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 variation som förekommer i produktion och förbrukning.

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 last.

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 sex stabiliserande resurser.

• Frekvenshållningsreserv för normaldrift (FCR-N)
• Frekvenshållningsreserv för störning (FCR-D)
• Snabb frekvensreserv (FFR)
• Nödeffekt från likströmsförbindelser (EPC)
• Automatisk förbrukningsfrånkoppling (AFK)
• Effekt från generatorer med begränsat frekvenskänslighetsläge (LFSM)

Vid störningar som är mindre än eller lika med det dimensionerande felet aktiveras frekvenshållningsreserverna och i vissa fall även den snabba frekvensreserven och nödeffekt från likströmsförbindelser. Frekvensen kan sedan återställas manuellt till samma nivå som innan störningen med hjälp av frekvensåterställningsreserver (FRR).

Vid störningar som är större än det dimensionerande felet aktiveras skyddsåtgärder, bland annat effekt från generatorer med begränsat frekvenskänslighetsläge. Om frekvensen faller under 48,8 Hz aktiveras automatisk förbrukningsfrånkoppling som kopplar bort förbrukning stegvis beroende av frekvensavvikelsen. Syftet är att på ett kontrollerat sätt rädda kraftsystemet från total kollaps.

Läs mer om stödtjänster och avhjälpande åtgärder.

Storlek på obalanser

Frekvensen påverkas också av storleken på obalansen mellan produktion (inklusive import) och förbrukning (inklusive export) av el. Ju större obalansen är desto större blir frekvensavvikelsen. Små obalanser uppkommer hela tiden på grund av variationer i produktion och förbrukning. Dessa leder till små frekvensavvikelser som balanseras med de stabiliserande resurserna.

Stora obalanser uppkommer vid plötslig bortkoppling av överföring, produktion eller förbrukning på grund av elektriska fel. De stabiliserande reserverna dimensioneras efter den största obalansen, det vill säga den obalans som uppkommer vid bortkoppling av den största enskilda produktionsanläggningen, förbrukningsanläggningen eller överföringslänken i systemet. Detta kallas 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 den största enskilda produktionsanläggningen 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. 

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. Svenska kraftnät ställer krav på frekvenstålighet och förmåga till frekvensreglering bland annat vid anslutning till elnätet och vid förkvalificering för deltagande på stödtjänstmarknaden.

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.