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国能日新解决快速频率响应方案成果显著
返回列表 来源: 光伏资讯 发布日期: 2020.03.20 浏览次数:

       当下,气候环境变化使得全球正在加紧能源变革,新能源作为新型绿色能源,在能源变革中发挥着巨大优势,全球新增装机呈逐年递升趋势。目前,中国已成为新能源利用大国,发展势头比较迅猛,截至2019年底,风电累计装机达2.1亿千瓦,太阳能光伏累计装机达2.04亿千瓦。但大规模发展的同时,由于新能源电站目前暂不具备频率调节能力,无法参与电网的一次调频,导致渗透率较高的地区电网调频能力不足,当电网频率出现较大波动时,调控难度要比渗透率低的地区大很多,电力系统的安全、稳定遇到新挑战。这时,新能源参与电网频率控制工作对电网的安全稳定运行就具有了重要的现实意义。 截至2019年底,西北五省新能源装机占比已超35%,同时,为促进网内新能源消纳,网内常规电源已按照“负备用”安排开机方式。由于电源结构发生较大变化,电网频率控制特性的结构性困境日趋明显,频率安全风险进一步加大。为应对此局面,西北电网于2016年率先开展新能源调频功能改造和性能试验技术研究,并于2018年形成了西北新能源参与电网快速频率响应技术方案,分批次开展网内新能源电站快速频率响应功能改造和测试工作。

      西北五省新能源电站快速频率响应功能推广应用工作的顺利开展,对其他省份起到了带头示范作用,就此,借鉴西北五省的推广模式,全国范围内的风电场、光伏电站快速频率响应推广工作正式拉开帷幕。


什么是快速频率响应?





      快速频率响应也称为一次调频,与二次调频(AGC)一同被认为是电网频率控制或频率调整的主要手段,而随着新能源装机规模不断增多,单一地依靠二次调频渐渐不能满足电网安全稳定的运行要求,一次调频的重要性凸显出来。 那么很多人会有疑问,为什么要对频率进行控制呢?频率和电压是电力系统最主要的安全稳定指标,频率不稳定会直接影响电网安全和用户生产效率。频率的大小由发电端有功输出和用户端负荷消耗的供需平衡关系决定,供大于求时频率偏高,供不应求时频率偏低,只有供需基本平衡时,频率才会稳定在50Hz左右(本文只讨论常用频率50Hz),常规的按照50Hz额定频率生产制造的电器设备才能最大效率运转。依照频率这一特点,电力系统主要的频率调整方法就是调整发电功率和进行负荷管理。


同属发电功率调整手段,一次调频和二次调频不同点





1、有功控制响应的指令来源不同

       二次调频(AGC)通过接收电力调度系统下发的发电计划和功率调节指令实现电站功率的自动调节;而快速频率响应装置不接收外部指令,靠自身监测电网频率变动,当频率超过某一设定范围后,根据功频转换策略计算出电站有功出力调整值,并根据频率控制策略耦合当前AGC目标值产生一个综合目标值,发电机组快速响应该综合目标值指令。


2、性能要求不同

       一次调频属于有差调节,发生在二次调频之前,当电网频率异常后能够快速回拉,是减小频率波动影响的主要措施,新能源相关规范中要求快速频率响应装置2秒内就要使电站有功出力开始变化,最多在15秒内调节完成;而二次调频(AGC)属于无差调节,是在电力调度统筹整个区域内出力分布及预测情况后再下发到多个电站的功率调节,一般要求60-120秒内完成即可,且出于对电网稳态安全的考虑,对于单次变化量、分钟级变化率等安全指标均有要求。


西北五省新能源电站快速频率响应功能推广的成果





       西北五省新能源电站快速频率响应功能的推广不仅有效保证了电网的安全稳定和高效运行,而且电站的高效发电、经济效益也得到了保证。具体如下:


1、提高电站AGC控制效果

      快速频率响应项目的开展,使原本不满足要求的发电机组及通讯网络的速度、精度得到优化和提升,所以,电站经过整改后,其全场控制速度、通讯速度都将得到有效提升,进而会提升场站AGC控制效果,降低AGC考核。


2、保障电站发电优先权,促进消纳

      随着电力交易和平价时代的到来,新能源电站对于电网是否“友好”是实现最大化消纳的重要约束条件。而快速频率响应功能及AGC/AVC正是保障电站发电优先权的主要利器,也是促进新能源消纳的重要手段。


3、提高电站经济效益

      西北五省新能源参与电网一次调频归属到了有偿辅助服务范畴,场站可根据改造成本及月积分电量得到补偿。因此,具备快速频率响应功能的电站投资收益比也非常可观。


      为了积极响应西北电网“两个细则”关于新能源电站快速频率响应性能要求,保障电网频率的稳定,国能日新第一时间参与到西北电网的一次调频改造工作,提前布局,根据客户需求和电站运行情况制定快速频率响应方案,并取得了中国电科院国家能源太阳能发电研发(实验)中心的型式试验报告以及省级电科院站内入网检测实验报告,目前已在青海、陕西、宁夏、新疆、蒙东、广东、广西等地多个电站成功部署验证。


国能日新快速频率响应解决方案





      方案结合现有新能源电站AGC系统的技术优势和大量的现场运行经验,更好地将AGC的调度指令和快速频率响应调节量相结合,快速、精准的协调控制全站风机/逆变器的有功出力来实现风电场/光伏电站的调频功能,实现有功调节的协调与统一。B1


拓扑图


     当监测到的频率超出设定范围时,闭锁AGC控制,根据AGC转发的最新目标指令和功频转换计算的快速频率响应需量,计算全场综合目标值,综合分析计算全场有功出力能力,生成最优控制策略,下达调控指令,实现综合调频目标;间隔时间结束后,再次分析当前频率,进行AGC功能恢复或再次调频操作。如下图所示:


B2




先进的算法让协调控制最优,电网更安全

     系统采用高效、优越的软件系统架构,先进的自适应学习和深度学习控制算法,检测到频率变化时,系统能够快速、精准的对场站进行最优化协调控制,满足对快速频率响应的各项性能要求,提高电网安全与可靠性。


1+3平台部署,数据处理灵活便捷

      方案基于SCADA基础数据平台,其特点是能在线、快速处理大批量的数据,为快频系统的毫秒级别控制运算提供了支撑,同时全面的数据也为平台拓展集成其他应用软件奠定了基础;而且可以将AGC、AVC和快速频率响应三个应用系统很好地兼容在一个平台,在内部数据应用上更加灵活,为不同场站场景的应用提供了便利。


量身定制灵活性服务方案

      根据客户不同的需求以及电站的运行情况,提供灵活性的服务方案(按需定制开发),让电网的安全更有保障,让电站的经济效益最大化。未来,随着新能源装机规模不断提高,新能源电站快速频率响应的推广应用对促进新能源的健康发展意义重大,将大幅提升电网消纳能力,保障电网安全稳定运行,同时为特高压跨区直流大功率输电频率安全性提供可靠技术保障。而随着平价时代到来以及电力交易全国展开,具备快速频率响应功能的电站发电更稳定,在电网消纳方面更友好,效益更高。



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