Reservipäivät 17.5.2017, Fingrid Oyj

1. Uudet taajuusohjatun
häiriöreservin (FCR-D)
tekniset vaatimukset
Reservipäivät 17-18.5.2017
Mikko Kuivaniemi

2. Sisältö
• Tausta
• Uudet FCR-D tekniset vaatimukset
• Stationäärinen suorituskyky
• Dynaaminen suorituskyky
• Stabiilius
• Reservikohteen dynamiikan kuvaaminen stabiiliuden kannalta
• FCR-vektorit
• Miten vaatimukset on johdettu?
• Testaus
• Yhteenveto
Reservipäivät 17-18.5.20172

3. Tausta
• FCR-D estää sähköjärjestelmän taajuutta poikkeamasta liikaa nimellisarvosta suuren ja
nopean pätötehohäiriön seurauksena
• Suurimman mahdollisen yksittäisen pätötehohäiriön seurauksena taajuus ei saa alittaa
arvoa 49.0 Hz eikä ylittää arvoa 51.0 Hz
• Automaattinen kuormien irtikytkentä
• Tuotannon suojaus
• Häiriö voi olla
• 1 450 MW tuotannon menetys
• 1 400 MW kulutuksen (HVDC) menetys, tulevaisuudessa
Reservipäivät 17-18.5.20173

4. Tausta
• Nykyisillä vaatimuksilla (50% @ 5s, 100% @ 30s) ei pystytä takaamaan, että
taajuuspoikkeamalle asetetut kriteerit täyttyvät
• Eivät mittaa kovinkaan hyvin reservikohteen suorituskykyä sähköjärjestelmän kannalta
• Tilanne hankala, kun
• reservi tuotetaan pienellä määrällä koneistoja
• suuri häiriön koko
• pieni sähköjärjestelmän liike-energia
• kuorma ei reagoi sähköjärjestelmän taajuuteen
• Nykyiset vaatimukset eivät takaa stabiilia taajuudensäätöjärjestelmää (reservikohteet +
muu sähköjärjestelmä)
Reservipäivät 17-18.5.20174

5. Tausta
• Esitettävät vaatimukset ovat luonnosasteella
 Kehitetään edelleen palautteen & kokemusten perusteella
 Käyttöönotosta ei ole tehty päätöstä
Reservipäivät 17-18.5.20175

6. Uudet FCR-D tekniset vaatimukset

7. Stationäärinen suorituskyky
Reservipäivät 17-18.5.20177
Jatkuvasti ohjattavat resurssit Releohjatut resurssit
FCR-D erikseen ylös- ja alaspäin

8. Dynaaminen suorituskyky
𝐶FCR−D = 𝐦𝐢𝐧
∆𝑃5s
0.93
, ∆𝑃ss,
𝐸supplied
1.8s
Reservipäivät 17-18.5.20178
𝒕
∆𝑷 𝟓𝒔
Askelvaste
49.9  49.5 Hz
Ramppivaste
49.9  49.0 Hz
0.30 Hz/s
𝑬supplied on aktivoitu energia rampin alusta ajanhetkeen 5s asti,
𝑬supplied =
𝒕
𝒕+𝟓𝒔
∆𝑷 𝒕 𝒅𝒕
∆𝑷ss on stationäärisen tilan tehomuutos 0.4 Hz askelvasteen jälkeen

9. Stabiilius
• Taajuudensäätöjärjestelmän (reservikohteet + muu sähköjärjestelmä) tulee olla stabiili, jotta
häiriötilassa sähköjärjestelmä ei ala heilahtelemaan hallitsemattomasti
• Vaatimus taajuustasossa
Reservipäivät 17-18.5.20179

10. Stabiilius
Reservipäivät 17-18.5.201710
10 s
!
F(s) G(s)
output
SystemControl
unit
y
𝐋 𝐬 =
∆𝐏ss
𝐂FCR−D
𝐅 𝐬 𝐆(𝐬)
r
"Sivuuta musta ympyrä
oikealta puolen"
𝟏
1 −
∆𝐏ss
𝐂FCR−D
𝐅 𝐬 𝐆(𝐬
<
1
𝒓

11. Reservikohteen dynamiikan kuvaaminen
stabiiliuden kannalta

12. Reservipäivät 17-18.5.201712

13. FCR-vektori
Reservipäivät 17-18.5.201713
T
(s)
Gain
|F(jω)|
(p.u.)
Phase
Arg(F(jω))
(°)
Real part
x
Imaginary
part
y
10 0.10 57 0.05 0.08
15 0.12 72 0.04 0.11
25 0.15 112 -0.06 0.14
40 0.16 117 -0.07 0.14
50 0.20 120 -0.10 0.17
60 0.21 123 -0.11 0.18
70 0.22 126 -0.13 0.18
90 0.27 132 -0.18 0.20
150 0.32 143 -0.26 0.19
300 0.55 146 -0.46 0.31
Time period 𝑇 = 150s
𝑥, 𝑦
|𝑭(𝐣𝜔)|
Arg(F (jω))
0, 0
All 10 time periods
𝒙 = |F (jω)| 𝐜𝐨𝐬 [Arg(F (jω))]
y = |F (jω)| 𝐬𝐢𝐧[Arg(F (jω))]

14. Dynaaminen suorituskyky
Metodologia arvojen taustalla

15. Mistä arvot tulevat?
1. Erilaisilla reservikohteen FCR-D asetteluilla suoritettiin
laaja joukko simulointeja
2. Luotiin suuri joukko erilaisia vaatimuskandidaatteja
teholle, energialle ja niiden yhdistelmille
3. Luotiin mittari sille, miten hyvin kukin vaatimus
hyväksyy reservikohteet, jotka täyttävät
taajuuspoikkeamalle asetetut kriteerit ja toisaalta
hylkää kohteet, jotka eivät täytä kriteereitä
Reservipäivät 17-18.5.201715
Power
t (s) val (pu) KPI
4 0.85 10.95
Energy
t (s) val (pu*s) KPI
5 1.9 4.84
6 3 5.21
6 3.1 8.17
Power & Power
t1 (s) val1 (pu) t2 (s) val2 (pu) KPI
3 0.4 4 0.8 4.88
4 0.8 3 0.4 4.88
3 0.4 5 0.9 5.38
5 0.9 3 0.4 5.38
3 0.4 5 0.95 5.61
5 0.95 3 0.4 5.61
Energy & Energy
t1 (s) val1 (pu*s) t2 (s) val2 (pu*s) KPI
5 1.9 7 3.9 3.52
7 3.9 5 1.9 3.52
5 1.9 7 4 3.56
7 4 5 1.9 3.56
5 1.9 6 2.9 3.68
6 2.9 5 1.9 3.68
Power & Energy
t1 (s) val1 (pu) t2 (s) val2 (pu*s) KPI
5 0.9 5 1.9 3.29
6 0.95 5 1.9 3.82
7 0.95 5 1.9 3.82
6 0.9 5 1.9 3.92
8 0.95 5 1.9 3.98
9 0.95 5 1.9 4.11

16. Miten käytännössä testataan?

17. Testaus
Testit kahdella eri tehotasolla – mikäli tehotaso vaikuttaa reservivasteeseen
1. Askelvastesarja
 Stationäärisen suorituskyvyn verifioimiseksi
 Reservikapasiteetin määrittämiseksi
2. Ramppitesti
 Reservikapasiteetin määrittämiseksi
FCR-D alassäätö vastaavalla tavalla
Reservipäivät 17-18.5.201717

18. Testaus
Stabiiliuden testaus mikäli reservikohde vaikuttaa taajuudensäätöjärjestelmän stabiiliuteen
• Ei tarpeen esim. palautumisajan omaaville releohjatuille kuormille
3. FCR-N askelvastesarja
 FCR-vektoreiden normalisoimiseksi normalisointitekijällä
Reservipäivät 17-18.5.201718
𝑒 =
ℎ ⋅ ∆𝑃 𝑁𝑂−𝐵𝑎𝑐𝑘𝑙𝑎𝑠ℎ
𝐴step
2𝐷 𝑝𝑢 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
h 1 0.999 0.998 0.997 0.996 0.994 0.992
2𝐷 𝑝𝑢 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13
h 0.99 0.988 0.986 0.984 0.981 0.979 0.976
2𝐷 𝑝𝑢 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.20
h 0.974 0.971 0.968 0.965 0.962 0.959 0.956
2𝐷 𝑝𝑢 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27
h 0.953 0.95 0.946 0.943 0.94 0.936 0.932
2𝐷 𝑝𝑢 0.28 0.29 0.30
h 0.929 0.925 0.921
∆𝑃 𝑁𝑂−𝐵𝑎𝑐𝑘𝑙𝑎𝑠ℎ=
∆𝑃1 + ∆𝑃3
2
2𝐷 𝑝𝑢 =
|∆𝑃1| − |∆𝑃2| + |∆𝑃3| − |∆𝑃4|
2 ∆𝑃 𝑁𝑂−𝐵𝑎𝑐𝑘𝑙𝑎𝑠ℎ
!

19. Testaus
4. Sini-testit stabiiliuden verifioimiseksi
 Amplitudi 100 mHz
 Jaksonajat (s)
• Testiohjelma FCR-D Test Program Template
• Raportointipohja FCR-D Test Report Template
• Työkalu, joka suorittaa testaajan puolesta kaikki tarvittavat laskutoimitukset ja tarkistaa
reservikohteen vaatimustenmukaisuuden
Reservipäivät 17-18.5.201719
10 15 25 40 50

20. FCR-D kapasiteetti
Tehotason vaikuttaessa reservivasteeseen
• tehdään testit ja lasketaan FCR-D kapasiteetti
• pienimmällä teholla, jolla reserviä halutaan pystyä tuottamaan
• suurimmalla teholla, jolla reserviä halutaan pystyä tuottamaan
• Näiden tehojen välisellä alueella FCR-D kapasiteetti interpoloidaan
Reservipäivät 17-18.5.201720

21. Yhteenveto
• Uudet vaatimukset suunniteltu
• Täyttämään sähköjärjestelmän tarpeet
• Teknologianeutraaleiksi toiminnallisiksi vaatimuksiksi
• Uusissa vaatimuksissa stationäärisen suorituskyvyn lisäksi huomioitu
• Reservikohteen dynaaminen suorituskyky aiempaa paremmin
• Taajuudensäätöjärjestelmän stabiilius
• Lisätietoa
• Technical Requirements for Frequency Containment Reserve Provision in the Nordic Synchronous Area
• Supporting document on Technical Requirements for Frequency Containment Reserve Provision in the Nordic
Synchronous Area
Reservipäivät 17-18.5.201721

22. Fingrid Oyj
Läkkisepäntie 21
00620 Helsinki
PL 530, 00101 Helsinki
Puh. 030 395 5000
Fax. 030 395 5196
Kiitos!
Kysymyksiä?
Kommentteja?