中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：12月11日12時(shí)，在國(guó)家電網(wǎng)有限公司西北分部的電力調(diào)度控制大廳內(nèi)，主值調(diào)度員陳力緊盯監(jiān)控大屏上各風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站的實(shí)時(shí)出力數(shù)據(jù)。
“這個(gè)時(shí)段新能源出力大，常規(guī)機(jī)組調(diào)頻能力較弱，要重點(diǎn)關(guān)注新能源機(jī)組的運(yùn)行情況。”陳力對(duì)同事說(shuō)。為了確保極端情況下電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，他們通過(guò)計(jì)算機(jī)組出力數(shù)據(jù)確定：此時(shí)西北地區(qū)有超200萬(wàn)千瓦的新能源機(jī)組可參與電網(wǎng)一次調(diào)頻，在極端情況下可秒級(jí)響應(yīng)。
“烏金”富集，“風(fēng)光”無(wú)限——西北地區(qū)是我國(guó)的重要能源基地，風(fēng)光資源可開(kāi)發(fā)量超過(guò)160億千瓦。如此規(guī)模的新能源資源，讓西北成為新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要“試驗(yàn)場(chǎng)”。截至2023年年底，西北電網(wǎng)已成為我國(guó)首個(gè)以新能源為發(fā)電裝機(jī)主體電源的區(qū)域電網(wǎng)。
新能源發(fā)電電源的大規(guī)模并網(wǎng)在提升能源電力“含綠量”的同時(shí)，也對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行提出了更高要求。作為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要參數(shù)，電網(wǎng)頻率與新能源機(jī)組的關(guān)系卻并不“友好”。
“傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)頻主要通過(guò)火電、水電機(jī)組實(shí)現(xiàn)。這類(lèi)常規(guī)機(jī)組調(diào)頻能力強(qiáng)，也易于調(diào)控?！标惲φf(shuō)，“新能源機(jī)組本身并不具備調(diào)頻能力，而且其出力的波動(dòng)性、間歇性還增加了電網(wǎng)的調(diào)頻負(fù)擔(dān)?！?
進(jìn)入“十四五”以來(lái)，西北電網(wǎng)年均增加新能源發(fā)電裝機(jī)3600萬(wàn)千瓦，在運(yùn)直流輸電工程數(shù)量達(dá)到11項(xiàng)，電力跨區(qū)外送規(guī)模居我國(guó)各區(qū)域電網(wǎng)之首。在新型電力系統(tǒng)加快建設(shè)的背景下，面對(duì)新能源大規(guī)模并網(wǎng)、電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜等挑戰(zhàn)，國(guó)網(wǎng)西北分部如何確保電網(wǎng)頻率穩(wěn)定？
“我們通過(guò)應(yīng)用快速頻率響應(yīng)控制技術(shù)讓新能源變成電網(wǎng)調(diào)頻的重要資源?！眹?guó)網(wǎng)西北分部調(diào)度控制中心主任任景介紹，“目前，西北地區(qū)已有超過(guò)4000萬(wàn)千瓦裝機(jī)的新能源機(jī)組可參與電網(wǎng)一次調(diào)頻，規(guī)模居全國(guó)區(qū)域電網(wǎng)首位。”
將不穩(wěn)定的新能源變成服務(wù)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的調(diào)節(jié)資源，得益于一項(xiàng)國(guó)網(wǎng)西北分部2016年啟動(dòng)的項(xiàng)目。
8年前，西北地區(qū)的新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模占電源總裝機(jī)的三分之一。盡管新能源裝機(jī)規(guī)模和電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度遠(yuǎn)不及如今，西北電網(wǎng)因新能源并網(wǎng)帶來(lái)的調(diào)頻資源結(jié)構(gòu)性困境卻已逐漸顯現(xiàn)。
“大量新能源機(jī)組并網(wǎng)后，常規(guī)機(jī)組裝機(jī)容量占比降低，電網(wǎng)可用的快速頻率響應(yīng)資源相應(yīng)減少，加之直流外送規(guī)模逐步增大，西北電網(wǎng)亟須新能源參與電網(wǎng)一次調(diào)頻，提升系統(tǒng)抵御功率沖擊的能力?！比尉敖榻B。
于是，以提升新能源對(duì)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的支撐能力為目標(biāo)，國(guó)網(wǎng)西北分部開(kāi)始推進(jìn)“高比例新能源送端電網(wǎng)多源協(xié)同控制關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目。
當(dāng)時(shí)，全國(guó)新能源場(chǎng)站均不具備快速頻率響應(yīng)能力。國(guó)網(wǎng)西北分部開(kāi)展的是一項(xiàng)“從無(wú)到有”的研究。如何破題？切入點(diǎn)還是常規(guī)電源機(jī)組。
“由于沒(méi)有其他可借鑒的案例，我們仿照了常規(guī)電源機(jī)組的一次調(diào)頻控制邏輯，嘗試在新能源場(chǎng)站的有功控制系統(tǒng)加入一次調(diào)頻功能。”國(guó)網(wǎng)西北分部調(diào)度控制中心副主任王智偉說(shuō)。
按照這一思路，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在10家新能源場(chǎng)站開(kāi)展試點(diǎn)改造，又參照常規(guī)電源機(jī)組的一次調(diào)頻驗(yàn)證方式，創(chuàng)新進(jìn)行了一系列新能源快速頻率響應(yīng)測(cè)試。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)不僅驗(yàn)證了新能源機(jī)組參與電網(wǎng)快速頻率響應(yīng)的可行性，還總結(jié)提出了相關(guān)性能要求。
解決了“能不能”的問(wèn)題，接下來(lái)就是“怎么做”。電網(wǎng)調(diào)頻需要各類(lèi)型電源協(xié)同配合，要將新能源應(yīng)用于電網(wǎng)實(shí)際調(diào)頻，還需要讓“風(fēng)光”與“水火”更好地協(xié)作。
2023年12月14日17時(shí)14分，西北電網(wǎng)出現(xiàn)頻率波動(dòng)。各類(lèi)型電源根據(jù)預(yù)設(shè)的調(diào)頻參數(shù)迅速動(dòng)作，協(xié)同調(diào)減出力，僅用5秒便將電網(wǎng)頻率調(diào)至穩(wěn)定區(qū)間。
本次操作的順利開(kāi)展，正得益于項(xiàng)目的研究成果。在完成新能源場(chǎng)站試點(diǎn)改造和系統(tǒng)性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)考慮了新能源與常規(guī)電源的調(diào)頻差異，通過(guò)優(yōu)化控制參數(shù)提出了多類(lèi)型電源梯次協(xié)同的一次調(diào)頻控制策略，讓常規(guī)電源機(jī)組與新能源機(jī)組在電網(wǎng)調(diào)頻中高效協(xié)同、綜合利用。
新能源快速頻率響應(yīng)控制相關(guān)技術(shù)從2018年開(kāi)始在西北五?。ㄗ灾螀^(qū)）推廣，成功抵御了多次電網(wǎng)實(shí)際故障擾動(dòng)，也助力西北電網(wǎng)構(gòu)建了頻率安全防控體系。
隨著西北電網(wǎng)結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)又開(kāi)展了一系列優(yōu)化研究，在調(diào)頻資源梯次利用、級(jí)聯(lián)斷面優(yōu)化控制等更復(fù)雜場(chǎng)景下納入新能源。相關(guān)成果的應(yīng)用促進(jìn)了新能源一次調(diào)頻能力由“從無(wú)到有”向“從有到優(yōu)”轉(zhuǎn)變，使西北新能源關(guān)鍵送出通道利用率提升8個(gè)百分點(diǎn)。
項(xiàng)目成果也廣泛應(yīng)用于新能源場(chǎng)站和新能源裝備制造企業(yè)。目前，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新能源場(chǎng)站主動(dòng)頻率控制裝置已在西北地區(qū)近300座新能源場(chǎng)站應(yīng)用，研發(fā)的新能源場(chǎng)站控制硬件在環(huán)試驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)可在市場(chǎng)占有率超80%的20余種裝置及系統(tǒng)上開(kāi)展測(cè)試。
“高比例新能源送端電網(wǎng)多源協(xié)同控制關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目成果使西北電網(wǎng)調(diào)頻資源覆蓋至全類(lèi)型電源，整體達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
“項(xiàng)目的系列成果解決了新能源消納受限于頻率防控風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)瓶頸，對(duì)于新型電力系統(tǒng)建設(shè)具有支撐作用?！眹?guó)網(wǎng)西北分部副總工程師馬曉偉介紹。今年前三季度，西北電網(wǎng)新增新能源并網(wǎng)容量4030萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)38.4%，度夏期間包括風(fēng)、光電源在內(nèi)的清潔能源發(fā)電量超1600億千瓦時(shí)，占比超40%。
