Mekanisk svängmassa ur
ett systemperspektiv
2015-04-13
Ulf Moberg, Teknisk direktör
Svängmassa/Inertia/Rotationsenergi
Synkrongeneratorer - elektromekaniska krafter tvingar de att
rotera med samma relativa hastighet
Denna gemensamma rotationshastighet avspeglas i det synkrona
elsystemets frekvens
De roterande maskinernas mekaniska massa utgör en upplagrad
rörelseenergi
Rörelseenergin en mycket viktig förutsättning för en enkel och
därmed tillförlitlig balansreglering av sammankopplade
växelströmssystem som exempelvis det nordiska
Svängmassa/Inertia/Rotationsenergi
En allt viktigare parameter …
Rotationsenergin E = ½ * J * w2 = Sn * H
J = generatorns tröghetsmoment (eng. Inertia), [kgm2 ]
w = generatorns vinkelhastighet, [rad/s]
Sn = generatorns märkeffekt, [MVA]
H = generatorns tröghetskonstant [MWs/MVA]
Vattenkraft: Stor massa relativt långsam
Kärnkraft: Mindre massa högre hastighet
(J, MWs)
Effektbalans i kraftsystemet
Primärenergi
Turbiner
Synkrongeneratorer
Förbrukning
Nät
Hydraulik
Hydrologi och
bränsletillförsel
Svängmassa/Inertia
Mekanisk effektbalans
Varvtal/frekvens
Upplagrad rörelseenergi
200-300 GWs, 60-90 MWh
Elektrisk effektbalans
Effektbalans i kraftsystemet
Primärenergi
Turbiner
Synkrongeneratorer
Förbrukning
Nät
Hydraulik
Hydrologi och
bränsletillförsel
Svängmassa/Inertia
Mekanisk effektbalans
Vindstyrka
Solljus
Asynkrongeneratorer
Solceller mm
Elektrisk effektbalans
Inertian/tröghetsmomentet är en parameter
som blir mer betydelsefull i framtiden
Lägsta frekvens vid
frånkoppling
Enligt statistik
från 2010 och
2011:
min f (Hz)
Systemets Inertia
min produktion
90% av tiden
15% av tiden
max produktion
OBS! Wkin blir lägre i
framtiden p.g.a. vind
och sol!
Aggregatstorlek som frånkopplasDPG (MW)
2011-11-04 Bortkoppling av Oskarshamn 3, 1400 MW
OBS! Planerad bortkoppling med kompensering av reaktiv effektkonsumtion i O3, vilket minskade frekvensfallet
49,36 Lägsta någonsin!
Frekvens vid stort produktionsbortfall
Frekvens vid stort produktionsbortfall
Kvarstående frekvensavvikelse
f=
Frekvensderivatan
df/dt
Vändpunkten
P/R
2015-04-15
10
Frekvensderivatan
Effektförändring/Aggregatstorlek
𝑑𝑓
∆𝑃 ∗ 𝑓0
=
𝑑𝑡 2 ∗ 𝑆 ∗ 𝐻𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑡
Svängmassa
2015-04-15
Åtgärder för att minska frekvensderivatan
> Minska dimensionerande felet (största aggreagatet)
> Större mängd nödeffekt
> Tillföra svängmassa - Syntetisk
> Snabbare FCR-D
> Kräver nordisk samordning
11
Framtida situation
> Min förbrukning i Sverige 8000 – 8500 MW
> 5350 MW vindkraft vid utgången av 2014 (Sv. Vindenergi)
> 7323 MW vindkraft vid utgången av 2017 (Sv. Vindenergi)
> 8000-8500 MW ca år 2020 ?
> Samtidigt större aggregat (1600 MW i Finland)
> Hur hanterar vi en blåsig sommarnatt?
Svenska kraftnäts aktiviteter
> Nulägesbestämning => konsekvenser av utvecklingen
> Uppdatering av modeller och data
> Etablering av ett verktyg för övervakning i kontrollrumet