付帯サービス

電力周波数は、有効電力の消費と発電のバランスに直接関係しています（$\displaystyle \Delta P=P_{generation}-P_{consume}}$）と全回転エネルギー（${\displaystyle W_{tot,kin}}$同期電力システムの）急激な変化の間${\displaystyle \Delta P}$周波数は、初期段階（何らかの対策を講じる前）では、以下の式に従って変化します。

${\displaystyle {\frac {df}{dt}}={\frac {\Delta P\cdot f}{2\cdot W_{kin}}}}$

この方程式は、正規化された慣性定数を用いて書き換えることができる。${\displaystyle H}$:

${\displaystyle {\frac {df}{dt}}={\frac {\Delta P\cdot f}{2\cdot H\cdot S}}}$

どこ${\displaystyle S}$は、グリッド全体の有効電力の総交換量であり、${\displaystyle H}$はシステムの正規化慣性定数です。^{[ 3 ]} 総回転運動エネルギーが小さいシステムは、 の偏差に対してより敏感になります。${\displaystyle \Delta P}$周波数の微分値はより大きな影響を受けるため、

再生可能エネルギー源の統合が進むにつれて同期系統の総慣性が低下するため、コンバータベースの発電ユニットが系統周波数をより高速かつ高精度に制御できるようにするための方法論と要件がますます重要になってきている。^{[ 4 ]}

周波数制御とは、系統周波数が公称周波数の特定の範囲内に収まるようにする必要性を指します。発電量と需要量の不一致により周波数が変動するため、周波数を公称値に戻し、範囲外に変動しないように制御サービスが必要となります。^{[ 5 ]}

周波数を縦軸、電力を横軸とする発電機のグラフがあるとします。

${\displaystyle slope=-R={\frac {\Delta f}{\Delta P_{m}}}}$

ここで、P mはシステムの電力変化です。複数の発電機がある場合、それぞれに独自の R が存在する可能性があります。ベータは次のように求められます。

$\displaystyle \beta ={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+...+{\frac {1}{R_{n}}}}$

電力の変化による周波数の変化は、以下の式で求めることができます。

$\displaystyle \Delta f={\frac {\Delta P_{m}}{\beta }}}$

この単純な方程式を変形すると、与えられた周波数の変化に対応する電力の変化を求めることができる。^{[ 6 ]}

消費者の負荷は一定の範囲内の電圧を期待しており、規制当局はそれが公称電圧の一定の割合以内（例えば、米国では±5%）であることを要求している。

無効電力は電圧降下を補償するために使用できますが、実電力需要よりも負荷に近い場所で供給する必要があります（これは、無効電力が送電網を通過する際に流れにくい傾向があるためです）。電圧は変圧器のタップや電圧調整器を使用して制御することもできます。^{[ 7 ]}

ほとんどの電力システムではエネルギー貯蔵量がほぼゼロであるため、スケジューリングとディスパッチングは不可欠です。つまり、どの瞬間においても、システムへの電力流入量（発電機による発電量）とシステムからの電力流出量（消費者の需要量）は等しくなければなりません。発電量が需要量と非常に近い値でなければならないため、綿密なスケジューリングとディスパッチングが必要となるのです。

通常、独立系統運用者または送電系統運用者によって実施されるこれらのサービスは、いずれも電力網の信頼性を維持するために、発電設備と送電設備の運用計画の策定と調整を行うことを目的としています。

スケジューリングとは、事前に行う行動（例えば、発電機を稼働させて翌週に一定量の電力を生産するようにスケジュールするなど）を指し、ディスパッチとは、利用可能なリソースをリアルタイムで制御することを指します。

生産と需要は完全に一致する必要があるため（スケジューリングとディスパッチを参照）、生産量が少なすぎる場合に、運転予備力がその差を補うのに役立ちます。

運転予備力とは、負荷を満たすのに十分な発電量を確保するために迅速に稼働させることができる発電機のことです。回転予備力とは、既に稼働中で、需要の急激な変化に対応するために出力を迅速に増加させることができる発電機のことです。需要は短期間で変動する可能性があり、迅速な対応が求められるため、回転予備力が必要となります。その他の運転予備力としては、需要を満たすために運用者が稼働させることができるものの、回転予備力ほど迅速に対応できない発電機や、数十ミリ秒以内に対応できるグリッドバッテリー蓄電システム（一般的には回転予備力よりも高速）などがあります。