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

갑작스러운 전력 서지에서 부하 주파수 제어는 그리드를 안정화합니다. LFC의 목표는 부하 변경 후 정상 상태 주파수 오류를 무효화하고 각 영역의 예정된 타이 라인 전력 흐름을 유지하는 것입니다.
타이 라인 전력 흐름 편차와 주파수 오류를 결합한 영역 제어 오류는 각 터빈 조절기의 기준 전력 설정에 대한 조정을 안내합니다.
이러한 설정을 높이거나 낮추는 명령은 몇 초마다 발생하므로 모든 영역의 모든 설정과 ACE가 0일 때 새로운 정상 상태 작업이 가능합니다.
주파수 바이어스는 높은 적분기 이득을 통해 불안정성을 일으키지 않고 주파수 제어에 대한 면적 기여를 할 수 있을 만큼 충분히 높아야 합니다.
추가 LFC 목표에는 주파수 및 순 타이 라인 오류를 무효화하여 60Hz 모터 구동 클럭의 타이밍 및 에너지 전송을 제어하는 것이 포함됩니다.
정상 부하 및 주파수 변경 중에 LFC는 제어를 유지합니다.
터빈 조절기의 기준 전력 설정을 조정하면 LFC 및 경제적인 디스패치 목표를 달성할 수 있습니다.
조정된 자동 생성 제어 전략에서 ACE는 각 장치에 할당된 공유와 함께 먼저 계산됩니다.
그런 다음 원하는 것에서 총 생성의 편차가 계산되고 할당되어 각 장치의 상승 또는 하강 신호를 지시합니다.

부하 주파수 제어

부하 주파수 제어(LFC)는 전력 시스템 안정성을 유지하고, 부하 변경 중에 주파수와 전력 흐름이 허용 한계 내에 유지되도록 하는 데 필수적입니다. 터빈 거버너 제어는 부하 변경 후 로터 가속 및 감속을 제거합니다. 그러나 터빈 거버너 기준 설정의 변경이 0일 때 정상 상태 주파수 오류가 지속됩니다. 상호 연결된 전력 시스템에서 각 영역은 송전선 상호 연결 또는 연결선을 통해 예정된 양의 전력을 내보내거나 가져오기로 동의합니다. 각 영역은 자체 부하 변경을 흡수하여 예정된 순 연결선 전력(p_tie) 흐름을 유지합니다. LFC의 주요 역할은 부하 변경 후 정상 상태 주파수 오류를 0으로 되돌리고 순 연결선 전력 흐름을 예정된 값으로 유지하는 것입니다.

영역 제어 오류(ACE)는 예정된 값에서 순 타이라인 전력 흐름 편차와 주파수 편향(B_f) 항을 더한 값으로 정의됩니다. 각 영역의 ACE는 타이라인 오류와 주파수 오류(Δ_f)의 선형 조합입니다. LFC에서 각 터빈 거버너의 기준 전력 설정(Δp_refi)의 변화는 ACE의 적분에 비례합니다. 이 적분 동작은 주파수 오류와 타이라인 전력 오류가 모두 0으로 구동되도록 합니다.

<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;">

주파수 바이어스 상수와 적분기 이득(K_i)은 부하 변화에 대한 과도 응답에 영향을 미칩니다. 주파수 바이어스는 적절한 주파수 제어에 충분히 높아야 합니다. Cohn의 방법은 만족스러운 성능을 위해 주파수 바이어스를 영역 주파수 응답 특성과 동일하게 설정할 것을 제안합니다. 적분기 이득은 불안정성을 피하기 위해 너무 높아서는 안 됩니다. 자동 발전 제어 전략은 터빈-거버너 기준 전력 설정을 조정하여 LFC를 경제적 디스패치 목표와 조정합니다. 경제적 디스패치 프로그램에 의해 결정된 각 발전기의 원하는 출력은 일정 간격으로 업데이트되어 효율적이고 안정적인 전력 시스템 운영을 보장합니다.

갑작스러운 전력 서지에서 부하 주파수 제어는 그리드를 안정화합니다. LFC의 목표는 부하 변경 후 정상 상태 주파수 오류를 무효화하고 ...

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전기공학

Unit 1

제1단원

Transient Stability and System Controls

과도 안정도 및 계통 제어

KEY TERMS AND CONCEPTS

핵심 용어 및 개념

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.

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