: Konventionelle Synchrongeneratoren tragen wesentlich zur Spannungs- und Frequenzregelung im Netz bei. Die Umstellung auf Umrichter-gekoppelte Erzeuger erfordert daher fortschrittliche Regelungsstrategien, um diese Funktionen zu gewährleisten und die Netzstabilität aufrechtzuerhalten. Harmonische und Blindleistungskompensation: Umrichter-gekoppelte Erzeuger können harmonische Verzerrungen erzeugen und die Blindleistungsbilanz im Netz beeinflussen. Die Integration von Filtern und Kompensationsvorrichtungen ist erforderlich, um diese Effekte zu minimieren und die Netzqualität zu erhalten. Kurzschlussleistung: Synchrongeneratoren tragen zur Kurzschlussleistung im Netz bei, was für die Stabilität und den Schutz des Systems entscheidend ist. Umrichter-gekoppelte Erzeuger müssen entsprechend dimensioniert werden, um ausreichende Kurzschlussleistung bereitzustellen. Durch eine sorgfältige Planung, fortschrittliche Regelungstechniken und die Integration von Zusatzsystemen können die Herausforderungen, die sich aus der Umstellung auf Umrichter-gekoppelte Erzeuger ergeben, bewältigt werden, um die Netzstabilität zu gewährleisten.

Q: Wie können variable Pumpspeicherkraftwerke über die Trägheitsemulation hinaus weitere Systemdienstleistungen erbringen, um den Übergang zu einem dekarbonisierten Energiesystem zu unterstützen?

Variable Pumpspeicherkraftwerke können über die Trägheitsemulation hinaus eine Vielzahl von Systemdienstleistungen erbringen, um den Übergang zu einem dekarbonisierten Energiesystem zu unterstützen: Frequenzregelung: Durch schnelle und präzise Reaktion auf Netzfrequenzänderungen können variable Pumpspeicherkraftwerke zur Frequenzregelung beitragen und die Netzstabilität gewährleisten. Primärregelleistung: Variable Pumpspeicherkraftwerke können als Primärregelleistung eingesetzt werden, um innerhalb von Sekunden auf Netzschwankungen zu reagieren und das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch aufrechtzuerhalten. Sekundärregelleistung: Durch die Bereitstellung von Sekundärregelleistung können variable Pumpspeicherkraftwerke dazu beitragen, langfristige Ungleichgewichte im Netz auszugleichen und die Systemstabilität zu verbessern. Netzstützungsdienste: Neben der reinen Energieerzeugung können variable Pumpspeicherkraftwerke auch Netzstützungsdienste wie Spannungsregelung, Blindleistungskompensation und harmonische Filterung bereitstellen, um die Netzqualität zu verbessern. Integration erneuerbarer Energien: Durch die Kombination von Pumpspeicherkraftwerken mit erneuerbaren Energiequellen wie Wind- und Solarenergie können variable Pumpspeicherkraftwerke dazu beitragen, die Integration dieser volatilen Energiequellen zu erleichtern und die Systemstabilität zu unterstützen. Durch die vielseitigen Systemdienstleistungen, die variable Pumpspeicherkraftwerke erbringen können, spielen sie eine entscheidende Rolle bei der Transformation des Energiesystems hin zu einer nachhaltigen und dekarbonisierten Energieversorgung.

核心概念

Variable Pumpspeicherkraftwerke können durch Trägheitsemulation einen ähnlichen Beitrag zur Netzstabilität leisten wie konventionelle Synchrongeneratoren.

摘要

Der Artikel befasst sich mit der Quantifizierung und dem Vergleich des Beitrags von Pumpspeicherkraftwerken zur synchronen Trägheit und synthetischen Trägheit, wenn Technologien mit fester und variabler Drehzahl verwendet werden.

Zunächst wird eine analytische Formel hergeleitet, um den Betrag der Wirkleistung zu quantifizieren, die ein Synchrongenerator bei einer großen Netzfrequenzabweichung einspeisen oder aufnehmen würde. Diese Formel zeigt, dass der Betrag der eingespeisten oder aufgenommenen Leistung proportional zur mechanischen Zeitkonstante der Hydro-Einheit ist.

Um die Gültigkeit des analytischen Ansatzes zu demonstrieren, wurde der XFLEX HYDRO-Demonstrator des Pumpspeicherkraftwerks Frades 2 in Portugal betrachtet. Numerische Simulationen mit einem detaillierten 1D-Modell des Kraftwerks zeigen, dass variable Drehzahleinheiten durch eine geeignete Regelung der Trägheitsemulation eine ähnliche Wirkleistungseinspeisung oder -aufnahme wie Synchronmaschinen erreichen können, sowohl bei Betrieb an einem unendlichen Netz als auch an einem isolierten Netz mit 4,4 GW Leistung.

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arxiv.org

統計資料

Die Pumpspeichereinheit Frades 2 hat eine Nennleistung von 395 MW und eine mechanische Zeitkonstante von 7,9 s.
Bei einer Frequenzänderungsrate (RoCoF) von 0,5 Hz/s speist die Synchronmaschine im Mittel 31 MW ein.
Bei einer RoCoF von 1 Hz/s speist die Synchronmaschine im Mittel 63 MW ein.
Bei einer RoCoF von 2 Hz/s speist die Synchronmaschine im Mittel 127 MW ein.

引述

"Die Magnitude der eingespeisten oder aufgenommenen Leistung ist proportional zur mechanischen Zeitkonstante der Hydro-Einheit für eine gegebene Frequenzänderungsrate."
"Variable Drehzahleinheiten können durch eine geeignete Regelung der Trägheitsemulation eine ähnliche Wirkleistungseinspeisung oder -aufnahme wie Synchronmaschinen erreichen."

從以下內容提煉的關鍵洞見

Inertia emulation contribution of Frades 2 variable speed pump-turbine to power network stability

by Chri... 於 arxiv.org 04-10-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.06299.pdf

Inertia emulation contribution of Frades 2 variable speed pump-turbine to power network stability

深入探究

Wie lässt sich die Trägheitsemulation von Umrichter-gekoppelten Erzeugern weiter verbessern, um auch in Netzen mit geringer Synchronträgheit einen stabilisierenden Beitrag zu leisten?

Um die Trägheitsemulation von Umrichter-gekoppelten Erzeugern weiter zu verbessern und einen stabilisierenden Beitrag in Netzen mit geringer Synchronträgheit zu leisten, können verschiedene Ansätze verfolgt werden.

Optimierung der Regelungsstrategien: Durch die Entwicklung und Implementierung fortschrittlicher Regelungsstrategien können Umrichter-gekoppelte Erzeuger eine präzisere und schnellere Reaktion auf Netzfrequenzänderungen ermöglichen. Dies umfasst die Feinabstimmung von Parametern wie der Trägheitskonstante, dem Derivativerstärkungsfaktor und der Filterzeitkonstante, um eine effektive Trägheitsemulation zu gewährleisten.

Integration von Künstlicher Intelligenz (KI): Der Einsatz von KI-Algorithmen zur Echtzeitoptimierung der Trägheitsemulation kann die Leistungsfähigkeit von Umrichter-gekoppelten Erzeugern in Netzen mit geringer Synchronträgheit weiter verbessern. KI kann dabei helfen, die Reaktion der Erzeuger auf Netzausgleichsereignisse zu optimieren und die Systemstabilität zu erhöhen.

Kombination mit Speicherlösungen: Die Kombination von Umrichter-gekoppelten Erzeugern mit Energiespeichern wie Batterien kann die Trägheitsemulation weiter verbessern. Durch die Integration von Speichern können Erzeuger zusätzliche Systemdienstleistungen wie Frequenzregelung und Spannungshaltung bereitstellen, was die Netzstabilität insgesamt erhöht.

Durch die kontinuierliche Forschung und Entwicklung in diesen Bereichen können Umrichter-gekoppelte Erzeuger ihre Trägheitsemulation weiter optimieren und einen wichtigen Beitrag zur Netzstabilität in Netzen mit geringer Synchronträgheit leisten.

Welche Herausforderungen ergeben sich für die Netzstabilität, wenn konventionelle Synchrongeneratoren durch Umrichter-gekoppelte Erzeuger ersetzt werden?

Die Ersetzung konventioneller Synchrongeneratoren durch Umrichter-gekoppelte Erzeuger bringt einige Herausforderungen für die Netzstabilität mit sich:

Fehlende Synchronträgheit: Umrichter-gekoppelte Erzeuger haben im Vergleich zu Synchrongeneratoren eine geringere natürliche Synchronträgheit, was die Fähigkeit des Netzes beeinträchtigen kann, auf schnelle Laständerungen oder Störungen angemessen zu reagieren.

Spannungs- und Frequenzregelung: Konventionelle Synchrongeneratoren tragen wesentlich zur Spannungs- und Frequenzregelung im Netz bei. Die Umstellung auf Umrichter-gekoppelte Erzeuger erfordert daher fortschrittliche Regelungsstrategien, um diese Funktionen zu gewährleisten und die Netzstabilität aufrechtzuerhalten.

Harmonische und Blindleistungskompensation: Umrichter-gekoppelte Erzeuger können harmonische Verzerrungen erzeugen und die Blindleistungsbilanz im Netz beeinflussen. Die Integration von Filtern und Kompensationsvorrichtungen ist erforderlich, um diese Effekte zu minimieren und die Netzqualität zu erhalten.

Kurzschlussleistung: Synchrongeneratoren tragen zur Kurzschlussleistung im Netz bei, was für die Stabilität und den Schutz des Systems entscheidend ist. Umrichter-gekoppelte Erzeuger müssen entsprechend dimensioniert werden, um ausreichende Kurzschlussleistung bereitzustellen.

Durch eine sorgfältige Planung, fortschrittliche Regelungstechniken und die Integration von Zusatzsystemen können die Herausforderungen, die sich aus der Umstellung auf Umrichter-gekoppelte Erzeuger ergeben, bewältigt werden, um die Netzstabilität zu gewährleisten.

Wie können variable Pumpspeicherkraftwerke über die Trägheitsemulation hinaus weitere Systemdienstleistungen erbringen, um den Übergang zu einem dekarbonisierten Energiesystem zu unterstützen?

Variable Pumpspeicherkraftwerke können über die Trägheitsemulation hinaus eine Vielzahl von Systemdienstleistungen erbringen, um den Übergang zu einem dekarbonisierten Energiesystem zu unterstützen:

Frequenzregelung: Durch schnelle und präzise Reaktion auf Netzfrequenzänderungen können variable Pumpspeicherkraftwerke zur Frequenzregelung beitragen und die Netzstabilität gewährleisten.

Primärregelleistung: Variable Pumpspeicherkraftwerke können als Primärregelleistung eingesetzt werden, um innerhalb von Sekunden auf Netzschwankungen zu reagieren und das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch aufrechtzuerhalten.

Sekundärregelleistung: Durch die Bereitstellung von Sekundärregelleistung können variable Pumpspeicherkraftwerke dazu beitragen, langfristige Ungleichgewichte im Netz auszugleichen und die Systemstabilität zu verbessern.

Netzstützungsdienste: Neben der reinen Energieerzeugung können variable Pumpspeicherkraftwerke auch Netzstützungsdienste wie Spannungsregelung, Blindleistungskompensation und harmonische Filterung bereitstellen, um die Netzqualität zu verbessern.

Integration erneuerbarer Energien: Durch die Kombination von Pumpspeicherkraftwerken mit erneuerbaren Energiequellen wie Wind- und Solarenergie können variable Pumpspeicherkraftwerke dazu beitragen, die Integration dieser volatilen Energiequellen zu erleichtern und die Systemstabilität zu unterstützen.

Durch die vielseitigen Systemdienstleistungen, die variable Pumpspeicherkraftwerke erbringen können, spielen sie eine entscheidende Rolle bei der Transformation des Energiesystems hin zu einer nachhaltigen und dekarbonisierten Energieversorgung.