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FCR und aFFR

Für die Netzregelung

FCR Frequency Containment Reserve (Frequenzhaltungsreserve)

Frequenzhaltungsreserve (FCR)

Die Frequenzhaltungsreserve (FCR) ist ein essenzieller Netzdienst, der entwickelt wurde, um die Stabilität des Stromnetzes durch automatische Reaktionen auf Frequenzabweichungen sicherzustellen.

Funktion als erste Verteidigungslinie
FCR greift ein, wenn das Gleichgewicht zwischen Stromangebot und -nachfrage gestört ist – beispielsweise bei einem plötzlichen Ausfall von Kraftwerken oder einem unerwarteten Nachfrageanstieg. Sie wirkt als erste Verteidigungslinie, um schnelle Frequenzabweichungen einzudämmen.

Schnelle Reaktionszeit
Die Aktivierung der FCR erfolgt innerhalb von Sekunden. Sie reguliert die Netzfrequenz, indem sie automatisch die Leistungsabgabe von Erzeugungseinheiten oder den Verbrauch großer Lasten anpasst – je nach Größe der Frequenzabweichung. Diese sofortige Reaktion verhindert gefährliche Netzinstabilitäten, die zu Stromausfällen oder weiteren Netzstörungen führen könnten.

Kurzfristige Unterstützung bis zur Übergabe an aFRR
FCR arbeitet typischerweise über kurze Zeiträume, um das System innerhalb des erforderlichen Frequenzbereichs zu halten. Danach übernehmen langsamer reagierende Reserven wie die automatische Frequenzwiederherstellungsreserve (aFRR), um das Netzgleichgewicht vollständig wiederherzustellen.

Vielfältige Bereitstellung
FCR kann sowohl von traditionellen Kraftwerken als auch von modernen Technologien wie Batteriespeichern und anderen flexiblen Energiequellen bereitgestellt werden. Dadurch trägt sie wesentlich zur Resilienz 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 und Lade- bzw. Entladeleistungen zwischen 1.250 kW und 1.725 kW. Diese skalierbare Lösung kann von 3,42 MWh auf bis zu 102,6 MWh erweitert werden und eignet sich damit ideal für mittelgroße bis große Industrieanwender sowie Netzbetreiber, die Peak-Valley-Arbitrage einsetzen.

Die Batterien sind vom Power Conversion System (PCS) getrennt, wodurch eine einfache Skalierung möglich ist: Mehrere Systeme können parallel an das Netz angeschlossen werden, um größere Kapazitäten bereitzustellen. Das kompakte und kosteneffiziente Design macht dieses BESS zur optimalen Wahl, um Effizienz und Einsparungen zu maximieren.

Systemdesign

FCR

Warum FCR anders ist

Die Frequenzregelreserve (FCR) ist entscheidend für die Stabilität des Stromnetzes und erfordert präzise sowie schnelle Reaktionen. Anders als Anwendungen, die sich auf Energieoptimierung oder Integration konzentrieren, benötigt FCR hochspezialisierte Technologien und komplexe Algorithmen, um das Netz in Echtzeit im Gleichgewicht zu halten. Die Komplexität der FCR-Verwaltung kann abschreckend wirken – genau hier liegen jedoch unsere Stärken.

Unsere betriebsbereite FCR-Lösung

Bei FFD Power vereinfachen wir die FCR-Komplexität, indem wir unsere fortschrittliche Energiemanagement-Architektur (EMA) mit dem Power Conversion System (PCS) von Kehua integrieren. Unsere vorinstallierte, schlüsselfertige Lösung liefert alles, was für die Implementierung von FCR erforderlich ist. Dieses Paket garantiert einen nahtlosen Betrieb, die Einhaltung von Netzstandards und die Zuverlässigkeit, die notwendig ist, um kritische 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, sobald die Netzfrequenz außerhalb der einstellbaren Frequenzunempfindlichkeitszone liegt. Diese Zone ist im Bereich von 50,2 Hz bis 50,5 Hz einstellbar, wodurch eine dynamische Leistungsregelung außerhalb dieser Grenzen ermöglicht wird.

2. Einstellbare statische Parameter

Die statische Einstellung für die Wirkleistungsregelung kann flexibel zwischen 0,1 % und 12 % konfiguriert werden. Anpassungen erfolgen über das Energiemanagementsystem (EMS), sodass das BESS unter verschiedenen Netzbedingungen optimal reagiert.

3. Schnelle Reaktionszeit

Das System reagiert auf Frequenzabweichungen mit einer Verzögerung von maximal 500 Millisekunden am Ausgang des Wechselrichters, um eine schnelle und zuverlässige Unterstützung des Netzes während Frequenzschwankungen sicherzustellen.

4. Betrieb im LFSM-O-Modus

Im LFSM-O-Modus passt das BESS die Wirkleistung gemäß Frequenzabweichungen an:

  • Leistungsfreigabe bei Überfrequenz: Reduktion der Wirkleistungsabgabe entsprechend der LFSM-O-Charakteristik.

  • Leistungsaufnahme bei Unterfrequenz: Erhöhung der Wirkleistungsaufnahme gemäß LFSM-O-Charakteristik, bis die volle Energiekapazität erreicht ist.

  • Das System arbeitet stabil im LFSM-O-Modus und ermöglicht flexible Übergänge zwischen Leistungsaufnahme- und Freigabemodi.

5. Energiemanagement und Kapazitätskontrolle

  • Das BESS entnimmt elektrische Energie, bis die volle Kapazität erreicht ist, danach stoppt es die Aufnahme, um Überladung zu vermeiden.

  • Bei Bedarf kann das System auch bei Frequenzanstiegen kontinuierlich Leistung aufnehmen, sofern dies vom TSO vorgeschrieben ist, zur Gewährleistung eines zuverlässigen Netzbetriebs.

6. Berücksichtigung der Übergangszeiten

Der Wechsel zwischen Aufnahme- und Freigabemodi berücksichtigt unterschiedliche statische Einstellungen. Das BESS bewältigt diese Übergänge reibungslos, um Stabilität und Kontinuität im Netzbetrieb sicherzustellen.

Begrenzter Frequenzempfindlichkeitsmodus - Niedrige Frequenz (LFSM-U)

Wirkleistungsanpassung außerhalb der Frequenzunempfindlichkeitszone

Unser BESS passt die Wirkleistung automatisch an, sobald die Netzfrequenz außerhalb der definierten Frequenzunempfindlichkeitszone liegt.

  • Die Unempfindlichkeitszone ist zwischen 49,5 Hz und 49,8 Hz einstellbar, was eine präzise Kontrolle der Leistungsanpassungen bei Unterfrequenzereignissen ermöglicht.

Einstellbare statische Einstellungen

Das System unterstützt die dynamische Anpassung der statischen Parameter über das Energiemanagementsystem (EMS) im Bereich von 0,1 % bis 12 %, sodass die Reaktion auf Frequenzabweichungen den betrieblichen Anforderungen des Netzes entspricht.

Schnelle Reaktionszeit

Das BESS reagiert innerhalb von 500 Millisekunden auf Frequenzabweichungen, gemessen am Ausgang der Synchronmaschine oder am Wechselrichter. Dies gewährleistet eine schnelle und zuverlässige Netzunterstützung während Frequenzschwankungen.

Betrieb im LFSM-U-Modus

Im LFSM-U-Modus passt das BESS die Wirkleistung entsprechend der LFSM-U-Charakteristik an:

  • Leistungsaufnahme: Die Wirkleistungsaufnahme wird reduziert, wenn sich die Frequenz stabilisiert, mit der Möglichkeit, bei Bedarf in den Freigabemodus zu wechseln.

  • Leistungsfreigabe: Die Wirkleistungsabgabe wird bei Frequenzabfall erhöht, um das Netz stabil und effektiv zu unterstützen.

Energiemanagement

  • Das BESS setzt die Freigabe elektrischer Energie fort, bis die volle Energiekapazität erreicht ist, danach stoppt es automatisch.

  • Wenn vom TSO spezifiziert, kann das System die Leistungsfreigabe auch nach Erreichen einer Frequenzschwelle aufrechterhalten, um die Netzstabilität während anhaltender Unterfrequenzereignisse zu gewährleisten.

Betriebliche Übergänge

  • Das System berücksichtigt die Übergangszeit zwischen Leistungsfreigabe- und Energieaufnahmemodi.

  • Die statischen Einstellungen können zwischen diesen Modi variieren; das BESS verwaltet Übergänge reibungslos, um einen kontinuierlichen und stabilen Betrieb zu gewährleisten.

  • Das BESS respektiert seine vollständige Energiekapazität und arbeitet stets innerhalb sicherer und effizienter Parameter.

Automatisches Trennungsprotokoll

  • Kann das BESS vor Aktivierung des automatischen Unterfrequenz-Abschaltschemas nicht in den Freigabemodus wechseln, trennt sich das System gemäß den betrieblichen Sicherheitsanforderungen.

  • 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

Wirkleistungs-Stopp-Befehl

  • Das BESS kann die Freigabe von Wirkleistung stoppen oder die Wirkleistungsabgabe innerhalb von 5 Sekunden nach Empfang eines Befehls über den Eingangsanschluss auf Null reduzieren.

  • Dies gewährleistet eine schnelle Reaktion auf Befehle des Netzbetreibers, beispielsweise im Falle eines Notfalls oder anderer betrieblicher Anforderungen.

Fernsteuerungskompatibilität

  • Das System unterstützt Fernsteuerung gemäß den Spezifikationen des zuständigen Netzbetreibers.

  • Das Design ermöglicht, dass die Ausrüstung bei Bedarf modifiziert oder aufgerüstet werden kann, um spezifische Anforderungen des TSO oder anderer Netzbetreiber für die Fernverwaltung des BESS zu erfüllen.

Wirkleistungsmanagement

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.

Fähigkeit zur Fernleistungsanpassung

  • Das BESS ist so konzipiert, dass es die Fernanpassung der Wirkleistungsabgabe ermöglicht.

  • Das System kann bei Bedarf ausgestattet werden, um spezifische Ausrüstungsanforderungen des TSO zu erfüllen.

  • Dies garantiert Flexibilität und Kompatibilität mit verschiedenen Fernsteuerungssystemen für das Wirkleistungsmanagement.

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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