Energilager och frekvens. Ingmar Leisse Industriell Elektroteknik och Automation

Relevanta dokument
Energilager och frekvens. Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Växelspänning och effekt. S=P+jQ. 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

Permanentmagnetiserad synkronmotor. Industriell Elektroteknik och Automation

Svängmassan för framtidens elsystem ett uppdrag för IVA Vägval el

Asynkronmotorn. Industriell Elektroteknik och Automation

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

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

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

Synkrongeneratorn och trefas

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

Och sedan då? Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

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

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

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

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

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

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

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

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

Framtida utmaningar i det svenska kraftsystemet

north european power perspectives

POTENTIAL ATT UTVECKLA VATTENKRAFTEN - FRÅN ENERGI TILL ENERGI OCH EFFEKT

Ett robust och leveranssäkert elsystem vad säger forskningen?

Vindkraften ger systemtjänster, men hur skapas incitamenten?

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

Möjligheterna att balansera vindkraftens variationer

Fö 7 - TMEI01 Elkraftteknik Asynkronmaskinen & Synkronmaskinen

Elforsk seminarium Ersätta och bygga nya reaktorer

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

Lägesrapport Nordisk elmarknad

KRAFTLÄGET I NORDEN OCH SVERIGE

Systemteknik/Processreglering F2

Signal- och Bildbehandling FÖRELÄSNING 4. Multiplikationsteoremet. Derivatateoremet

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

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

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

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

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

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

Energimarknadsrapport - elmarknaden

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

Elektromekaniska energiomvandlare (Kap 7) Likströmsmaskinen (Kap 8)

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

KRAFTPRODUKTION SAMT ÖVERFÖRING AV EL Guy-Raymond Mondzo, ÅF

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

Elektromekaniska energiomvandlare (Kap 7) Likströmsmaskinen (Kap 8)

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

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

Umeälven. Beskrivning av vattendraget

Bestämning av överföringskapacitet

NEPP fredag 14 juni, 2013 Klara Strand. Lennart Söder Professor, Elektriska Energisystem, KTH

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

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

Välkommen till Elenergiteknik. Ingmar Leisse Industriell Elektroteknik och Automation

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

Fö 6 - TMEI01 Elkraftteknik Asynkronmaskinen

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)

Spänningsförsörjning. Olika typer av aggregat speciellt med switchteknik

Fö 10 - TSFS11 Energitekniska System Synkronmaskinen

Lule älv. Beskrivning av vattendraget

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

Energilager och variabel elproduktion. Helena Nielsen, Affärsutveckling, Vattenfall

Fö 10 - TSFS11 Energitekniska System Synkronmaskinen

Permanentmagnetiserad synkronmotor. Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

EL1000/1120/1110 Reglerteknik AK

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

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

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

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet


Läget på elmarknaden Vecka 46. Veckan i korthet. Ansvarig: Jens Lundgren

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

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

Vecka aug - 18 aug år 2013, version: A

Elenergiteknik Laboration 1. Elgenerering och överföring med växelspänning

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

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

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

Hur blåser vindarna. Potential, vad kan man göra, vad får man plats med och tekniska möjligheter. Power Väst - Chalmers, 5 september 2014

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

Transkript:

Energilager och frekvens Ingmar Leisse Industriell Elektroteknik och Automation

Översikt Långsiktig effektbalans Vattenmagasin Simuleringsmodell blockschema Kortsiktig effektbalans Kraftsystemets energilager Kraftsystemets frekvens Frekvensreglering Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 2

Vatten till växelspänning = ~

Elförbrukning under året Årstidsvariation Sverige Max vintertid Min sommartid Winter-peaking Kalifornien Max sommartid Min vintertid Summer-peaking Energi [GWh] 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Sverige ca 140 TWh 2011M10 2011M12 2012M02 2012M04 2012M06 2012M08 2012M10 2012M12 2013M02 2013M04 2013M06 2013M08 2013M10 2013M12 2014M02 2014M04 2014M06 2014M08 2014M10 2014M12 2015M02 2015M04 2015M06 2015M08 2015M10 2015M12 2016M02 2016M04 2016M06 2016M08 2016M10 Källa: SCB Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 4

Förbrukning + Export = Produktion + Import Liten import/export Kärnkraftel Max produktion Sommaruppehåll Vattenkraftel Mest i januari Vårflod senare! Källa: Svensk Energi Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 6

Vattenmagasin Fördämning Höjer vattenyta Energilager! 34 TWh i Sverige Island Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 7

Tillrinning i magasin Mest vattentillflöde när behovet av el är minst Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 14

Magasinsfyllnad Ovanligt mycket i magasinen sedan juli, ovanligt lite 2014 Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 18

Elnätet saknar energilager Distribution Transmission Distribution Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 0.0 1 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 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 - Ingmar Leisse 33