Ang nettfrekvensen - Audiomix fikk dette svaret fra en fyr i NVE på spørsmålet om man kan overlate noe så viktig som styring av rotasjonshastigheten til platespillere til noe så tilfeldig og billig som nettfrekvensen. En kompis av meg jobber forresten på driftssentralen til Statnett, så kan sjekke med han hvordan de i praksis styrer frekvensen.
Under har jeg satt opp noen momenter om frekvens og frekvensregulering.
En slik forklaring kan gjøres på flere nivåer og detaljeringsgrader. Jeg er usikker på hvor langt inn i materien du ønsker å gå, men jeg har satt opp en "halvlang" versjon.
Norge er tilknyttet et felles nordisk (Norge, Sverige, Finland og Øst-Danmark) synkront kraftsystem. I hele dette sammenkoblede systemet er det til enhver tid samme frekvens.
I dette systemet er det historisk (fra kraftsystemet ble etablert) valgt en systemfrekvens på 50 Hz. Dette er et valg man gjør på lik linje med valg av systemspenning. Når først valget er gjort, dimensjoneres anleggene for de gitte systemparameterne. De drives mest optimalt ved systemparameterne.
Når et kraftverk startes opp, slippes det på vann på turbinhjulet til generatoren roterer i riktig/dimensjonert hastighet som ut fra viklinger/poler i maskinen tilsvarer en produksjon av kraft ved 50 Hz. Generatoren kan da fases inn på kraftnettet, og rotoren kan magnetiseres slik at det blir produsert strøm i generatoren som kan sendes ut på kraftnettet. Generatorene som produserer kraften er i all hovedsak synkrongeneratorer, og de vil når de først er koblet til nettet "henge med" i riktig hastighet og frekvens.
I kraftsystemet må det alltid være balanse mellom produksjon og forbruk. Frekvensen kan sees på som en signalbærer, som forteller alle punktene i hele kraftsystemet samtidig hvordan denne balansen er. Når forbruket øker, går frekvensen ned. Generatorene går da tunglastet. Når forbruket går ned, øker frekvensen. Generatorene går da lettlastet.
De fleste generatorene har turbinregulator som kan stilles slik at hver generator automatisk bidrar med litt mer produksjon dersom det er underskudd i kraftsystemet, og som regulerer ned litt produksjon dersom det er oversudd i kraftsystemet. Dette kalles innstilling av aggregatets statikk, og er kraftsystemets automatiske frekvensregulering - kalles ofte for frekvensstyrt normaldriftsreserve. Denne oppgaven er fordelt ut på så godt som alle generatorene, og det er derfor ikke en maskin som har hovedansvaret her. Normaldriftsreserven har en forhåndsfastsatt innstilling som gjør at den gir sitt bidrag (mer produksjon/mindre produksjon) lineært i frekvensområdet 49,9 - 50,1 Hz. Det er et felles nordisk krav om at det skal være minst 600 MW produksjon som automatisk blir regulert ved en endring av frakvens på +/- 0,1 Hz. Norges andel av dette er ca. 200 MW.
I utgangspunktet balanseres kraftsystemet ut time for time gjennom det markedskrysset som etableres på kraftmarkedsplassen Nord Pool Spot, men dette gjøres noen timer før selve driftstimen. Frem til og i løpet av driftstimen skjer det alltid endringer som gjør at det er behov for den automatiske normaldriftsreserven. Statnett, som den systemansvarlige i kraftsystemet, følger kontinuerlig balansen i systemet gjennom frekvensen. Når frekvensen nærmer seg yttergrensene (49,9 / 50,1 Hz) der generatorene har bidratt med (brukt opp) all sin frekvensstyrte normaldriftsreserve, er det systemansvarliges oppgave å manuelt gjenopprette frekvensreservene. Dette gjøres ved manuelt å beordre opp- eller nedkjøring av produksjon som produsentene har meldt inn til et regulerkraftmarked. Den automatiske reguleringen skjer momentant, mens den manuelle kan ta opp mot 15 minutter å få aktivert fullt ut. Den automatiske reguleringen skjer lineært, og trenger ingen "tilbakestilling" for å fungere på ny. Så fort den manuelt regulerte produksjonen blir aktivert, gjenopprettes de automatiske reservene tilsvarende.
I tillegg til frekvensstyrt normaldriftsreserve, finnes det også en frekvensstyrt driftsforstyrrelsesreserve som løser ut minst 1000 MW (ca. 300 MW i Norge) lineært i frekvensområdet 49,9 til 49,5 Hz. Denne fungerer helt likt som normaldriftsreserven, men har som formål å balansere kraftsystemet ved utfall av viktige linjeforbindelser eller store produksjonsenheter. For å unngå at man "spiser" av reservene som skal håndtere utfall, er det derfor viktig at systemansvarlig alltid prøver å holder frekvensen innenfor 49,9 - 50,1 Hz. Det er imidlertid ikke alltid like lett ved store å raske endringer som skjer, f.eks. lastøkningsperioden tidlig på morgenen.
Dersom utfallet er så stort og omfattende at frekvensen synger lenger ned enn 49.5 Hz, vil det etter hvert også bli koblet ut forbruk ved hjelp av vern som løser ut på en forhåndsinnstilt lav frekvens.
Så svar på spørsmålene blir at referansen på 50 Hz er et valg av systemfrekvens. Nøyaktigheten ligger normalt innenfor 49,9 - 50,1 Hz, men kan i enkelte situasjoner gå utenfor dette båndet.
Kraftsystemet kan imidlertid kjøres på andre frekvenser enn det som er systemfrekvensen. Det skjer særlig ved utfall av linjer som skaper egne "øyer" i kraftsystemet. Disse "øyene" må kjøres i separatdrift (forutsatt at det er tilstrekkelig produksjonskapasitet innenfor det aktuelle området). Uten frekvensreferanse til storsystemet blir som oftest ett aggregat innenfor området stilt om slik at turbinregulatoren omstilles fra å gi et marginalt bidrag ved frekvensendringer til å kjøre sin produksjon med referanse i en gitt/innstilt frekvens (50 Hz). I slike situasjoner får man ett referansekraftverk, mens de andre kraftverkene bidrar på samme måte som før. I slike situasjoner (avhengig av referansekraftverkets størrelse) er det også mye vanskeligere å holde frekvensen helt opp til 50 Hz.
Håper dette besvarte spørsmålene. Dersom det er behov for flere detaljer om frekvensreguleringen, kan det være lurt å ta direkte kontakt med Statnett v/Landssentralen for å få alle detaljer.
mvh
Roar Kristensen
Nettseksjonen
NVE
Og et lite tillegg:
Hei igjen,
Driftsforstyrrelsesreserven går (som angitt) fra 49,9 til 49,5 Hz, og tar over der normaldriftreserven er uttømt ved 49,9 Hz. Frekvensstyrt utkobling av forbruk går først ut på enda lavere frekvenser.
I tillegg til å følge med den momentane frekvenser, følger også systemansvarlig med på akkumulert tidsavvik grunnet lav/høy frekvens over tid. Dette tidsavviket sjekkes ved hjelp av en elektrisk klokke (styrt av nettfrekvensen) og et signaler fra et atomur. Tidsavviket skal ligge innenfor +/- 30 sek. Ut over denne referansen tror jeg ikke det er noen "referanse" på frekvensen. Hele det nordiske systemet er sammenkoblet, og har aldri vært utsatt for hendelser som gjør at man må starte opp alt fra bunnen av. Historisk valg systemfrekvens, kraftsystemet totale rullende masse og tilhørende balansering vha automatiske og manuelle grep som igjen styrer frekvensen mot 50 Hz er vel det nærmeste man kommer referanse (men dette har jeg ikke fintenkt så mye på). Generatorer som stopper, startes opp igjen ved å synkronisere dem inn på nettet og slik fortsetter det til evig tid.
