Energilager och frekvens. Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Relevanta dokument
Energilager och frekvens. Ingmar Leisse Industriell Elektroteknik och Automation

När det blir fel. Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Växelspänning och effekt. S=P+jQ. Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Vardag och när det blir fel. Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Synkrongeneratorn och trefas

Växelspänning och effekt. S=P+jQ. Ingmar Leisse Industriell Elektroteknik och Automation

Permanentmagnetiserad synkronmotor. Industriell Elektroteknik och Automation

Asynkronmotorn. Industriell Elektroteknik och Automation

Till vem, till vad och hur mycket? Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik & Automation

Svängmassan för framtidens elsystem ett uppdrag för IVA Vägval el

Och sedan då? Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Kan man köpa grön el? Så fungerar elsystemet och elhandeln Mikael Amelin Avd. för elkraftteknik

Elenergi Till vem, till vad och hur mycket? Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Synkrongeneratorn och trefas

X-tenta ET Figur 1. Blockschema för modell av det nordiska kraftsystemets frekvensdynamik utan reglering.

100% FÖRNYBART MED FJÄRRVÄRME OCH KRAFTVÄRME

MJ1145-Energisystem VT 2015 Föreläsning om att hålla balans i elnät: L2-L3. Kraftsystemet = en lång cykel. Syftet med ett kraftsystem:

Tentamen i EJ1200 Eleffektsystem, 6 hp

ERE103 Reglerteknik D Tentamen

Kraftvärmens roll i framtidens energisystem. Per Ljung

Elektromagnetism. Kapitel , 18.4 (fram till ex 18.8)

BILLERUD AB GRUVÖNS BRUK. Ö-drift. Malin Jervant

north european power perspectives

POTENTIAL ATT UTVECKLA VATTENKRAFTEN - FRÅN ENERGI TILL ENERGI OCH EFFEKT

Elenergi Till vem, till vad och hur mycket? Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Elenergiteknik. Industrial Electrical Engineering and Automation. Energi och effekt. Extra exempel

Elenergi Till vem, till vad och hur mycket? Ingmar Leisse Industriell Elektroteknik och Automation

Tentamen i Elektronik för E (del 2), ESS010, 5 april 2013

Ett sätt att förklara hur balansen upprätthålls i ett elsystem är att dra en parallell med en cykel.

Fö 7 - TMEI01 Elkraftteknik Asynkronmaskinen & Synkronmaskinen

Elforsk seminarium Ersätta och bygga nya reaktorer

Systemteknik/Processreglering F2

Elproduktion. Översikt. Ångkraftverk. Värmekraftverk. Kraftverkstyper Kombination av kraftslag Miljöpåverkan Lagrad energi.

System planning, EG2050 introduction. Lennart Söder Professor in Electric Power Systems

Möjligheterna att balansera vindkraftens variationer

Signal- och Bildbehandling FÖRELÄSNING 4. Multiplikationsteoremet. Derivatateoremet

Sune Zander Brittedals Elnät ekonomisk förening. Ett medlemsägt företag med eldistribution, elproduktion med vattenkraft samt elhandel.

Frekvensreglering. EG2205 Föreläsning 5-6, vårterminen 2015 Mikael Amelin

Vindkraften ger systemtjänster, men hur skapas incitamenten?

Automation Laboration: Reglering av DC-servo

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 6 mars 2006 SVAR

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 16 dec 2008 klockan 8:00 13:00.

STAL TURBOGENERATOR en kortfattad systembeskrivning

Framtida utmaningar i det svenska kraftsystemet

Reglerteknik 3. Kapitel 7. Köp bok och övningshäfte på kårbokhandeln. William Sandqvist

Elenergiteknik. Industrial Electrical Engineering and Automation. Exempelsamling - Uppgifter. Olof Samuelsson

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 17 dec 2007 klockan 8:00 13:00 för inskrivna på elektroteknik Ht 2007.

Flexibel drift av kraftvärmeanläggningar - förstudie Jan Storesund Inspecta Technology SEBRA konferens 15/

Elektromekaniska energiomvandlare (Kap 7) Likströmsmaskinen (Kap 8)

och sedan då? Olof Samuelsson

Växelspänning och effekt. S=P+jQ. Industriell Elektroteknik och Automation

Elektromekaniska energiomvandlare (Kap 7) Likströmsmaskinen (Kap 8)

Kontrollskrivning 1 i EG2050 Systemplanering, 6 februari 2014, 9:00-10:00, Q31, Q33, Q34, Q36

En översikt av Kap 7. Tillbakablick, återkoppling Informationsteknologi Reglering av vätskenivån i en tank. Framkoppling. Informationsteknologi

Permanentmagnetiserad synkronmotor. Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Bestämning av överföringskapacitet

Ett robust och leveranssäkert elsystem vad säger forskningen?

Projektuppgift E. Avdelningen för elektriska energisystem EG2205 DRIFT OCH PLANERING AV ELPRODUKTION Vårterminen 2015

Jag har inte lyckats förstå varför frekvensen i stamnätet pendlar beroende av förhållandet mellan produc erad kraft och uttagen kraft, momentant.

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

Exempelsamling Grundläggande systemmodeller. Klas Nordberg Computer Vision Laboratory Department of Electrical Engineering Linköping University

Fö 6 - TMEI01 Elkraftteknik Asynkronmaskinen

Elenergiteknik Laboration 1. Elgenerering och överföring med växelspänning

ETE115 Ellära och elektronik, tentamen oktober 2006

Finansiella risker på dagens elmarknad

Repetition Likströmsmaskin Permanentmagnetiserad synkronmaskin Asynkronmaskin. Elenergiteknik Industriell Elektroteknik och Automation

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet G33(1) TER4(63)

KRAFTLÄGET I NORDEN OCH SVERIGE

Spänningsförsörjning. Olika typer av aggregat speciellt med switchteknik

Fö 10 - TSFS11 Energitekniska System Synkronmaskinen

Frekvensreglering i det nordiska kraftsystemet. - Modellering i PSS/E -

Fö 10 - TSFS11 Energitekniska System Synkronmaskinen

100% Förnybart - vad innebär det för elsystemet? Helena Nielsen, Strategy & Market Intelligence

EL1000/1120/1110 Reglerteknik AK

Likströmsmaskinen. Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Kapitel: 31 Växelström Beskrivning av växelström och växelspänning Phasor-diagram metoden Likriktning av växelström

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 1 den 21 oktober 2008 klockan 8:00 13:00

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet


Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet KÅRA T1 T2 U2 U4

AUTOMATIC CONTROL REGLERTEKNIK LINKÖPINGS UNIVERSITET. M. Enqvist TTIT62: Föreläsning 2. Här är

Umeälven. Beskrivning av vattendraget

Sedan tidigare För att varvtalsreglera likströmsmotor måste spänningen ändras För att varvtalsreglera synkron- och

Tentamen för TFYA87 Fysik och Mekanik

Synkronmaskinen. Laboration Elmaskiner 1. Personalia: Godkänd: UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Dan Weinehall.

Bestäm uttrycken för följande spänningar/strömmar i kretsen, i termer av ( ) in a) Utspänningen vut b) Den totala strömmen i ( ) c) Strömmen () 2

Adaptiv kraftsystemstabilisator. optimal dämpning av svängningar i aktiv effekt

Skånes Energiting tisdag 11 april, 2013 Malmömässan i Hyllie. Lennart Söder Professor, Elektriska Energisystem, KTH

5. Kretsmodell för likströmsmaskinen som även inkluderar lindningen resistans RA.

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

Systemteknik/Processreglering F6

Exempelsamling Grundläggande systemmodeller. Klas Nordberg Computer Vision Laboratory Department of Electrical Engineering Linköping University

Kompletteringsskrivning i EG2050 Systemplanering, 12 april 2013, 13:00-15:00, seminarierummet

HUVA - Hydrologiskt Utvecklingsarbete inom Vattenkraftindustrin

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

Välkomna till TSRT15 Reglerteknik Föreläsning 2

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

AC-kretsar. Växelströmsteori. Lund University / Faculty / Department / Unit / Document / Date

Kompletteringsskrivning i 2C1118 Systemplanering, 27 mars 2007, 17:00-19:00, Q36

Transkript:

Energilager och frekvens Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Översikt Långsiktig effektbalans Vattenmagasin Simuleringsmodell blockschema Kortsiktig effektbalans Kraftsystemets energilager Kraftsystemets frekvens Frekvensreglering Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 2

Vatten till växelspänning = ~

Elörbrukning under året Årstidsvariation Max vintertid Min sommartid Winter-peaking Kalifornien Max sommartid Min vintertid Summer-peaking Ca 140 TWh Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 4

Förbrukning+Export=Produktion+Import Liten import/export Kärnkraftel Max produktion Sommaruppehåll Vattenkraftel Mest i januari Vårflod senare! Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 5

Balans produktion/förbrukning Årlig energibalans Energibalans under dag och timme Produktionsplanering Mänsklig tidsskala Varje ögonblick EFFEKTBALANS Automatiskt reglerad Vad händer om jag tänder/släcker Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 6

Vattenmagasin Fördämning Höjer vattenyta Energilager! 34 TWh i Sverige Island Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 7

Tillrinning i magasin Mest vattentillflöde när behovet av el är minst Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 8

Avtappning av magasin Magasinet är en buffert Fylls vår och sommar när tillrinning>avtappning Töms höst och vinter när avtappning>tillrinning Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 9

Balansekvation V t t 0 ( ) = V 0 + q in τ ( ) q ut τ ( ) dτ dv dt = q in q ut Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 10

Tidssimulering i Simulink u 1 (t) t=1.25 x 1 (t) y 1 (t) u p (t) x n (t) y q (t) dx/dt=f(x,u) y=g(x,u) Modell n tillstånd x, p insignaler u, q utsignaler y Integrationsalgoritm vevar fram tiden Behöver begynnelsevärden på tillstånden Godtyckliga kurvformer kan integreras Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 11

Simuleringsmodell bil dx dt = v dx dt = 0 stationaritet = stilla x 0 ( ) = x 0 + v( τ) x t v 0 >0 >>0 <0 <<0 t 0 dτ x oförändrat ökar sakta ökar snabbt minskar sakta minskar snabbt v dx dt v x x tid Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 12

Simuleringsmodell magasin dv dt = q in q ut q ut V 0 V t t 0 ( ) = V 0 + q in τ q in q ut 0 >0 >>0 <0 <<0 ( ) q ut τ V oförändrat ökar sakta ökar snabbt minskar sakta minskar snabbt ( ) dτ q in q ut V q in + dv dt V tid Ex G1.1-3 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 13

Tillrinning 2015 2014 Medel, 1960-2015 Mer tillrinning än normalt hela 2015 http://www.svenskenergi.se/global/statistik/aktuellt%20kraftläge/aktuellt-kraftläge-sverige-veckorapport.pdf Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 14

Magasinsfyllnad Ovanligt mycket i magasinen sedan juli, ovanligt lite 2014 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 15

Balansekvationer 1 Newton 2 Rotation Newton 2 Linjär J dω dt = T acc T br W = 1 2 Jω 2 m dv dt = F acc F br W = 1 2 mv2 Tillstånd motsvarar energi. Förändring motsvarar effekt. Tillstånd kan inte ändras snabbare än vad högerled och tröghet medger Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 16

Balansekvationer 2 Kondensator Induktans C dv dt = i in i ut L di dt = u öka u minska W = 1 2 CV 2 W = 1 2 Li2 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 17

Effektbalans under ett dygn Förbrukning MWh/h julidygn i Sverige Prediktion i stort går bra I detalj omöjligt (lampan!) Energilager vore bra! Osäkerhet i konsumtion Mellan produktion och konsumtion Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 18

Elnätet saknar energilager Distribution Transmission Distribution Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 19

Kraftverket har energilager Turbin Generator Roterande massor Turbinhjul Generatorrotor Energilager Nät Last W k = 1 2 Jω m 2 W k P el,max = 1 10s Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 20

Kraftverkets balansekvation Turbin Generator dw k dt Mekanisk turbineffekt = P m P e Elektrisk generatoreffekt Nät Last dw k dt = ω m J dω m dt ω nom J dω m dt Effektbalansen påverkar generatorers varvtal Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 21

Synkrongeneratorns spänningar Stator R 1 Frekvens: ω e S N ω m T u R 0.8 0.6 0.4 0.2 u S 0-0.2-0.4 Rotor T S S -0.6 u T -0.8-1 0 0.005 0.01 0.015 0. R p=antal N + S-poler p=2 p=4 Turbin och rotor ω m 314 rad/s 157 Inducerad EMK ω e =ω m p/2 314 314 Varvtalet i närmaste kraftverk kan mätas i vägguttaget! Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson Demo 1SM 22

Flera synkrongeneratorer Alla strävar mot samma ω e =ω system Alla generatorer som en enda ω system Systemets elektriska vinkelfrekvens Nominellt 314 rad/s motsvarar 50Hz Följer balansekvation dω system ω nom J total dt = P m,total P e,total Demo 2SM PMU Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 23

Kraftsystemets frekvens vid obalans ω nom J total 2π df system dt = P m,total P e,total 27 dec 1983, fel delar Sverige i N + S P m 50 P e P e 49 P m Norr P m >>P e Syd P m <<P e Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 24

Sammankoppling av system Energilager Samma i W k /P total Större i absolut tal Enskild händelse relativt mindre Lastvariation Slumpmässig Tar ut varandra Reservkapacitet mer ekonomiskt Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 25

50 Hz inte en konstant Normal variation en dag i Köpenhamn Norm för Norden (SE+FI+NO+Själland) ±0.1Hz, tidsavvikelse < 10s Variation beror på systemstorlek Island, Irland ±1Hz USA ±0.01 Hz Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 26

Frekvensreglering Styr turbineffekt Jämför farthållare för bil Frekvens finns överallt Alla kraftverk kan delta Primär reglering Automatisk, snabb Sekundär reglering Manuell finjustering Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 27

Simulering av primär f-reglering Balansekvation systemfrekvens Hela systemet som en generator P m och P e är insignaler Frekvensreglering Mäter frekvens Styr P m Störning Generator kopplas bort, stegändring i P m Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 28

Modell av frekvensdynamik P störning P m + 1 Jω nom ω P e D Förbrukning beror av f P störning =0 0. Stationaritet, P m = P e ω = P m /D 1. P störning ökar 2. ω minskar 3. P e minskar tills 4. P m - Dω - P störning = 0 5. ω = (P m - P störning )/D Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 29

Modell med frekvensreglering P störning ω ref + ω + + K a P m + 1 Jω nom ω K P e D P m P ref + P störning =0 0. Stationaritet, P m = ω=0 1. P störning ökar från 0 2. ω minskar 3. ω >0 4. P m ökar tills 5. P m = P e + P störning K P m + ω=0 ω<ω ref, P m > P ref Ex G1.4 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 30

Bortfall av generator Hz Lutning bestäms av J total Stationärt fel bestäms av K Översläng 2. ordningens system Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 31

Sekundärreglering Hz Stationärt fel ger saknat P m Kraftverk beordras öka uteffekt Primärregleringen återgår Frekvensen blir 50 Hz Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 32

Sammanfattning Effektbalans: elproduktion + = elförbrukning + I timskala bestäms elproduktionen av I sekundskala finjusteras elproduktionen av Kraftsystemets viktigaste energilager finns i Många sammankopplade synkrongeneratorer beter sig som Frekvensen på en synkrongenerators spänning dess varvtal uppmätt i ett vägguttag ger ett mått på effektbalansen Diffekvationerna för vattenmagasin och elnätets frekvens är Primärregleringen av frekvensen ger fel Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 33