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FCR und aFFR

Für die Netzregelung

FCR Frequency Containment Reserve (Frequenzhaltungsreserve)

Die Frequenzhaltungsreserve (FCR) ist ein essenzieller Dienst im Stromnetz, der entwickelt wurde, um die Systemstabilität durch automatische Reaktion auf Frequenzabweichungen zu gewährleisten. Sie fungiert als erste Verteidigungslinie, wenn das Gleichgewicht zwischen Stromangebot und -nachfrage gestört ist, etwa bei einem plötzlichen Verlust der Stromerzeugung oder einem Nachfrageanstieg.

Die FCR wird innerhalb von Sekunden aktiviert und dient dazu, Frequenzschwankungen einzudämmen, indem sie die Netzfrequenz innerhalb sicherer Betriebsgrenzen hält (typischerweise um 50 Hz oder 60 Hz). Dies geschieht durch automatische Anpassung der Leistungsabgabe von Erzeugungseinheiten oder des Verbrauchs großer Lasten, basierend auf dem Ausmaß der Frequenzabweichung. Diese sofortige Reaktion hilft, gefährliche Netzinstabilitäten zu verhindern, die zu Stromausfällen oder anderen Netzstörungen führen könnten.

Die FCR operiert typischerweise über kurze Zeiträume und stellt sicher, dass das System innerhalb des erforderlichen Frequenzbereichs bleibt, bis langsamer reagierende Reserven, wie die automatische Frequenzwiederherstellungsreserve (aFRR), übernehmen und das Gleichgewicht vollständig wiederherstellen können.

Dieser Dienst wird sowohl von traditionellen Kraftwerken als auch von neueren Technologien wie Batterien und anderen flexiblen Energiequellen bereitgestellt und trägt zur Gesamtresilienz und Zuverlässigkeit des Stromsystems bei.

FFD POWER Peak-Valley-Lösung

Konzentriertes DC-gekoppeltes BESS

Das Containerisierte BESS von FFD Power bietet eine Nennkapazität von 3,42 MWh mit Lade- und Entladeleistungen von 1250 kW bis 1725 kW. Diese skalierbare Lösung, die von 3,42 MWh bis 102,6 MWh reicht, ist perfekt für mittelgroße bis große Industrieanwender und Netzbetreiber, die Peak-Valley-Arbitrage implementieren. Die Batterien sind vom Power Conversion System (PCS) getrennt, was eine einfache Skalierbarkeit ermöglicht, indem mehrere Systeme parallel an das Netz für größere Kapazitäten angeschlossen werden. Dieses Design ist sowohl kompakt als auch kosteneffektiv und somit eine ideale Wahl zur Maximierung von Effizienz und Einsparungen.

Systemdesign

FCR

Warum FCR anders ist

Die Frequenzregelreserve (FCR) ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Netzstabilität und erfordert präzise und schnelle Reaktionsfähigkeiten. Im Gegensatz zu anderen Anwendungen, die sich möglicherweise auf Energieoptimierung oder Integration konzentrieren, erfordert FCR hochspezialisierte Technologien und komplexe Algorithmen, um das Netz in Echtzeit im Gleichgewicht zu halten. Die Komplexität der FCR-Verwaltung kann abschreckend sein, aber genau hier liegen unsere Stärken.

Unsere betriebsbereite FCR-Lösung

Bei FFD Power vereinfachen wir die Komplexität von FCR, indem wir unsere fortschrittliche Energiemanagement-Architektur (EMA) mit dem Leistungsumwandlungssystem (PCS) von Kehua integrieren. Unsere vorinstallierte Lösung ist als schlüsselfertiges System konzipiert und bietet alles, was zur Implementierung von FCR erforderlich ist. Dieses betriebsbereite Paket gewährleistet einen nahtlosen Betrieb, die Einhaltung der Netzstandards und die Zuverlässigkeit, die erforderlich ist, um wesentliche Aspekte der Netzstabilität zu unterstützen.

Technische Merkmale

Frequenzbereiche

  • 47,5 Hz – 49,0 Hz: Mehr als 30 Minuten
  • 49,0 Hz – 51,0 Hz: Ohne Begrenzung
  • 51,0 Hz – 51,5 Hz: Mehr als 30 Minuten

Beständigkeit gegenüber Frequenzänderungsrate

Fähig, mit einer Frequenzänderungsrate von bis zu 1,7 Hz/s mit dem Netz verbunden zu bleiben und zu operieren.

Begrenzter Frequenzempfindlichkeitsmodus - Hohe Frequenz (LFSM-O)

  • 1. Frequenzabhängige Wirkleistungsanpassung:
    • Unser BESS kann Wirkleistungsanpassungen bereitstellen, wenn die Netzfrequenz außerhalb der Frequenzunempfindlichkeitszone abweicht. Die Unempfindlichkeitszone ist innerhalb des spezifizierten Bereichs von 50,2 Hz bis 50,5 Hz einstellbar, um dynamische Leistungsregelung außerhalb dieser Zone zu gewährleisten.
  • 2. Einstellbare statische Einstellungen:
    • Die statische Einstellung für die Wirkleistungsanpassung in Reaktion auf Frequenzänderungen ist vollständig zwischen 0,1 % und 12 % konfigurierbar, je nach Bedarf. Diese Einstellungen können über das Energiemanagementsystem (EMS) angepasst werden und bieten flexible Kontrolle unter verschiedenen Netzbedingungen.
  • 3. Schnelle Reaktionszeit:
    • Unser System ist so konzipiert, dass es auf Frequenzabweichungen mit einer Verzögerung von nicht mehr als 500 Millisekunden am Wechselrichtereingang reagiert, um während Frequenzschwankungen eine schnelle und zuverlässige Netzunterstützung zu gewährleisten.
  • 4. Betrieb im LFSM-O-Modus:

    • Das BESS arbeitet effektiv im LFSM-O-Modus, wobei es die Freigabe und Aufnahme von Wirkleistung basierend auf Frequenzabweichungen anpasst:

      • Bei der Freigabe von Leistung während Überfrequenzereignissen reduziert das System die Wirkleistungsabgabe gemäß den LFSM-O-Charakteristiken.
      • Bei der Leistungsaufnahme erhöht das System den Pegel der Wirkleistungsaufnahme entsprechend der LFSM-O-Charakteristik, bis die volle Energiekapazität des BESS erreicht ist.
      • Das System ist in der Lage, stabil im LFSM-O-Modus zu arbeiten und flexibel zwischen Leistungsaufnahme- und Freigabemodi zu wechseln.
  • 5. Energiemanagement und Kapazitätskontrolle:
    • Unser BESS entnimmt elektrische Energie, bis die volle Energiekapazität erreicht ist, danach stoppt es die Energieaufnahme, um eine Überladung zu verhindern.
    • Das System ermöglicht auch eine kontinuierliche Leistungsaufnahme selbst bei Frequenzanstiegen, falls vom Übertragungsnetzbetreiber (TSO) spezifiziert, um ein zuverlässiges Netzmanagement zu gewährleisten.
  • 6. Berücksichtigung der Übergangszeit:
    • Der Übergang zwischen Energieaufnahme- und Freigabemodi wird berücksichtigt, wobei unterschiedliche statische Einstellungen nach Bedarf angewendet werden. Unser System ist darauf ausgelegt, diese Übergänge reibungslos zu bewältigen und Stabilität und Kontinuität im Netzbetrieb zu gewährleisten.

Begrenzter Frequenzempfindlichkeitsmodus - Niedrige Frequenz (LFSM-U)

  1. Wirkleistungsanpassung außerhalb der Frequenzunempfindlichkeitszone:

    • Unser BESS kann die Wirkleistung anpassen, wenn die Netzfrequenz außerhalb der definierten Frequenzunempfindlichkeitszone abweicht:

      • Die Unempfindlichkeitszone ist im Bereich von 49,8 Hz bis 49,5 Hz einstellbar, um eine präzise Kontrolle der Leistungsanpassungen bei Unterfrequenzereignissen zu ermöglichen.

  2. Einstellbare statische Einstellungen:

    • Das System unterstützt die dynamische Kontrolle der statischen Einstellungen, die im Bereich von 0,1 % bis 12 % über das EMS modifiziert werden können. Dies stellt sicher, dass die Reaktion auf Frequenzabweichungen an die betrieblichen Anforderungen des Netzes angepasst ist.

  3. Schnelle Reaktionszeit:

    • Unser BESS reagiert auf Frequenzabweichungen innerhalb von 500 Millisekunden, gemessen am Ausgang der Synchronmaschine oder am Wechselrichter. Diese schnelle Reaktionszeit stellt sicher, dass das System das Netz bei Frequenzschwankungen prompt unterstützen kann.

  4. Betrieb im LFSM-U-Modus:

    • Im LFSM-U-Modus passt das BESS seine Wirkleistung gemäß der LFSM-U-Charakteristik an:

      • Bei Leistungsaufnahme reduziert das System die Wirkleistungsaufnahme, wenn sich die Frequenz stabilisiert, mit der Fähigkeit, bei Bedarf in einen Freigabemodus zu wechseln.
      • Bei Leistungsfreigabe erhöht das BESS die Wirkleistungsabgabe als Reaktion auf Frequenzreduktionen, um eine stabile und effektive Unterstützung des Netzes zu gewährleisten.

  5. Energiemanagement:

    • Das BESS setzt die Freigabe elektrischer Energie fort, bis seine volle Energiekapazität erschöpft ist, danach stoppt es automatisch die Freigabe. Falls vom TSO spezifiziert, kann das System das Leistungsfreigabeniveau auch nach Erreichen einer Frequenzschwelle beibehalten, um die Netzstabilität während anhaltender Unterfrequenzereignisse sicherzustellen.

  6. Betriebliche Übergänge:

    • Das System berücksichtigt die erforderliche Übergangszeit zum Wechsel zwischen Leistungsfreigabe- und Energieaufnahmemodi. Die statischen Einstellungen können zwischen diesen Modi variieren, und unser BESS verwaltet diese Übergänge reibungslos, um einen kontinuierlichen und stabilen Betrieb sicherzustellen.
    • Das BESS respektiert Begrenzungen in Bezug auf seine volle Energiekapazität und arbeitet innerhalb sicherer und effizienter Parameter unter allen Netzbedingungen.

  7. Automatisches Trennungsprotokoll:

    • Wenn das BESS nicht in den Freigabemodus wechseln kann, bevor das automatische Unterfrequenz-Abschaltschema aktiviert wird, wird das System gemäß den betrieblichen Sicherheitsanforderungen trennen. Die Trennung erfolgt nur, wenn der Freigabemodus nicht erreicht werden kann, bevor die Frequenz auf 49 Hz fällt.

Normalisierter Primärfrequenzregelungsmodus (frequenzempfindlicher FSM-Modus)

  1. Wirkleistungsreaktion im frequenzempfindlichen Modus (FSM):

    • Unser BESS passt die Wirkleistung als Reaktion auf Frequenzabweichungen gemäß den TSO-Parametern für den frequenzempfindlichen Modus (FSM) an. Das BESS arbeitet in einigen Konfigurationen mit Null-Totzone und Unempfindlichkeit und bei Bedarf mit Standardeinstellungen für die Frequenzregelung.

  2. Parameter der Wirkleistungsreaktion:

    • Das BESS erfüllt die Spezifikationen für die Wirkleistungsreaktion auf Frequenzabweichungen, einschließlich:

      • Einer minimalen Wirkleistungsänderung von 10 % relativ zum Nennleistungsreferenzwert.
      • Maximaler Primärreglerunempfindlichkeit von 10 mHz (entspricht 0,02 % der Nennfrequenz).
      • Einer Totzone für die Frequenzreaktion innerhalb von 0-200 mHz, um unnötige Leistungsanpassungen bei kleinen Frequenzvariationen zu vermeiden.
      • Die statische Einstellung ist zwischen 0,1 % und 12 % einstellbar und bietet Flexibilität bei der Reaktion auf Frequenzabweichungen.

  3. Leistungsanpassung bei Frequenzabweichungen:

    • Bei Frequenzanstiegen passt das BESS seine Wirkleistungsabgabe an, um sicherzustellen, dass die Leistungsreduktion die maximale Leistungsreduktionskapazität des Systems nicht überschreitet. Umgekehrt ist bei Frequenzabnahmen die Erhöhung der Wirkleistungsabgabe auf die maximale Freigabekapazität des Systems begrenzt. Dies ermöglicht es dem BESS, den Leistungsfluss effizient zu verwalten und eine Überlastung des Netzes zu vermeiden.

  4. Handhabung von Frequenzsprüngen:

    • Das BESS ist darauf ausgelegt, plötzliche und signifikante Frequenzänderungen (auch bekannt als Frequenzsprünge) zu bewältigen. Es passt seine Wirkleistungsabgabe schnell und genau als Reaktion auf diese schnellen Frequenzvariationen an, vermeidet Schwankungen in der Leistungsabgabe und erhält die Systemstabilität.

  5. Reaktionszeit bei Frequenzabweichungen:

    • Unser System erfüllt die folgenden Anforderungen an die Reaktionszeit:

      • Die initiale Verzögerung bei der Anpassung der Wirkleistung als Reaktion auf eine Frequenzabweichung beträgt nicht mehr als 500 Millisekunden.
      • Die vollständige Aktivierung der erforderlichen Wirkleistungsanpassung erfolgt innerhalb von 30 Sekunden, um sicherzustellen, dass das System dem Netz zeitnah und effektiv Unterstützung bietet.

  6. Bereitstellung des aFRR-Dienstes:

    • Das BESS ist vollständig in der Lage, Automatische Frequenzwiederherstellungsreserve (aFRR)-Dienste bereitzustellen. Es passt kontinuierlich die Wirkleistungsabgabe als Reaktion auf tatsächliche Frequenzabweichungen im Netz an und stellt während der aFRR-Dienstperiode eine effektive Frequenzregelung sicher.
    • Nach der Rückkehr zu normalen Frequenzbedingungen stellt das BESS seine Energiekapazität innerhalb von 2 Stunden wieder her, während es weiterhin die notwendigen Frequenzregelungsdienste entsprechend dem normalen Betriebsmodus des Netzes bereitstellt.
    • Während der Energierückgewinnungsphase kann das BESS seine aFRR-Kapazität in Fällen von Vor-Notfall- oder Notfall-Netzbedingungen reduzieren, wird jedoch weiterhin zur Stabilität des Netzes und zur Rückkehr zu normalen Betriebsbedingungen beitragen.

Fern-Ein/Aus

  1. Wirkleistungs-Stopp-Befehl:

    • Unser BESS ist so konzipiert, dass es die Freigabe von Wirkleistung stoppt oder die Wirkleistungsabgabe innerhalb von 5 Sekunden nach Empfang eines Befehls über den Eingangsanschluss auf Null reduziert. Dies gewährleistet eine schnelle Reaktion auf Befehle des Netzbetreibers im Falle eines Notfalls oder anderer betrieblicher Bedürfnisse.

  2. Fernsteuerungskompatibilität:

    • Das System ist so konfiguriert, dass es die Fernsteuerung gemäß den Spezifikationen des zuständigen Betreibers ermöglicht. Das Design stellt sicher, dass die Ausrüstung modifiziert oder aufgerüstet werden kann, um spezifische Anforderungen des TSO oder anderer Netzbetreiber für die Fernverwaltung des BESS zu erfüllen.

Wirkleistungsmanagement

  1. Befehl zur Wirkleistungsanpassung:

    • Das BESS kann die Wirkleistungsabgabe innerhalb von 10 Sekunden nach Empfang eines Befehls über den Eingangsanschluss ändern. Dies gewährleistet eine zeitnahe und effiziente Anpassung der Leistungsabgabe als Reaktion auf Anweisungen des Netzbetreibers.

  2. Fähigkeit zur Fernleistungsanpassung:

    • Das BESS ist so konzipiert, dass es die Fernanpassung der Wirkleistungsabgabe ermöglicht, und das System kann ausgestattet werden, um spezifische Ausrüstungsanforderungen zu erfüllen, die vom TSO definiert wurden. Dies stellt Flexibilität und Kompatibilität mit verschiedenen Fernsteuerungssystemen für das Wirkleistungsmanagement sicher.

Regelung der Wirkleistung

  1. Fernanpassung des Wirkleistungssollwerts:

    • Das BESS kann den Wirkleistungssollwert basierend auf Fernsteuerungsaktionen oder Befehlen des TSO anpassen. Das System unterstützt das Echtzeit-Fernmanagement und ermöglicht eine präzise Kontrolle über die Wirkleistungsabgabe.
    • Der TSO definiert den erforderlichen Zeitrahmen für das Erreichen des neuen Wirkleistungssollwerts sowie die Toleranzgrenzen für die Anpassung. Unser BESS entspricht diesen festgelegten Parametern und stellt zuverlässige und reaktionsschnelle Anpassungen sicher.

  2. Manuelle Steuerung durch den TSO:

    • In Fällen, in denen das BESS aus dem System der automatischen Frequenz- und Leistungsregelung (SARFP) entfernt wird, kann der TSO das System im manuellen Modus verwalten. Der TSO informiert den BESS-Besitzer unverzüglich über die Übertragung zur manuellen Steuerung und gibt den Zeitpunkt des Wechsels an. Das BESS bleibt unter manueller Steuerung voll funktionsfähig und gewährleistet die kontinuierliche Einhaltung der Betriebsstandards.

  3. Teilnahme an der Frequenzhaltungsreserve (FCR):

    • Das BESS unterstützt vollständig die Teilnahme an der FCR und hält die folgenden spezifischen Anforderungen ein:

      • Die FCR-Aktivierung erfolgt basierend auf dem vom TSO bereitgestellten Sollwert mit einer Verzögerung von nicht mehr als 30 Sekunden.
      • Die vollständige Aktivierung der FCR wird innerhalb von 15 Minuten nach Erhalt des Befehls erreicht.
      • Das BESS liefert einen stabilen FCR-Leistungsausgang ab dem Zeitpunkt der Aktivierung für eine Mindestdauer von 60 Minuten, um eine nachhaltige Frequenzregelungsunterstützung zu gewährleisten.
      • Das System gewährleistet Genauigkeit bei der Messung der Wirkleistung und der Einhaltung des Sollwerts mit einer Abweichungstoleranz von nicht mehr als ±1,0 % der Nennleistung des BESS.

  4. Messung und Informationsübertragung:

    • Das BESS misst wichtige Betriebsparameter, einschließlich der Wirkleistung, mit einem Genauigkeitszyklus von 1 Sekunde oder weniger. Diese Messungen und relevanten Daten werden in Echtzeit an den TSO übertragen, um eine kontinuierliche Überwachung und Kontrolle der Systemleistung zu gewährleisten.

Automatische Verbindung

  1. Frequenz- und Spannungsbedingungen:

    • Das BESS verbindet sich automatisch wieder mit dem Netz, nur wenn die Netzfrequenz im akzeptablen Bereich von 49,9 bis 50,1 Hz liegt.
    • Das Spannungsniveau muss innerhalb eines Verhältnisbereichs von 0,9 bis 1,1 liegen, damit eine automatische Wiederverbindung zulässig ist.

  2. Verzögerungszeit für die automatische Wiederverbindung:

    • Das System enthält eine Mindestverzögerungszeit von 60 Sekunden, bevor die Wiederverbindung initiiert wird, um sicherzustellen, dass stabile Netzbedingungen vor der Wiedereinspeisung hergestellt sind.

  3. Maximales Gradienten des Wirkleistungsanstiegs:

    • Das BESS erfüllt die Anforderung für den maximalen Gradienten des Anstiegs der ausgegebenen Wirkleistung, der auf ≤ 20 % der maximalen Leistung (Pmax) pro Minute festgelegt ist. Dieser kontrollierte Leistungsanstieg stellt sicher, dass das System sich reibungslos wieder verbindet, ohne Störungen im Netz zu verursachen.

  4. Alternative Bedingungen:

    • Wenn andere spezifische Bedingungen zwischen dem TSO, dem BESS-Besitzer und dem zuständigen Verteilungsnetzbetreiber (DSO) vereinbart werden, kann das System so konfiguriert werden, dass es diese Parameter für die automatische Wiederverbindung erfüllt.

Künstliche Trägheit

  1. Funktionalität der künstlichen Trägheit:

    • Unser BESS ist so konzipiert, dass es den Trägheitseffekt, der typischerweise von synchronen Erzeugungseinheiten bereitgestellt wird, durch den Einsatz von Wechselrichtertechnologie repliziert. Diese künstliche Trägheit hilft, das Netz während schneller Frequenzänderungen zu stabilisieren, indem sie die Trägheitsreaktion nachahmt, die konventionelle Generatoren bereitstellen würden.

  2. Steuerungssystem und Parameter:

    • Die Betriebsprinzipien der Steuerungssysteme zur Bereitstellung der künstlichen Trägheit werden vom TSO festgelegt. Unser BESS ist mit flexiblen und reaktionsschnellen Steuerungssystemen ausgestattet, die so konfiguriert werden können, dass sie die spezifischen vom TSO geforderten Parameter erfüllen und sicherstellen, dass der Beitrag der künstlichen Trägheit effektiv ist und den Anforderungen der Netzstabilität entspricht.

  3. Paralleler Betrieb im Netz:

    • Das BESS arbeitet parallel zum Netz und unterstützt dessen Stabilität während schneller Frequenzabweichungen, indem es die erforderliche künstliche Trägheitsreaktion bis zum vom TSO vorgegebenen Niveau liefert.

Beständigkeit gegen Kurzschluss

  1. Funktionalität der künstlichen Trägheit:

    • Unser BESS ist so konzipiert, dass es den Trägheitseffekt, der typischerweise von synchronen Erzeugungseinheiten bereitgestellt wird, durch den Einsatz von Wechselrichtertechnologie repliziert. Diese künstliche Trägheit hilft, das Netz während schneller Frequenzänderungen zu stabilisieren, indem sie die Trägheitsreaktion nachahmt, die konventionelle Generatoren bereitstellen würden.

  2. Steuerungssystem und Parameter:

    • Die Betriebsprinzipien der Steuerungssysteme zur Bereitstellung der künstlichen Trägheit werden vom TSO festgelegt. Unser BESS ist mit flexiblen und reaktionsschnellen Steuerungssystemen ausgestattet, die so konfiguriert werden können, dass sie die spezifischen vom TSO geforderten Parameter erfüllen und sicherstellen, dass der Beitrag der künstlichen Trägheit effektiv ist und den Anforderungen der Netzstabilität entspricht.

  3. Paralleler Betrieb im Netz:

    • Das BESS arbeitet parallel zum Netz und unterstützt dessen Stabilität während schneller Frequenzabweichungen, indem es die erforderliche künstliche Trägheitsreaktion bis zum vom TSO vorgegebenen Niveau liefert.
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