Adaptive model of frequency and power control in power systems with wind power plants
An adaptive model of frequency and power control in electrical supply systems with wind power plants was developed and comprehensively investigated. The regulating power of this model consists of two parts: the adaptive component and proportional-integral-differential (PID) law. The difference betwe...
Збережено в:
| Дата: | 2018 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2018
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/681 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
System Research in Energy| _version_ | 1871104196390944768 |
|---|---|
| author | Kulyk М.M. Zgurovets O.V. |
| author_facet | Kulyk М.M. Zgurovets O.V. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Kulyk М.M.",
"institution": null
},
{
"author": "Zgurovets O.V.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Kulyk М.M. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:44Z |
| description | An adaptive model of frequency and power control in electrical supply systems with wind power plants was developed and comprehensively investigated. The regulating power of this model consists of two parts: the adaptive component and proportional-integral-differential (PID) law. The difference between setting specified by the dispatch service of electrical supply system and the power of wind power plant at each moment of time during the regulation period serves as the adaptive component. The second component of regulating power is the classical PID law, where frequency is used as an argument. Each of these individual components can provide a more or less acceptable frequency control, but their combination in a single law provides qualitatively much better results.We carried out a series of numerical experiments using the developed model. The purpose of these investigations was to study the possibilities of using the proposed structure of frequency control in the Integrated Power System (IPS) of Ukraine and ENTSO-E power system of the European Union. It was found that the best performance for frequency stabilization is provided by the full model, which uses both the adaptive component and PID law. This guarantees the European requirements to frequency stabilization (|Δf|max ≤ 0.02 Hz), and the values of PID-law coefficients are quite acceptable, based on the stability criterion of frequency control system.The use of only the adaptive component in the regulating power ensures the requirement to frequency stability (|Δf|max ≤ 0.2 Hz), which is valid in the IPS of Ukraine, but cannot meet the requirements of ENTSO-E power system. The use of only PID-law in regulating power can satisfy the requirements of ENTSO-E power system only in case of applying coefficients of this law that exceed by more than an order of magnitude their values appearing in the full regulation model. Such values of these coefficients may constitute a threat to the stability of entire system of frequency control. |
| doi_str_mv | 10.15407/pge2018.04.005 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:02:37Z |
| format | Article |
| fulltext |
5
Адаптивна модель регулювання частоти і потужності в енергосистемах з вітровими електростанціями
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue 4(55)
Вступ та постановка задачі. У публікаціях [1
– 3] доведено, що вітрові електростанції (ВЕС) мо-
жуть ефективно функціонувати в об’єднаних енер-
госистемах (ОЕС) лише за умови, що швидкість
зміни потужності ВЕС під час її роботи у складі
ОЕС буде співставною (а краще – не перевищувати)
з аналогічним показником регулятора (активного
чи пасивного), який введений у контур регулюван-
ня частоти і потужності. Активні регулятори (ге-
нератори-регулятори) в залежності від їх фізичної
природи мають у своєму складі устаткування, яке
тим чи іншим чином обмежує їх можливості зі змі-
ни потужності. Зокрема, на теплових електростан-
ціях (ТЕС) таким устаткуванням є парові котли, в
яких швидкість зміни потужності обмежена тем-
пературною міцністю трубопроводів та корпусу, на
гідроелектростанціях (ГЕС) таким інерційним еле-
ментом є направляючі апарати (регулюють об’єм
подачі води на гідротурбіни), а швидкодія електро-
хімічних акумуляторних батарей (АБ) обмежуєть-
ся лише їх внутрішнім опором. Тому допустима
швидкість зміни потужності генераторів ТЕС не
може перевищувати 6–7%/хв від їх номінальної
потужності Рном, для ГЕС цей показник становить
1–2,5%Рном/с, а для АБ – перевищує 700%Рном/с.
В [4] досліджено можливості використання тепло-
насосних технологій (пасивні регулятори) в систе-
мах автоматичного регулювання частоти і потуж-
ності в енергосистемах, при цьому обмеженням
за швидкодію був використаний показник 40% від
Рном за секунду. В [5] наведена система ущільнення
графіка електричних навантажень енергосистеми
шляхом використання споживачів-регуляторів у
вигляді електрокотлів, однак у цій публікації не-
має даних щодо обмежень на швидкість зміни по-
тужності електрокотла. Слід очікувати, що його
швидкодія не набагато перевищує швидкодію
енергетичних котлів, оскільки в електрокотлі є те-
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ
ЕНЕРГЕТИЧНИХ ОБ’ЄКТІВ І СИСТЕМ
ISSN 2522-4344 (Online), ISSN 1562-8965 (Print). The problems of general energy, 2018, 4(55): 5–10
doi: https://doi.org/10.15407/pge2018.04.005
УДК 621.311.661 М.М. КУЛИК, академік НАН України, д-р техн. наук, професор,
ORCID: 0000-0002-5582-7027,
О.В. ЗГУРОВЕЦЬ, ORCID: 0000-0001-8439-9781,
Інститут загальної енергетики НАН України, вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03150, Україна
АДАПТИВНА МОДЕЛЬ РЕГУЛЮВАННЯ ЧАСТОТИ
І ПОТУЖНОСТІ В ЕНЕРГОСИСТЕМАХ З ВІТРОВИМИ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯМИ
Розроблено та всебічно досліджено адаптивну модель регулювання частоти і по-
тужності в енергосистемах з вітровими електростанціями. Регулююча потужність
зазначеної моделі складається із двох частин: адаптивної складової та ПІД-закону.
Адаптивна складова є різницею між уставкою, що задається диспетчерською
службою енергосистеми, та потужністю вітрової електростанції у кожний момент
часу на періоді регулювання. Друга складова регулюючої потужності є класичним
ПІД-законом, в якому аргументом є відхилення частоти. Проведено серію число-
вих експериментів, метою яких було дослідження можливостей використання за-
пропонованої структури регулювання частоти в ОЕС України та в енергосистемі
Євросоюзу ENTSO-E. Було встановлено, що найкращі показники зі стабілізації
частоти надає повна модель, в якій використовується як адаптивна складова, так і
ПІД-закон. При цьому забезпечується європейська вимога щодо стабілізації час-
тоти (|Δf|max 0,02 Гц), і значення коефіцієнтів ПІД-закону є цілком прийнятними,
виходячи з критерію стійкості системи регулювання частоти.
К л ю ч о в і с л о в а : частота, регулювання, потужність, швидкодія, енергосисте-
ма, вітрова електростанція, акумуляторна батарея.
© М.М. КУЛИК, О.В. ЗГУРОВЕЦЬ, 2018
6
М.М. КУЛИК, О.В. ЗГУРОВЕЦЬ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue 4(55)
плообмінник. В [1, 3] показано, що для забезпечен-
ня вимог зі стабілізації частоти в енергосистемах з
потужними ВЕС потрібно використовувати регуля-
тори, швидкодія яких є не меншою, ніж 150%Рном/с.
Тому для країн, в енергосистемах яких відсутні
потужні ГЕС (включаючи Україну), єдиною тех-
нологією, що здатна забезпечити технологічно об-
ґрунтоване використання потужних ВЕС, є елек-
трохімічні акумуляторні батареї (АБ).
Окрім вибору типу регулятора, важливим
питанням є формування закону регулювання. В
моделях, наведених в [1 – 3], використовувався
широко відомий пропорційно-диференційно-ін-
тегральний (ПІД) закон. Він формує регулюючу
функцію, в якій аргументом є відхилення часто-
ти ω0 – ω(t), тобто в процесі регулювання аргу-
мент прямує до нуля. З іншого боку, регулююча
функція повинна мати у кожний момент часу по-
хідну, яка є співставною (краще – більшою) за
модулем з похідною від потужності ВЕС. Тоді
задля виконання цієї умови коефіцієнти в ПІД-
законі повинні приймати великі значення (див.
далі). Однак відомо, що при великих значеннях
цих коефіцієнтів система регулювання за певних
додаткових умов може втратити стійкість.
Тому нагально важливим є формування не
менш точного і більш надійного закону регулю-
вання для зазначених систем. Останнім часом
особлива увага при синтезі систем регулювання
надається адаптивним системам, в яких викорис-
товуються не загальні закони (функції) регулю-
вання, а специфічні залежності, що зумовлені
призначенням системи регулювання.
Призначенням комплексу із двох генераторів
(ВЕС плюс АБ) є виробництво електроенергії
заданої потужності U(t) із стабільною частотою
f0 ± Δfдоп, де Δfдоп – допустиме відхилення часто-
ти, U(t) – уставка, що задається диспетчерською
службою, зокрема, для покриття графіка елек-
тричних навантажень. Виходячи з цього, отри-
муємо залежність
( ) ( ) ( )ВЕС aU t P t D t , (1)
де Da (t) – адаптивна складова функції регулю-
вання
( ) ( ) ( )ВЕСaD t U t P t . (2)
Математична модель. У даній статті до-
сліджено процеси регулювання частоти і по-
тужності в енергосистемах із вітровими елек-
тростанціями, в яких як активні регулятори
використовуються акумуляторні батареї, а в ре-
гулюючих функціях діє адаптивна складова (2).
Розроблено і всебічно досліджено математичну
модель, представлену системою рівнянь, обме-
жень та інших даних (3) – (15), яка є узагаль-
ненням моделі, що надана в [1].
21
0
0
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( )
( )
I
гi н мАБ ВЕС
i
c г
P t P t P t P t P t
d t
dt T P t
,
(3)
0 0( ) ( ) ( ( ) ) , 1,гi г i гi гi
гi
dP t P P t B t і І
dt
,
(4)
0 0( ) ( ) ( ( ) )н н н н
н
dP t P P t C t
dt
,
(5)
0( ) ( ( ) ) ( ( )) ( )ВЕС ВЕС ВЕСв в ВЕС
ВЕС
dP t B t P v t P t
dt T
,
(6)
2
0 1 2( ) n
ВЕСв в в в n вP v c c v c v c v , (7)
0 0 0
1
1( ) cos sin
2
N
в v vk vk
k
v t А А k t В k t ,
(8)
2
0
1 2( )cos , 0,1, ,
N
vk в n n
n
kА v t t k N
N T
, (9)
2
1
1 2( )sin , 0,1, ,
N
vk в n n
n
kB v t t k N
N T
, (10)
0( ) ( ) ( ( ))АБ a АБP t D t A t
1
0
0( ( ))
t
АБ АБ
t
dQ S d
dt
.
(11)
Обмеження:
Обмеження на швидкість зміни потужності:
0 1
( ) , [ , ],АБ
АБнh АБвh
dP tL L t t t
dt
1, 2[ ]АБ АБh АБhP P P ,
(12)
Обмеження на рівень потужності АБ:
АБmin АБ АБmaxP P t P , (13)
Зона нечутливості:
0 1 2
( ) , ( ) [ , ]АБ
s s
dP t const t
dt
,
(14)
Початкові умови:
0 0
0 0
0 0
0 0
( ) ,
( ) ,
( ) ,
( ) .
гi гi
н н
ВЕС ВЕС
t
P t P
P t P
P t P
(15)
В моделі (3) – (15) позначено:
Тс – постійна часу енергосистеми, РΣг0 – су-
марна номінальна потужність генераторів; Ргi (t),
Рн (t), РАБ (t), РВЕС (t), Рм (t) – шукані змінні-
7
Адаптивна модель регулювання частоти і потужності в енергосистемах з вітровими електростанціями
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue 4(55)
функції потужностей, що відповідають генерато-
рам, навантаженню, АБ, ВЕС та втратам мережі
відповідно; τгі, τн, ТВЕС – постійні часу генераторів,
навантаження та ВЕС відповідно; Вгi, Сн, ВВЕС –
крутизни частотних характеристик генераторів,
навантаження та ВЕС відповідно; ААБ, QАБ, SАБ –
коефіцієнти підсилення пропорційної, диферен-
ціальної та інтегральної складових ПІД-закону
регулювання для АБ; t = [t0, t1] – інтервал часу від
початку процесу до поточної точки t = t1, на якому
досліджуються процеси в енергосистемі; Т – інтер-
вал часу, на якому досліджуються процеси регу-
лювання в енергосистемі; N – кількість натураль-
них замірів швидкості вітру νв на всьому інтервалі
часу; Аνk, Вνk – коефіцієнти дискретного перетво-
рення Фур’є; h – індекс, що позначає інтервали
потужності АБ, в яких діє обмеження швидкості;
РАБ min, РАБ mах – обмеження мінімальної і макси-
мальної потужності АБ;
[ωs1, ωs2] – зона нечутливості АБ.
В наведеній математичній моделі (3) – (15)
рівняння (3) відображає загальний баланс по-
тужності в енергосистемі; рівняння (4) моделює
процес зміни в часі потужностей усіх генераторів
в залежності від кругової частоти; рівняння (5) –
те саме для навантаження. Рівняння (6) описує
потужність РВЕС (t) як функцію часу в залежності
від статичної потужності РВЕСν (νв (t)), яка у свою
чергу визначається поліномінальною залежніс-
тю (7) від швидкості вітру νв (t). Швидкість вітру
νв (t) та уставка U(t) є вихідними величинами, що
обумовлюють характер рішення задачі. Швид-
кість вітру, як правило, задається таблично, а в
даній моделі вона представлена аналітичними
залежностями (8) – (10), які є дискретним пере-
творенням Фур’є. Ці залежності надають мож-
ливість визначати значення швидкості вітру з
довільним кроком за часом. Регулююча функція
акумуляторної батареї (11) є сумою адаптивної
складової Da(t) та залежностей ПІД-закону.
Дослідження. На базі моделі (3) – (15) була про-
ведена серія числових експериментів із досліджен-
ня процесів регулювання частоти в енергосистемах
з потужностями ВЕС. При цьому були використані
три модифікації регулюючої потужності:
( ) ( ),АБ aP t D t (16)
0
( )( ) ( ) ( ( ))АБ a АБ АБ
d tP t D t A t Q
dt
1
0
0( ( )) ,
t
АБ
t
S d
(17)
0 0
( )( ) ( ( ))АБ АБ АБ АБ
d tP t P A t Q
dt
1
0
0( ( )) ,
t
АБ
t
S d
(18)
0 0( ).АБ АБP P t t
Наведені модифікації регулюючої потужності
(16) – (18) були досліджені для того, щоб устано-
вити регулюючі можливості потужності РАБ (t),
коли: 1) в ній використовується адаптивна скла-
дова в сумі з ПІД-законом (функція (17)); 2) ви-
користовується лише адаптивна складова Da (t)
згідно залежності (2); 3) діє лише ПІД-закон.
Цей експеримент демонструє доцільність і важ-
ливість застосування адаптивної складової.
Дослідження проводили на розрахунковій схе-
мі, наданій на рис. 1.
РГЕС
РТЕС
РАЕС
РАБ
Мережа
Рн
РВЕС
2100 МВт
4800 МВт
7600 МВт
Втрати
1600 МВт
2800 МВт
16000 МВт
2800 МВт
Рисунок 1. Агрегована розрахункова
схема енергосистеми
Таблиця 1 − Параметри моделі енергосистеми по рис. 1
Назва елементу
енергосистеми
Крутизна частотної
характеристики,
МВт/1/с
Пост.
часу, с
Початкові
умови/змінна
Макс.
потужність,
МВт
Швидкість
скидання/набору
потужності, %Рном/с
ГЕС 0,37 5 2100 – –
ТЕС 0,73 5 4800 – –
АЕС 1,81 5 7600 – –
Навантаження 153 0,5 16000 – –
АБ – – 1420 2800 714
ВЕС 0,4 5 1680 – –
Втрати – – 1600 – –
8
М.М. КУЛИК, О.В. ЗГУРОВЕЦЬ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue 4(55)
Вона містить еквівалентні теплові, атомні та
гідроелектростанції великої потужності, а також
навантаження та потужні ВЕС і АБ. Показники
і параметри зазначених елементів розрахункової
схеми наведені в табл. 1.
Уставка U(t) в усіх експериментах задава-
лась функцією U(t) = 3100 МВт при 0 ≤ t ≤ 80 с,
U (t) = 3600 МВт при 80 ≤ t ≤ 120 с. Дані зі
швидкості вітру (представлені на рис. 2) взяті
реальні згідно [6].
Результати проведених розрахунків надані в
табл. 2 сімома найбільш характерними варіан-
тами.
У цій таблиці наведені варіанти регулюючої
потужності згідно залежностей (16) – (18) та інте-
гральний показник – модуль максимального від-
хилення частоти в енергосистемі |Δf |max, що може
трапитись на усьому інтервалі дослідження про-
цесу регулювання.
Аналіз результатів. Проведені досліджен-
ня провадились у контексті використання їх
результатів для регулювання частоти і потуж-
ності як в ОЕС України, так і в енергосистемі
Євросоюзу ENTSO-E. Як зазначалось, макси-
мально допустиме відхилення частоти в енер-
госистемі ENTSO-E для нормальних режимів
визначено обсягом |Δf |max ≤ 0,02 Гц, в ОЕС
України насьогодні – |Δf |max ≤ 0,2 Гц. У табл. 2
наведені варіанти регулюючих потужностей,
що прямо чи опосередковано пов’язані із цими
показниками.
Згідно з варіантом 1 вимога ENTSO-E по
частоті досягається при сумісному викорис-
танні в регулюючій потужності РАБ (t) адапто-
ваної складової Da та ПІД-закону. При цьому
коефіцієнти ПІД-закону мають значення, які
повинні цілком задовольнити умови стійкості
системи управління. Діаграми РВЕС(t), РАБ(t) та
їх сумарної потужності надані на рис. 3, а від-
хилення частоти – на рис. 4.
Варіант 2 також забезпечує зазначену вимо-
гу ENTSO-E, однак через відсутність при цьому
Таблиця 2 − Структура та коефіцієнти регулюючих потужностей
Варіант
Регулююча потужність Максимальне
відхилення частоти
|Δf |max, Гц
Пропорційно-диференційно-інтегральний закон Адаптивна
складова DaAАБ QАБ SАБ
1 660 396 33 + 0,020
2 7950 4770 398 0 0,020
3 575 345 29 + 0,021
4 7950 4770 398 + 0,003
5 0 0 0 + 0,043
6 660 396 33 0 0,180
7 575 345 29 0 0,198
5
5,5
6
6,5
7
7,5
8
8,5
9
9,5
10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Ш
ви
дк
іс
ть
в
іт
ру
, м
/с
Час, с
Рисунок 2. Графік швидкості вітру
9
Адаптивна модель регулювання частоти і потужності в енергосистемах з вітровими електростанціями
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue 4(55)
адаптивної складової коефіцієнти ААБ, QАБ та SАБ
вимушено зростають більш, ніж на порядок, що
може створити проблеми із забезпеченням стій-
кості системи регулювання частоти.
Варіант 3 демонструє, що при незначному (на
10–15%) зменшенні коефіцієнтів у ПІД-законі
європейські вимоги щодо стабільності частоти
перестають виконуватись навіть при сумісному з
ним застосуванні адаптивної складової.
-0,005
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0 10 20 80 90 100 110 120
В
ід
хи
ле
нн
я
ча
ст
от
и,
Г
ц
Час, с
Рисунок 4. Відхилення частоти при роботі АБ
за законом з адаптивною складовою
Використання коефіцієнтів ПІД-закону із ва-
ріанта 2 разом із адаптивною складовою змен-
шує максимальне відхилення частоти згідно
варіанта 4 майже у 7 разів, яке становить при
цьому 0,003 Гц.
Відповідно до варіанта 5 для забезпечення ви-
мог щодо стабільності частоти, які діють в ОЕС
України, у складі регулюючої потужності РАБ(t)
достатньо використати лише адаптивну складову
Da (t). При цьому максимальне відхилення часто-
ти буде майже у 4 рази меншим за максимально
допустиме.
Вимоги щодо відхилення частоти в ОЕС
України можуть бути виконані також і без ви-
користання адаптивної складової, використо-
вуючи лише ПІД-закон. Згідно варіантів 6, 7
значення його коефіцієнтів не повинні загро-
жувати втратою стійкості системи регулюван-
ня частоти.
ВИСНОВКИ
1. Розроблено і всебічно досліджено адап-
тивну модель регулювання частоти і потуж-
ності в енергосистемах з вітровими електро-
станціями. Модель відрізняється від існуючих
характером регулюючих потужностей. В існу-
ючих моделях аналогічного призначення ре-
гулюючі потужності формувались у вигляді
ПІД-закону, в якому як аргумент фігурувало
відхилення частоти від її номінального значен-
ня. У точці рівноваги аргумент досягав значен-
ня, близького до нуля. Тому для забезпечення
необхідної швидкодії регулятора коефіцієнти,
що використовуються у ПІД-законі, повинні
мати великі значення, що може призвести за
певних обставин до загрози втрати стійкості
всієї системи стабілізації частоти. Запропоно-
вана адаптивна модель регулювання частоти
успішно вирішує цю проблему.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
П
от
уж
ні
ст
ь,
М
Вт
Час, с
ВЕС АБ U(t)
Рисунок 3. Потужності АБ, ВЕС та їх сумарна потужність U(t); AАБ = 660; QАБ = 396; SАБ = 33
10
М.М. КУЛИК, О.В. ЗГУРОВЕЦЬ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue 4(55)
2. Регулююча потужність зазначеної моделі
складається із двох частин, а саме, адаптивної
складової Da (t) та ПІД-закону. Адаптивна скла-
дова є різницею між уставкою U (t), що зада-
ється диспетчерською службою енергосистеми,
наприклад, для покриття графіка електричних
навантажень та потужністю РВЕС(t) у кожний
момент часу на періоді регулювання [0, Т]. Дру-
га складова регулюючої функції є класичним
ПІД-законом, в якому аргументом є відхилення
частоти ω0 – ω(t). Кожна із окремо взятих зазна-
чених складових може забезпечити більш-менш
прийнятне регулювання частоти, однак їх по-
єднання в одному законі надає якісно набагато
кращі результати.
3. З використанням розробленої моделі про-
ведена серія числових експериментів, метою
яких було дослідження можливостей викорис-
тання запропонованої структури регулюван-
ня частоти в ОЕС України та в енергосистемі
Євросоюзу ENTSO-E. Було встановлено, що
найкращі показники зі стабілізації частоти на-
дає повна модель, в якій використовується як
адаптивна складова, так і ПІД-закон. При цьому
забезпечується європейська вимога щодо ста-
білізації частоти (|Δf |max ≤ 0,02 Гц), і значення
коефіцієнтів ПІД-закону є цілком прийнятними,
виходячи з критерію стійкості системи регулю-
вання частоти.
4. Використання в регулюючій потужності
лише адаптивної складової Da (t) забезпечує ви-
могу щодо стабільності частоти (|Δf |max ≤ 0,2 Гц),
що діє в ОЕС України, однак не може задо-
вольнити вимоги енергосистеми ENTSO-E. Ви-
користання в регулюючій потужності лише
ПІД-закону може задовольнити вимоги енерго-
системи ENTSO-E лише за умови, що коефіці-
єнти цього закону будуть більш, ніж на порядок
перевищувати їх значення, що фігурують у по-
вній моделі регулювання. Такі значення цих ко-
ефіцієнтів можуть становити загрозу стійкості
всієї системи регулювання частоти.
5. Додатковим позитивом використання повної
адаптивної моделі регулювання частоти в енерго-
системі з вітровими генераторами є її автоматична
участь у первинному регулюванні частоти елек-
троенергетичної системи в цілому.
1. Кулик М.М., Дрьомін І.В., Згуровець О.В. До-
слідження режимів роботи об’єднаних енергосис-
тем з потужними вітровими електростанціями та
акумуляторними батареями. Проблеми загальної
енергетики. 2018. № 2(53). С. 15—20. https://doi.
org/10.15407/pge2018.02.015
2. Кулик М.М., Дрьомін І.В., Згуровець О.В. Мож-
ливості використання великих накопичувачів елек-
троенергії для стабілізації частоти в об’єднаних
енергосистемах з потужними сонячними елек-
тростанціями. Відновлювана енергетика. 2018.
№ 3(54). С. 6—14.
3. Кулик М.М., Згуровець О.В. Особливості вико-
ристання гідроелектростанцій та акумуляторних
батарей для стабілізації частоти в енергосистемах.
Энерготехнологии и ресурсосбережение. 2018. № 3.
С. 3—11.
4. Дрьомін І.В. Узагальнені моделі та засоби з під-
вищення ефективності автоматичного регулювання
частоти і потужності в об’єднаних енергосистемах:
автореф. дис. …канд. техн. наук за спеціальністю
05.14.01 – Енергетичні системи та комплекси. К.:
Інститут загальної енергетики НАН України, 2011.
5. Трутаев В.И., Сыропущинский В.М. Приме-
нение электрокотлов на ТЭЦ как эффективный
способ получения маневренной электрической
мощности в энергосистеме Беларуси с вводом
АЭС. Энергетическая стратегия. 2010. № 4(16).
С. 19—24.
6. Колесников А. Что такое ветер? 2012. URL: http://
al-kolesnikov.livejournal.com/17152.html (дата звер-
нення: 01.09.2018).
Надійшла до редколегії 14.11.2018
|
| id | systemreorg-article-681 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:20:15Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/d0/4390a8cde05d50452270eb0e68c0bcd0.pdf |
| spelling | systemreorg-article-6812026-07-18T12:57:44Z Adaptive model of frequency and power control in power systems with wind power plants Адаптивна модель регулювання частоти і потужності в енергосистемах з вітровими електростанціями Kulyk М.M. Zgurovets O.V. frequency, regulation, power, speed, power system, wind power plant, battery energy storage system. частота, регулювання, потужність, швидкодія, енергосистема, вітрова електростанція, акумуляторна батарея. An adaptive model of frequency and power control in electrical supply systems with wind power plants was developed and comprehensively investigated. The regulating power of this model consists of two parts: the adaptive component and proportional-integral-differential (PID) law. The difference between setting specified by the dispatch service of electrical supply system and the power of wind power plant at each moment of time during the regulation period serves as the adaptive component. The second component of regulating power is the classical PID law, where frequency is used as an argument. Each of these individual components can provide a more or less acceptable frequency control, but their combination in a single law provides qualitatively much better results.We carried out a series of numerical experiments using the developed model. The purpose of these investigations was to study the possibilities of using the proposed structure of frequency control in the Integrated Power System (IPS) of Ukraine and ENTSO-E power system of the European Union. It was found that the best performance for frequency stabilization is provided by the full model, which uses both the adaptive component and PID law. This guarantees the European requirements to frequency stabilization (|Δf|max ≤ 0.02 Hz), and the values of PID-law coefficients are quite acceptable, based on the stability criterion of frequency control system.The use of only the adaptive component in the regulating power ensures the requirement to frequency stability (|Δf|max ≤ 0.2 Hz), which is valid in the IPS of Ukraine, but cannot meet the requirements of ENTSO-E power system. The use of only PID-law in regulating power can satisfy the requirements of ENTSO-E power system only in case of applying coefficients of this law that exceed by more than an order of magnitude their values appearing in the full regulation model. Such values of these coefficients may constitute a threat to the stability of entire system of frequency control. Розроблено та всебічно досліджено адаптивну модель регулювання частоти і потужності в енергосистемах з вітровими електростанціями. Регулююча потужність зазначеної моделі складається із двох частин: адаптивної складової та пропорційно-інтегрально-диференціального (ПІД) закону. Адаптивна складова є різницею між уставкою,  що задається диспетчерською службою енергосистеми, та потужністю вітрової електростанції у кожний момент часу на періоді регулювання. Друга складова регулюючої потужності є класичним ПІД-законом, в якому аргументом є відхилення частоти. Кожна із окремо взятих зазначених складових може забезпечити більш-менш прийнятне регулювання частоти, однак їх поєднання в одному законі надає якісно набагато кращі результати.З використанням розробленої моделі проведено серію числових експериментів, метою яких було дослідження можливостей використання запропонованої структури регулювання частоти в ОЕС України та в енергосистемі Євросоюзу ENTSO-E. Було встановлено, що найкращі показники зі стабілізації частоти надає повна модель, в якій використовується як адаптивна складова, так і ПІД-закон. При цьому забезпечується європейська вимога щодо стабілізації частоти (|Δf|max ≤ 0,02 Гц), і значення коефіцієнтів ПІД-закону є цілком прийнятними, виходячи з критерію стійкості системи регулювання частоти.Використання в регулюючій потужності лише адаптивної складової забезпечує вимогу щодо стабільності частоти (|Δf|max ≤ 0,2 Гц), що діє в ОЕС України, однак не може задовольнити вимоги енергосистеми ENTSO-E. Використання в регулюючій потужності лише ПІД-закону може задовольнити вимоги енергосистеми ENTSO-E за умови, що коефіцієнти цього закону будуть більш, ніж на порядок перевищувати їх значення, що фігурують у повній моделі регулювання. Такі значення цих коефіцієнтів можуть становити загрозу стійкості всієї системи регулювання частоти. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2018-09-28 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/681 10.15407/pge2018.04.005 System Research in Energy; No. 4 (55) (2018): The Problems of General Energy; 5-10 Системні дослідження в енергетиці; № 4 (55) (2018): Проблеми загальної енергетики; 5-10 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/681/590 Copyright (c) 2018 Kulyk М.M., Zgurovets O.V. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | frequency regulation power speed power system wind power plant battery energy storage system. Kulyk М.M. Zgurovets O.V. Adaptive model of frequency and power control in power systems with wind power plants |
| title | Adaptive model of frequency and power control in power systems with wind power plants |
| title_alt | Адаптивна модель регулювання частоти і потужності в енергосистемах з вітровими електростанціями |
| title_full | Adaptive model of frequency and power control in power systems with wind power plants |
| title_fullStr | Adaptive model of frequency and power control in power systems with wind power plants |
| title_full_unstemmed | Adaptive model of frequency and power control in power systems with wind power plants |
| title_short | Adaptive model of frequency and power control in power systems with wind power plants |
| title_sort | adaptive model of frequency and power control in power systems with wind power plants |
| topic | frequency regulation power speed power system wind power plant battery energy storage system. |
| topic_facet | frequency regulation power speed power system wind power plant battery energy storage system. частота регулювання потужність швидкодія енергосистема вітрова електростанція акумуляторна батарея. |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/681 |
| work_keys_str_mv | AT kulykmm adaptivemodeloffrequencyandpowercontrolinpowersystemswithwindpowerplants AT zgurovetsov adaptivemodeloffrequencyandpowercontrolinpowersystemswithwindpowerplants AT kulykmm adaptivnamodelʹregulûvannâčastotiípotužnostívenergosistemahzvítrovimielektrostancíâmi AT zgurovetsov adaptivnamodelʹregulûvannâčastotiípotužnostívenergosistemahzvítrovimielektrostancíâmi |