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

突然の電力サージでは、負荷周波数制御によりグリッドが安定します。LFCの目標は、負荷変化後の定常状態の周波数誤差を無効にし、各エリアのスケジュールされたタイライン電力フローを維持することです。
エリア制御誤差は、タイラインの電力潮流偏差と周波数誤差を組み合わせたもので、各タービンガバナーの基準電力設定の調整をガイドします。
これらの設定を上げたり下げたりするコマンドは数秒ごとに発生し、すべてのエリアのすべての設定と ACE が 0 のときに新しい定常状態の操作が可能になります。
周波数バイアスは、高い積分器ゲインによって不安定性を引き起こすことなく、周波数制御への面積寄与に十分な高さである必要があります。
その他の LFC の目的には、周波数とネットのタイライン誤差を無効にすることにより、60Hz のモーター駆動クロックのタイミングとエネルギー伝達を制御することが含まれます。
通常の負荷と周波数が変化すると、LFCは制御を維持します。
タービンガバナーの基準電力設定を調整することで、LFCと経済的なディスパッチの目標を達成できます。
調整された自動生成制御方式では、ACE が最初に計算され、各ユニットにシェアが割り当てられます。
次に、所望からの総発電量の偏差が計算され、割り当てられ、各ユニットの昇降信号が決定されます。

負荷周波数制御

負荷周波数制御 (LFC) は、電力システムの安定性を維持するために不可欠であり、負荷が変動しても周波数と電力フローが許容範囲内に維持されるようにします。タービン調速機制御は、負荷変動後のローターの加速と減速を排除します。ただし、タービン調速機の基準設定の変化がゼロの場合、定常周波数誤差は残ります。相互接続された電力システムでは、各領域が、送電線相互接続またはタイラインを介して、スケジュールされた量の電力をエクスポートまたはインポートすることに同意します。各領域は、スケジュールされたネットタイライン電力 (p_tie) フローを維持するために、独自の負荷変化を吸収します。LFC の主な役割は、負荷変動後に定常周波数誤差をゼロに戻し、ネットタイライン電力フローをスケジュールされた値に維持することです。

領域制御誤差 (ACE) は、スケジュール値からの正味のタイライン電力フロー偏差に周波数バイアス (B_f) 項を加えたものとして定義されます。各領域の ACE は、タイライン誤差と周波数誤差 (Δ_f) の線形結合です。LFC における各タービン調速機の基準電力設定 (Δp_refi) の変化は、ACE の積分に比例します。この積分動作により、周波数誤差とタイライン電力誤差の両方がゼロになります。

<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;">

周波数バイアス定数と積分器ゲイン (K_i) は、負荷の変化に対する過渡応答に影響します。周波数バイアスは、適切な周波数制御のために十分に高くする必要があります。コーンの方法（Cohn's method）では、満足のいくパフォーマンスを得るために、周波数バイアスを領域周波数応答特性と同じに設定することを推奨しています。不安定性を回避するために、積分器ゲインは高くしすぎないようにしてください。自動発電制御戦略は、タービン調速機の基準電力設定を調整することにより、LFC を経済的ディスパッチ目標と調整します。経済的ディスパッチ プログラムによって決定される各発電機の希望出力は、一定間隔で更新され、効率的で安定した電力システムの動作を保証します。

突然の電力サージでは、負荷周波数制御によりグリッドが安定します。LFCの目標は、負荷変更後の定常状態の周波数誤差を無効にすることです...

Education

JoVE Core

Electrical Engineering

電気工学

Unit 1

ユニット1

Transient Stability and System Controls

過渡安定度とシステム制御

KEY TERMS AND CONCEPTS

主要用語と概念

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 電気工学 は、電気回路の基本概念と回路解析テクニックを網羅したアニメーションビデオシリーズです。オペアンプと回路変換および 1 次・ 2 次回路の概念を網羅しています。実験を撮影した実写動画では、設計例や現代社会での応用が含まれており、複雑な概念も分かりやすく学習いただけます。

electrical engineering

Load-frequency control in power grids

Description

Transcript