Введение

Описатель для адаптивных электрических устройств
Электрические устройства считаются поддерживающими стабильность сети, если они функционируют таким образом, чтобы способствовать надежности электросети посредством управления спросом. Базовые устройства, поддерживающие стабильность сети, могут включать функции, предназначенные для компенсации кратковременных нежелательных изменений частоты или напряжения в сети; более сложные устройства могут изменять свой режим работы в зависимости от текущей рыночной цены на электроэнергию, снижая нагрузку при пиковых ценах. Устройства, поддерживающие стабильность сети, могут включать в себя крупную бытовую технику, системы коммерческих зданий, такие как HVAC, и многие промышленные системы.

Частотность отклика

Большинство электрических систем используют переменный ток с номинальной частотой 50 или 60 Гц (герц) для передачи энергии, производимой электрическими генераторами, потребителям электроэнергии. Когда количество электроэнергии, вырабатываемой генераторами, превышает потребляемую мощность, частота электричества возрастает. И наоборот, когда количество производимой электроэнергии меньше потребляемой, частота падает. Таким образом, частота является точным индикатором общесистемного (так называемого глобального) баланса между предложением и спросом. Без частотной поддержки сети скорость изменения частоты зависит главным образом от общей инерции системы (которая слабо контролируема) и суммарного отклика систем управления генераторов (которые могут управляться лишь относительно медленно). В отличие от этого, устройства, поддерживающие работу сети, могут реагировать очень быстро. Устройство, совместимое с сетью, может реагировать на изменения частоты, снижая или прерывая потребление электроэнергии (нагрузку) при падении частоты ниже определенного порога и/или увеличивая нагрузку при повышении частоты. Хотя отдельное устройство, совместимое с сетью, может представлять собой небольшую нагрузку, доля общей нагрузки, которой можно управлять по частоте в любой момент времени, обычно достаточна для обеспечения защиты системы от понижения частоты до применения более радикальных мер, таких как отключения электроэнергии. Преимущество частотной поддержки сети заключается в том, что частота является повсеместным параметром в электрической системе. Когда генератор отключается в одной части системы, все нагрузки во всей системе могут одновременно обнаружить изменение и мгновенно и адекватно отреагировать без необходимости в системе управления для выявления проблемы, в центре управления для принятия решения или в сети телекоммуникаций для передачи команд миллионам устройств. Такое поведение превращает частоту из простого входного сигнала для электродинамических и управляющих систем в эмерджентное свойство. Хотя по этому вопросу все еще ведутся споры, считается, что сложные системы, использующие саморегуляцию посредством эмерджентности, как правило, более устойчивы и гибки, чем простые системы управления с централизованным принятием решений.

Ответ на напряжение

В отличие от частоты, напряжение значительно изменяется во всех электрических системах, поскольку именно разность напряжений между двумя устройствами в значительной степени определяет направление и величину тока (а следовательно, и мощность), протекающего между ними. Таким образом, напряжение является более локальным явлением, и устройства, совместимые с сетью и реагирующие на напряжение, будут поддерживать более локальные аспекты системы электроснабжения. Однако типы нагрузок, такие как индукционные двигатели с тепловой защитой и силовая электроника, могут плохо реагировать на существенные изменения напряжения. Когда значительная доля потребления электроэнергии в регионе приходится на такие нагрузки, их совокупный отклик может привести к замедленному восстановлению напряжения после аварии, что может негативно сказаться на надежности системы передачи и потребовать принятия мер для предотвращения каскадных отключений.

Ответ на цены

В то время как частота и напряжение реагируют на физические явления в электрической системе, ценовая реакция, благоприятная для сети, разработана для учета экономических явлений. С расширением применения рынков электроэнергии для управления эффективным распределением электроэнергии, все большее число потребителей сталкивается с ценами на электроэнергию, которые меняются со временем, а не остаются фиксированными на месяцы или годы. Как правило, более высокие цены возникают в периоды, когда в электросистеме наблюдается дефицит электроэнергии. Цель ценовой реакции, благоприятной для сети, – стимулировать управляемый спрос среди потребителей электроэнергии. Управляемый спрос – один из способов снижения рыночной власти поставщиков электроэнергии в условиях нехватки производства. Кроме того, ценовая реакция, благоприятная для сети, позволяет потребителям снизить свои затраты на энергию, потребляя меньше электроэнергии в периоды высоких цен и больше – в периоды низких цен.

Доказательные результаты

В 2006 и 2007 годах в Северо-Западном регионе Соединенных Штатов была проведена демонстрация технологий, совместимых с электросетью, для Министерства энергетики США. В числе участников были местные энергоснабжающие компании, жилые и коммерческие потребители, промышленные нагрузки, принадлежащие муниципалитетам, а также ряд поставщиков и исследователей. Демонстрация технологий, совместимых с электросетью, показала, что обычные бытовые приборы автоматически обнаруживают проблемы в сети, проявляющиеся в отклонениях частоты, и снижают потребление энергии в критические моменты. Демонстрация на Олимпийском полуострове показала, что жилые, коммерческие и промышленные нагрузки корректируют свои схемы потребления на основе ценовых сигналов, поступающих с рынка на уровне распределительной сети, функционирующего по принципу двойного действия. Оба этих проекта продемонстрировали, как технологии, совместимые с электросетью, могут и действительно снижают нагрузку на электрическую сеть в периоды пикового спроса.