中國儲能網(wǎng)訊：電力系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定有賴于發(fā)用電之間的實時平衡，在新能源占比不斷提高的背景之下，發(fā)用電平衡的維持也面臨著新局面。
3月2日，“面向新型電力系統(tǒng)的中國電網(wǎng)頻率控制新標(biāo)準(zhǔn)研究”項目專家咨詢會在昆明召開。會議由南方電網(wǎng)公司專家委員會副主任委員余建國主持，云南電網(wǎng)公司副總經(jīng)理姚捷致辭，中國電機工程學(xué)會會士劉建明對于課題申報給予指導(dǎo)，來自南瑞繼保公司、武漢大學(xué)、西安交通大學(xué)、暨南大學(xué)、華南理工大學(xué)、南方電網(wǎng)公司的專家就頻率控制問題發(fā)表了專業(yè)意見。南方電網(wǎng)公司專家委員專職委員鄭耀東做會議總結(jié)。
云南電網(wǎng)公司一級領(lǐng)軍專業(yè)技術(shù)專家李文云介紹，“面向新型電力系統(tǒng)的中國電網(wǎng)頻率控制新標(biāo)準(zhǔn)研究”將重點分析未來中國電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)資源利用與頻率允許偏差的關(guān)系、頻率偏差對于生產(chǎn)生活和發(fā)用電設(shè)備的影響，研究異步分區(qū)高滲透率電網(wǎng)試點中的頻率偏差控制問題，并根據(jù)新型電力系統(tǒng)調(diào)控需求研究相關(guān)的輔助服務(wù)品種設(shè)計與調(diào)度實施細則。根據(jù)各區(qū)域電網(wǎng)的特點優(yōu)化正常頻率偏差控制范圍，將對促進新型電力系統(tǒng)發(fā)展、改善社會經(jīng)濟運行環(huán)境產(chǎn)生積極作用。
余建國表示，頻率問題看似簡單，討論起來十分復(fù)雜，涉及面非常廣。對于頻率控制問題，應(yīng)進一步研究和測試，了解頻率偏差對于電廠、用戶等主體的實際影響。
鄭耀東表示，不同控制標(biāo)準(zhǔn)之下，對應(yīng)的社會資源的消耗是不同的。對頻率控制的研究面向的是電力系統(tǒng)和用戶的真實需求，深入研究有助于各界明確設(shè)置怎樣的標(biāo)準(zhǔn)更經(jīng)濟且能夠滿足全社會的用電需求。
如何在支撐新能源發(fā)展的同時保持電力供應(yīng)的安全和經(jīng)濟？電力系統(tǒng)為全社會提供的服務(wù)應(yīng)該維持在何種質(zhì)量水平上？具體到頻率控制議題上，這些“硬核”問題該如何解答？與會專家各抒己見，eo整理了部分參會專家的觀點，供讀者參考。
如何看待頻率控制標(biāo)準(zhǔn)？
南京南瑞繼保電氣有限公司孫光輝：
頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。GB/T15945-2008《電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差》中規(guī)定：正常運行條件下頻率偏差限值為±0.2Hz，系統(tǒng)容量較小時，偏差限值可放寬到±0.5Hz。在新能源占比越來越高的情況下，繼續(xù)要求系統(tǒng)頻率在正常運行條件下仍然維持在±0.2Hz水平，電力系統(tǒng)可能需要付出高昂的經(jīng)濟代價，并且給調(diào)度運行造成巨大壓力，不利于新能源消納。
對于修改標(biāo)準(zhǔn)可能會對用戶產(chǎn)生何種影響，建議組織大范圍、全面的調(diào)查研究。過去人們通常認為，一些高精尖產(chǎn)品工藝流程對系統(tǒng)頻率要求很高，現(xiàn)在隨著變頻與穩(wěn)壓等技術(shù)的發(fā)展，對頻率要求高的特殊用戶已普遍降低了對電網(wǎng)頻率及電壓范圍的依賴。如果經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，電力用戶普遍對于頻率沒有如此高的要求、只有極個別用戶要求較高，那么頻率的正常運行允許偏差標(biāo)準(zhǔn)可以適當(dāng)放寬。
在新型電力系統(tǒng)建設(shè)背景下，我們還應(yīng)該積極擴展電力系統(tǒng)頻率控制手段，如新能源場站應(yīng)具備一次調(diào)頻能力、通過建立必要的經(jīng)濟補償機制激勵大型電力負荷（如電解鋁、多晶硅）參與頻率調(diào)節(jié)和控制、整合樓宇及商場的大型集中空調(diào)設(shè)備、以電熱鍋爐為代表的大容量電熱負荷、電動汽車充電樁等資源參與調(diào)頻。
武漢大學(xué)教授孫元章：
對于新型電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，可以從“源網(wǎng)荷儲”四個角度分析。
在發(fā)電側(cè)，由于發(fā)電形態(tài)發(fā)生了質(zhì)的變化，大功率快速波動性難以準(zhǔn)確預(yù)測已經(jīng)成為影響供電質(zhì)量和危害系統(tǒng)安全運行的關(guān)鍵問題。
電網(wǎng)側(cè)要滿足發(fā)、輸、配、用電的功率傳輸，降低損耗，防止堵塞，保證網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安全性，電網(wǎng)側(cè)能否放松頻率偏差國家標(biāo)準(zhǔn)以接納高比例新能源是值得考慮的。
對于負荷側(cè)，我們從負荷對頻率的自然響應(yīng)特性出發(fā)，提出控制技術(shù)將負荷頻率的自然響應(yīng)轉(zhuǎn)化為受控響應(yīng)，創(chuàng)新了受控負荷阻尼因子的基本概念、基本結(jié)構(gòu)、參數(shù)整定和實現(xiàn)方法，以大幅度提升負荷側(cè)的頻率響應(yīng)能力。
在充分挖掘負荷側(cè)響應(yīng)能力的前提下，再配置必要的儲能，保證新型電力系統(tǒng)的調(diào)頻和調(diào)峰需求。
南方電網(wǎng)高級技術(shù)專家陳亦平：
新能源高占比正在由局部小系統(tǒng)向大型互聯(lián)電網(wǎng)轉(zhuǎn)換，新能源高滲透率帶來低慣量特征，2016年9月和2019年9月，澳大利亞和英國分別發(fā)生的大面積停電事故，都是典型的低慣量電力系統(tǒng)大擾動頻率穩(wěn)定性問題。隨著大規(guī)模新能源的并網(wǎng)，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定機理和市場模式正在持續(xù)變化，以市場化模式發(fā)掘新型快速頻率響應(yīng)（一次調(diào)頻）和靈活性調(diào)節(jié)資源（二次調(diào)頻）已成為重要趨勢。
從國內(nèi)外經(jīng)驗看，不同的電網(wǎng)規(guī)模、電源和負荷結(jié)構(gòu)使得各地區(qū)電網(wǎng)頻率特性差異巨大，由此產(chǎn)生了不同的控制標(biāo)準(zhǔn)和控制策略。例如，由于水電一次調(diào)頻的慢速調(diào)節(jié)特性，擁有高比例水電的北歐、加拿大和魁北克普遍采用了較為寬松的頻率控制標(biāo)準(zhǔn)。歐洲和北美近年來通過完善電網(wǎng)運行規(guī)則、并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、市場體系建設(shè)，扭轉(zhuǎn)了頻率特性持續(xù)惡化的趨勢，頻率合格率保持在較高水平。
我國網(wǎng)源協(xié)調(diào)管理優(yōu)于國外電網(wǎng)，頻率控制水平整體較好，但存在頻率運行標(biāo)準(zhǔn)“一刀切”、系統(tǒng)運行不經(jīng)濟等問題。通過優(yōu)化分階段頻率控制要求，有助于對快速調(diào)頻資源進行優(yōu)化配置，減少穩(wěn)控切機切負荷需求。
內(nèi)蒙古電力（集團）有限責(zé)任公司技術(shù)專家委員會辦公室主任王小海：
頻率對于電網(wǎng)的影響體現(xiàn)在安全和電能質(zhì)量兩大方面，電網(wǎng)安全需要使用一些技術(shù)管理手段甚至是硬性規(guī)定來保證，電能質(zhì)量則更多通過經(jīng)濟手段來保證。對于頻率控制的研究這兩方面都有必要涉及。
我們應(yīng)該以問題為導(dǎo)向，新型電力系統(tǒng)需要解決新的問題，因此要對頻率運行控制提出一些新的思路和建議。而且每個電網(wǎng)特點不同，頻率波動對其影響也不同，應(yīng)該根據(jù)問題提出對策，不搞一刀切。
研究頻率控制問題需要收集各大電網(wǎng)的現(xiàn)狀和相關(guān)案例，了解電網(wǎng)特性和擾動后頻率波動的實際情況，針對不同運行工況提出不同建議。最終可能在一些情況下頻率波動范圍應(yīng)該放寬，這樣放寬后系統(tǒng)可以安排相對較少的備用容量，而另一些情況下波動范圍則應(yīng)該收窄，因為局部的波動可能會影響整個電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定。
西安交通大學(xué)教授方萬良：
頻率是一個全局性問題，關(guān)系到連接在同一個電網(wǎng)上的所有負荷，只是一些負荷對于頻率不敏感，一些負荷對于頻率敏感。頻率問題涉及到整個社會用電產(chǎn)品的質(zhì)量。頻率控制標(biāo)準(zhǔn)就相當(dāng)于電力工業(yè)對于下游的承諾，因為用電器是以這一標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)設(shè)計的。在新能源占比不斷提高的情況下，電力系統(tǒng)面臨調(diào)節(jié)壓力，因此頻率控制標(biāo)準(zhǔn)問題是值得研究的，但我們應(yīng)該明晰標(biāo)準(zhǔn)修改的實際影響，衡量其中的成本收益，計算全社會付出的代價是什么，電力系統(tǒng)維持原來的標(biāo)準(zhǔn)的代價有多大，最終通過科學(xué)的研究決定頻率控制標(biāo)準(zhǔn)是否應(yīng)該修改以及如何修改。
云南電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)研究中心一級技術(shù)專家吳?。?
不同的主體因所處位置不同，會對同一問題持不同觀點。例如頻率控制問題，從事電力調(diào)度控制工作的人認為非常重要，但學(xué)者、政府部門等可能更看重其他問題。對于頻率問題的探討不應(yīng)該僅停留在技術(shù)層面，要放在“雙碳”目標(biāo)和新型電力系統(tǒng)建設(shè)的背景下考慮。由于電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，為了解決新問題，標(biāo)準(zhǔn)的修改是值得探討的，同時修改標(biāo)準(zhǔn)可能產(chǎn)生的影響也需要考慮。對于電力系統(tǒng)頻率問題的改善，從方法論上來說，可以在安全、綠色、經(jīng)濟這個“三角”中尋求一種平衡，在保證安全的前提下，不對用戶產(chǎn)生明顯影響，同時挖掘整個電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，實現(xiàn)全社會利益的最大化。
如何挖掘調(diào)節(jié)資源？
武漢大學(xué)電氣與自動化學(xué)院副院長徐箭：
我所在的課題組十多年來一直在研究對負荷進行直接控制。2011年我們在內(nèi)蒙古自治區(qū)研究局域電網(wǎng)中能否讓負荷參與頻率調(diào)節(jié)以消納更多新能源。當(dāng)時我們建設(shè)了一個微電網(wǎng)，其中包括130萬千瓦火電、80萬千瓦電解鋁負荷和30萬千瓦風(fēng)電，并對電解鋁企業(yè)進行了一定改造。過去人們認為，電解鋁屬于一類負荷，不可調(diào)節(jié)，但是改造后試點企業(yè)在額定功率20%的范圍內(nèi)可以實現(xiàn)連續(xù)有功調(diào)節(jié)。電解鋁屬于蓄熱型負荷，短時間內(nèi)功率在一定范圍內(nèi)變化不會影響產(chǎn)品質(zhì)量，而改造產(chǎn)生的調(diào)節(jié)能力是非?？捎^的。最初鋁廠有抵觸心理，擔(dān)心電力供應(yīng)問題，但改造也幫助他們解決了鋁廠內(nèi)部原有的頻率波動問題，最終獲得了企業(yè)的支持。
類似的蓄熱型負荷還有短流程煉鋼中的電弧爐，它的功率也可以實現(xiàn)一定范圍的連續(xù)控制。多晶硅在生產(chǎn)過程中也有可調(diào)節(jié)空間。從這些研究來看，負荷側(cè)的調(diào)節(jié)潛力是值得挖掘的。
暨南大學(xué)國際能源學(xué)院執(zhí)行院長劉敏：
在新能源滲透率逐步增加的情況下，系統(tǒng)慣量逐步減少，這是我們一定會面臨的問題。對調(diào)頻問題的解決需要巨大的資源支撐，需求側(cè)的資源相對于投資儲能等設(shè)施更為廉價，使用需求側(cè)的調(diào)節(jié)資源有助于提高能源使用效率，降低全社會的平均用能成本。
伴隨著電動汽車的大規(guī)模發(fā)展，未來用戶側(cè)將擁有大量的可移動儲能（電池），過去電力系統(tǒng)是源隨荷動，現(xiàn)在的趨勢是源荷互動，未來電力系統(tǒng)形態(tài)會如何發(fā)展有很大的想象空間，控制技術(shù)也可能發(fā)生變化。
負荷有很多種類，比如電解鋁、煉鋼屬于生產(chǎn)類負荷。負荷還可以按照不同周期特點和不同重要性分類，未來負荷集成商和虛擬電廠需要關(guān)注不同類型負荷的特點。
從過去的實踐經(jīng)驗看，供需緊張時期，用戶可以貢獻出一小部分零散的、不重要的負荷參與電力系統(tǒng)的可中斷負荷管理。但目前我們對于負荷的內(nèi)部分類是不專業(yè)的，因此對于存量資源進行調(diào)節(jié)能力方面的改造和提升不是一件容易的事。
輔助服務(wù)的收益分配是采用補償方式還是市場競爭方式，也是值得深度研究的。2006年《并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理暫行辦法》出臺，對發(fā)電廠的輔助服務(wù)補償從無到有，現(xiàn)在則提高了補償標(biāo)準(zhǔn)，并引入用戶參與輔助服務(wù)費用的分攤，整個改革是一種漸進的過程。
華南理工大學(xué)教授陳皓勇：
從控制理論的角度來說，頻率問題是一個全局性問題，與電壓問題不同，電壓問題可以就地解決，頻率問題則是整體的系統(tǒng)平衡問題。
系統(tǒng)控制問題主要有三個階段，第一階段是孤立分散的控制，第二階段是對系統(tǒng)的控制，第三階段是多智能主體集群協(xié)同控制。由于頻率問題是全局性問題，因此也是智能協(xié)同控制理論一個很好的應(yīng)用領(lǐng)域?？稍偕茉创笠?guī)模并網(wǎng)給電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定帶來影響，迫切需要多調(diào)頻資源以協(xié)同控制的方式參與電網(wǎng)快速頻率響應(yīng)，提升大電網(wǎng)頻率安全水平。
對于頻率控制的改善還有賴于輔助服務(wù)市場機制的發(fā)展，通過適當(dāng)?shù)氖袌龈偁帣C制或者價格補償機制，可以把負荷側(cè)各類分布式資源聚合起來。
