电网频率波动背后的多种原因

日期:2018-05-14 浏览:26

2015年的频率测量(数据:50赫兹):欧洲电网的电网频率在50赫兹左右波动,尤其是在15分钟的交易时间段内出现大幅跳跃。通常,电网频率位于黄色区域内,但上下偏差(灰色)特别可能每15分钟一次。 MPIfürDynamik und Selbstorganisation / BenjaminSchäfer

我们的电网工作频率为50赫兹 - 通常由涡轮机产生,例如在水力发电厂或煤电厂中,以50转/秒的速度旋转。 “当消费者使用更多来自电网的电能时,电网频率会稍微下降,然后再增加能量输入以重新建立原始频率,”马克斯普朗克动力学与自组织研究所(MPIDS)的Benjamin Schaefer解释道,在哥廷根和该研究的主要作者。 “与标称值50赫兹的偏差必须保持在最低限度,否则敏感的电子设备可能会受到损坏。”

可再生能源的产生也会引起电网频率波动,因为风并不总是以相同的速度吹,而且云不断改变光伏系统的馈入。将可再生能源发电机并入电网的常见建议涉及将电网分解成小型自治电池,即微电网。例如,这将允许一个拥有热电联产机组和自己的风能和光伏发电机组的社区以自主的方式运行其能源系统。

但是,这种划分为小型电池和额外的可再生能源发电机对电网有什么影响?为了回答这个问题,来自Forschungszentrum Juelich和MPIDS的科学家分析了世界不同地区电网的电网频率波动 - 并且使用数学模型预测了潜在的脆弱性及其原因。

一个分析中有两个惊喜

首先,他们整理了来自欧洲,日本和美国的测量数据。然后,他们系统地分析了这些数据,并对两个帐户感到惊讶。 “首先令人惊讶的是,电网每隔15分钟就显示出特别强的波动,”Juelich能源与气候研究所和科隆大学理论物理研究所的Dirk Witthaut说。 “这是欧洲电力市场上发电商同意发电量的新分配的确切时间段 - 这会改变向电网输入的电量以及在哪里。至少在欧洲,电力交易因此在平衡电网频率波动方面起着关键作用。“

第二个惊喜是50赫兹标称值周围的统计电网波动不符合预期的高斯分布,这是围绕期望值的对称分布。相反,可能会出现更多极端波动。科学家们使用数学模型计算了预期的波动,这取决于电网的规模,并估计了波动依赖于可再生能源的程度。

电力交易是一个关键因素

调查区域的比较表明,大部分可再生能源确实导致更大的电网波动。 “例如,英国的风能和太阳能发电比例远高于美国,导致电网频率波动更大,”Dirk Witthaut解释说。为了提高可再生能源的比例,科学家们因此建议增加投资,根据电网频率对发电机和消费者进行智能调整 - 称为主要控制和需求控制。

然而,这项研究最有意思的结果之一是电力交易引起的电网频率波动似乎比可再生能源供应造成的波动更为显着。

科学家们还发现小型电网表现出较大的波动。 Benjamin Schaefer说:“我们的研究表明,将大型缓冲电网(如欧洲大陆的同步电网)划分为微电网会导致更大的频率波动。 “从技术上讲,微电网因此只有在今天非常严格的频率标准得到放松的情况下才是一种选择。”

出版物:BenjaminSchäfer等人,“非高斯电网频率波动以Lévy-stable法则和超统计学为特征”,Nature Energy(2018)doi:10.1038 / s41560-017-0058-z

来源:Forschungszentrum Juelich