Name: load-frequency control in power grids
Uploaded: 2024-11-21T14:54:39.000Z
Duration: 1 min 28 s
Channel: JoVE

في حالات ارتفاع الطاقة المفاجئ ، يعمل التحكم في تردد الحمل على استقرار الشبكة. تتمثل أهداف LFC في إبطال خطأ تردد الحالة المستقرة بعد تغييرات الحمل والحفاظ على تدفق الطاقة المجدول لخط الربط في كل منطقة.
خطأ التحكم في المنطقة ، الذي يجمع بين انحرافات تدفق طاقة خط الربط وخطأ التردد ، يوجه التعديلات على إعداد الطاقة المرجعية لكل محافظ توربين.
تحدث أوامر رفع هذه الإعدادات أو خفضها كل بضع ثوان، مما يسمح بعمليات الحالة المستقرة الجديدة عندما تكون جميع الإعدادات و ACE لجميع المناطق صفرا.
يجب أن يكون انحياز التردد مرتفعا بما يكفي لمساهمة المنطقة في التحكم في التردد دون التسبب في عدم الاستقرار من خلال كسب التكاملي العالي.
تشمل أهداف LFC الإضافية التحكم في توقيت الساعات التي تعمل بمحرك 60 هرتز وعمليات نقل الطاقة عن طريق إبطال أخطاء التردد وصافي خط التعادل.
أثناء تغييرات الحمل والتردد العادية ، تحافظ LFC على السيطرة.
يحقق ضبط إعدادات الطاقة المرجعية لمحافظي التوربينات أهداف LFC والإرسال الاقتصادي.
في استراتيجية التحكم الآلي في التوليد المنسقة ، يتم حساب ACE أولا ، مع تخصيص حصة لكل وحدة.
بعد ذلك ، يتم حساب وتخصيص انحرافات التوليد الكلي عن المطلوب ، مع إملاء إشارات الرفع أو الانخفاض لكل وحدة.

التحكم في تردد الحمل

<div style="direction:rtl">
يعد التحكم في تردد الحمل (LFC) أمرًا حيويًا للحفاظ على استقرار نظام الطاقة، وضمان بقاء التردد وتدفقات الطاقة ضمن الحدود المقبولة أثناء تغييرات الحمل. يعمل التحكم في التوربينات والمحافظ على التخلص من تسارع الدوار وتباطؤه بعد تغييرات الحمل. ومع ذلك، يستمر خطأ التردد في الحالة المستقرة عندما يكون التغيير في إعداد مرجع التوربينات والمحافظ صفرًا. في نظام الطاقة المترابط، توافق كل منطقة على تصدير أو استيراد كمية مجدولة من الطاقة من خلال توصيلات خطوط النقل أو خطوط الربط. تمتص كل منطقة تغييرات الحمل الخاصة بها للحفاظ على تدفق طاقة خط الربط الصافي المجدول (p_tie). تتمثل الأدوار الرئيسية للتحكم في تردد الحمل في إعادة خطأ التردد في الحالة المستقرة إلى الصفر بعد تغيير الحمل والحفاظ على تدفق طاقة خط الربط الصافي عند قيمته المجدولة.

يتم تعريف خطأ التحكم في المنطقة (ACE) على أنه انحراف تدفق الطاقة الصافي لخط الربط عن قيمته المجدولة بالإضافة إلى مصطلح تحيز التردد (B_f). لكل منطقة ACE عبارة عن تركيبة خطية لخطأ خط الربط وخطأ التردد (Δ_f). يكون التغيير في إعداد الطاقة المرجعية (Δp_refi) لكل توربين-حاكم تحت LFC متناسبًا مع تكامل ACE. يضمن هذا الإجراء التكاملي أن يتم دفع كل من خطأ التردد وخطأ طاقة خط الربط إلى الصفر.

<img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/16174/16174_PT_Equation_1.svg" style="height: 14px;">

<img alt="Equation2" src="/files/ftp_upload/16174/16174_PT_Equation_2.svg" style="height: 30px;">

يؤثر ثابت تحيز التردد ومكسب المتكامل (K_i) على الاستجابة العابرة لتغيرات الحمل. يجب أن يكون تحيز التردد مرتفعًا بدرجة كافية للتحكم الكافي في التردد. تقترح طريقة كوهن ضبط تحيز التردد على نحو يساوي خاصية استجابة التردد في المنطقة للحصول على أداء مرضٍ. يجب ألا يكون كسب المتكامل مرتفعًا للغاية لتجنب عدم الاستقرار. تنسق استراتيجيات التحكم التلقائي في التوليد بين LFC وأهداف الإرسال الاقتصادي من خلال ضبط إعدادات طاقة مرجعية للتوربين والمحافظ. يتم تحديث المخرجات المرغوبة لكل مولد، كما تحددها برنامج الإرسال الاقتصادي، على فترات، مما يضمن تشغيل نظام الطاقة بكفاءة واستقرار.
</div>

في حالات ارتفاع الطاقة المفاجئ ، يعمل التحكم في تردد الحمل على استقرار الشبكة. تتمثل أهداف LFC في إبطال خطأ تردد الحالة المستقرة بعد تغييرات الحمل و ...

Education

JoVE Core

Electrical Engineering

الهندسة الكهربائية

Unit 1

الوحدة الأولى

Transient Stability and System Controls

الاستقرار العابر وأنظمة التحكم

KEY TERMS AND CONCEPTS

المصطلحات والمفاهيم الأساسية

Load-frequency control

load-frequency control in power grids

Load-frequency control keeps a power grid stable when electrical demand changes. It helps keep system frequency and power flow within acceptable limits. Turbine-governor control reduces rotor speed changes after a load shift, but a steady-state frequency error can still remain when the turbine-governor reference setting does not change.

In an interconnected power system, each area agrees to export or import a scheduled amount of power through tie-lines, which are the transmission lines that link areas together. Each area absorbs its own load changes so the scheduled net tie-line power flow stays on target. The two main goals of load-frequency control are to bring the steady-state frequency error back to zero and to keep the net tie-line power flow at its scheduled value.

The Area Control Error, or ACE, combines the tie-line power flow deviation from its scheduled value with a frequency bias term. In each area, ACE is a linear combination of tie-line error and frequency error. Under load-frequency control, the change in reference power setting for each turbine-governor is proportional to the integral of ACE. This integral action helps drive both the frequency error and the tie-line power error to zero.

The frequency bias constant and the integrator gain affect how the system responds after a load change. The frequency bias should be high enough to give good frequency control. Cohn's method suggests setting the frequency bias equal to the area frequency response characteristic for satisfactory performance. The integrator gain should not be too high, or the system can become unstable.

Automatic generation control works with load-frequency control to support economic dispatch goals. It adjusts turbine-governor reference power settings so each generator output matches the values chosen by the economic dispatch program. These output values are updated at intervals, which helps keep power system operation efficient and stable.

Load-frequency control in power grids

the swing equation

Generator Rotor Motion and the Swing Equation

Generator rotor motion is described by the Swing Equation in power system dynamics. It is used to study generating units such as three-phase synchronous generators. The equation comes from Newton’s second law applied to the generator rotor. It links inertia, angular acceleration, and the balance between mechanical and electrical torques. In steady-state operation, the mechanical torque supplied to the generator is equal to the electrical torque produced by the generator. When these torques...

simplified synchronous machine model

Transient Stability in Synchronous Generators

The synchronous machine model helps students analyze transient stability in power systems. It represents a synchronous generator under balanced three-phase positive-sequence conditions. The model assumes constant excitation and ignores losses and saturation. These simplifications make it easier to study how a generator behaves during a disturbance. In this setup, the generator is connected to a network of transmission lines, transformers, loads, and other machines. That larger system is often...

multimachine stability

Power-System Stability in Multi-Machine Networks

Power-system stability in multi-machine networks focuses on how several synchronous machines behave as they stay connected to an N-bus power system. The analysis solves the swing equations for the machines and tracks how the network responds when conditions change. It is used to study transient stability, which is the system’s ability to stay in step after a disturbance. The network is written with nodal equations that link bus voltages, machine voltages, and machine currents. In this model, V...

wind turbine machine models

Wind Turbine Types and Generator Control

Wind turbine machine models are used to study how wind turbines behave in transient stability analysis. In this setting, induction machines and synchronous machines are the main model types. Induction machines are common because they are simple and reliable. Induction machines work through the rotating magnetic field made by the stator and rotor. A key term is slip, which is the difference between synchronous speed and rotor speed relative to synchronous speed. Slip is zero at synchronous...

generator voltage control

Voltage Regulation in Generators and Wind Turbines

Generator voltage regulation helps keep synchronous generators and wind turbines working stably. Older systems use a DC generator driven by the rotor to supply DC power to the rotor field winding. That power is passed through slip rings and brushes. Newer systems use static exciters or brushless exciters. A static exciter rectifies AC power from the generator terminals and sends DC power directly to the rotor. A brushless exciter uses an inverted synchronous generator, takes AC power from...

turbine-governor control

How Turbine Governors Stabilize Power Output

Turbine-governor control helps keep generator frequency and rotor speed stable when electrical load changes. It does this by matching turbine mechanical power with the power demand on the system. In a power grid, that balance is important for steady operation. Turbine-generator units also store kinetic energy because their parts are rotating. When load increases, that stored energy is released to help meet the demand. At first, electrical torque rises while mechanical torque stays nearly...

load-frequency control

Load-frequency control keeps a power grid stable when electrical demand changes. It helps keep system frequency and power flow within acceptable limits. Turbine-governor control reduces rotor speed changes after a load shift, but a steady-state frequency error can still remain when the turbine-governor reference setting does not change. In an interconnected power system, each area agrees to export or import a scheduled amount of power through tie-lines, which are the transmission lines that...

key terms and concepts

Explore how load-frequency control restores grid frequency, manages tie-line power flow, and uses ACE, frequency bias, and integral action to stabilize interconnected power systems.

Load-frequency control in power grids | JoVE K12

JoVE Core Electrical Engineering offers easy-to-understand animated videos that cover fundamental concepts of electric circuits along with circuit analysis techniques. It incorporates first-order and second-order circuits using operational amplifiers and circuit transformation concepts. The inclusion of practical design examples and real-world applications through scientist-in-action videos adds significant educational value, making complex concepts accessible.

electrical engineering

Load-frequency control in power grids

Description

Transcript