Frekvensstabilitet

Frekvensstabilitet handlar om kraftsystemets förmåga att upprätthålla en stabil frekvens efter en störning i balansen mellan produktion och förbrukning.

Störningar uppkommer på grund av fel och bortkopplingar av produktion eller förbrukning. Obalanser kan också uppstå ur den naturliga, slumpmässiga (stokastisk) variation som förekommer i produktion och förbrukning.

Åtgärder för att upprätthålla frekvensstabiliteten

Arbetet med att säkerställa frekvensstabilitet är komplicerat och lösningarna är till del situationsbaserade. Att till exempel kompensera brist på en viss resurs genom att tillföra mer av den resursen, är inte alltid den bästa lösningen på problemet.

Vilken åtgärd som är mest effektiv för att säkerställa frekvensstabilitet beror på förhållandena i den aktuella situationen.

Mindre frekvenspåverkan: Primär- och sekundärreglering

Arbetet för att säkerställa frekvensstabilitet är delvis automatiserat i en så kallad primärreglering. Om störningen orsakar obalanser som är lika med eller mindre än det dimensionerande felet, så ska stödtjänster för frekvensreglering automatiskt hantera situationen och balansera systemet inom fem till tio sekunder.

Frekvensen kan sedan återställas manuellt till samma nivå som innan störningen (tertiärreglering).

Betydande frekvenspåverkan: Skyddsfunktioner

Om obalanserna är större än det dimensionerande felet aktiveras skyddsfunktioner för att stabilisera frekvensen. Målet är att undvika ofrivillig bortkoppling av förbrukning.

Men ibland räcker inte de planerade reserverna till. Om frekvensen faller under 48,8 Hz aktiveras den automatiska skyddsåtgärden AFK (automatisk förbrukningsfrånkoppling) och kopplar bort förbrukning stegvis beroende av frekvensavvikelsen. Syftet är att på ett kontrollerat sätt rädda kraftsystemet från total kollaps.

Förutsättningar för hanteringen av frekvensen

Frekvensstabilitet påverkas huvudsakligen av tre faktorer:

• Kraftsystemets egenskaper
• Tillgängliga stabiliserande resurser
• Storleken på den obalans som uppkommer vid störningen

Faktorerna har alla olika påverkan på den totala frekvensstabiliteten. Dessa tre delar måste samverka för att uppfylla kraven på en given frekvenskvalitet och frekvensstabilitet.

Kraftsystemets egenskaper

Kraftsystemets tålighet mot störningar utgår från dess egna egenskaper. Tåligheten beror till stor del på mängden rotationsenergi i systemet. Rotationsenergi är den lagrade rörelseenergin i de roterande massorna i ett elektriskt system. Rotationsenergin bidrar till systemets förmåga att motstå frekvensförändringar.

Tåligheten beror även mycket på hur den sammansatta förbrukningen av el beter sig vid en frekvensändring, det vill säga hur användningen av el förändras. Det kallas för frekvensberoende i förbrukningen.

Grundbeteendet vid en frekvensändring är att den sammansatta förbrukningen först minskar, för att sedan öka långsamt igen. Den långsamma ökningen sker även om frekvensen fortfarande är låg. Beteendet ändras över året men också över tid när ny teknik införs.

Stabiliserande resurser

Stabiliserande resurser är de automatiska funktioner och stödsystem som ändrar produktion och förbrukning utifrån förändringar i frekvensen. Dessa resurser mäter frekvensen antingen lokalt eller får en extern signal och agerar direkt på avvikelser från det normala, 50 Hz.

Det finns idag fem stabiliserande resurser.

• Frekvenshållningsreserv för normaldrift (FCR-N)
• Frekvenshållningsreserv för störning (FCR-D)
• Snabb frekvensreserv (FFR)
• Nödeffekt från likströmsförbindelser (EPC)
• Automatisk förbrukningsfrånkoppling (AFK)

Läs mer om stödtjänster och avhjälpande åtgärder.

De stabiliserande åtgärdernas betydelse för frekvensstabiliteten är transient frekvensstabilitet, kontinuerlig dämpning och skyddsåtgärder.

• Transient frekvensstabilitet = snabbt övergående förändring
  Transient frekvensstabilitet beskriver systemets förmåga att vara stabilt när det utsätts för en stor störning i form av en stegvis obalans. Obalansen kan till exempel bero på hastig bortkoppling av en stor produktionskälla.
• Kontinuerlig dämpning: handlar om kraftsystemets förmåga hela tiden dämpa och balansera kontinuerliga slumpmässiga (stokastiska) störningar. Är den kontinuerliga dämpningen för låg ökar risken att det uppstår frekvenspendlingar som leder till bortkoppling av generatorer och förbrukning.
• Skyddsåtgärder: Vidtas för att förhindra att frekvensen når nivåer där bortkoppling av generatorer och förbrukning sker okontrollerat.

Storlek på obalanser

Dimensionerande obalansens storlek beror av den största enskilda störning som kan uppkomma på grund av bortkoppling av produktion eller förbrukning. Det kallas ibland för det dimensionerande felet eller N-1-kriteriet.

Det är möjligt att tillfälligt minska den maximala obalansen som kan uppkomma vid en störning genom att till exempel minska produktionen i de största enskilda produktionsanläggningarna i systemet.

Frekvensstabilitet en stor och viktig utmaning för kraftsystemets driftsäkerhet

Svenska kraftnät har sedan tidigare konstaterat en pågående försämring av frekvenskvaliteten. De pågående förändringarna i kraftsystemet innebär stora utmaningar för att säkerställa frekvensstabiliteten.

I och med att mängden rotationsenergi i kraftsystemet minskar, så får störningar i elproduktionen allt större påverkan på frekvensen. Det innebär att det ställs nya krav på kraftsystemets förmågor och tillgången till stabiliserande åtgärder. Svenska kraftnät arbetar därför för att utveckla de krav på prestanda och stabilitet som behövs för framtiden.

Kraftsystemets förmåga att dämpa frekvenspendlingar är en gemensam utmaning i kraftsystemet. Alla enskilda kraftverk och andra anläggningar måste säkerställa att de har god förmåga att samverka med kraftsystemet. De måste tåla de förhållanden de utsätts för utan att själva bli instabila eller av andra skäl kopplas bort.

Arbetet för att utveckla frekvensstabiliteten sker i samarbete med branschen och gemensamt med de andra nordiska systemansvariga för överföringssystem. Frekvensstabiliteten är gemensam för hela det nordiska kraftsystemet.