中國儲能網訊：12月11日12時，在國家電網有限公司西北分部的電力調度控制大廳內，主值調度員陳力緊盯監(jiān)控大屏上各風電場、光伏電站的實時出力數據。
“這個時段新能源出力大，常規(guī)機組調頻能力較弱，要重點關注新能源機組的運行情況?！标惲ν抡f。為了確保極端情況下電網頻率穩(wěn)定，他們通過計算機組出力數據確定：此時西北地區(qū)有超200萬千瓦的新能源機組可參與電網一次調頻，在極端情況下可秒級響應。
“烏金”富集，“風光”無限——西北地區(qū)是我國的重要能源基地，風光資源可開發(fā)量超過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)建設的重要“試驗場”。截至2023年年底，西北電網已成為我國首個以新能源為發(fā)電裝機主體電源的區(qū)域電網。
新能源發(fā)電電源的大規(guī)模并網在提升能源電力“含綠量”的同時，也對電網運行提出了更高要求。作為保障電網安全穩(wěn)定運行的重要參數，電網頻率與新能源機組的關系卻并不“友好”。
“傳統(tǒng)的電網調頻主要通過火電、水電機組實現。這類常規(guī)機組調頻能力強，也易于調控?！标惲φf，“新能源機組本身并不具備調頻能力，而且其出力的波動性、間歇性還增加了電網的調頻負擔?！?
進入“十四五”以來，西北電網年均增加新能源發(fā)電裝機3600萬千瓦，在運直流輸電工程數量達到11項，電力跨區(qū)外送規(guī)模居我國各區(qū)域電網之首。在新型電力系統(tǒng)加快建設的背景下，面對新能源大規(guī)模并網、電網網架結構愈加復雜等挑戰(zhàn)，國網西北分部如何確保電網頻率穩(wěn)定？
“我們通過應用快速頻率響應控制技術讓新能源變成電網調頻的重要資源?！眹W西北分部調度控制中心主任任景介紹，“目前，西北地區(qū)已有超過4000萬千瓦裝機的新能源機組可參與電網一次調頻，規(guī)模居全國區(qū)域電網首位。”
將不穩(wěn)定的新能源變成服務電網頻率穩(wěn)定的調節(jié)資源，得益于一項國網西北分部2016年啟動的項目。
8年前，西北地區(qū)的新能源發(fā)電裝機規(guī)模占電源總裝機的三分之一。盡管新能源裝機規(guī)模和電網網架結構復雜程度遠不及如今，西北電網因新能源并網帶來的調頻資源結構性困境卻已逐漸顯現。
“大量新能源機組并網后，常規(guī)機組裝機容量占比降低，電網可用的快速頻率響應資源相應減少，加之直流外送規(guī)模逐步增大，西北電網亟須新能源參與電網一次調頻，提升系統(tǒng)抵御功率沖擊的能力。”任景介紹。
于是，以提升新能源對電網頻率穩(wěn)定的支撐能力為目標，國網西北分部開始推進“高比例新能源送端電網多源協同控制關鍵技術研究與應用”項目。
當時，全國新能源場站均不具備快速頻率響應能力。國網西北分部開展的是一項“從無到有”的研究。如何破題？切入點還是常規(guī)電源機組。
“由于沒有其他可借鑒的案例，我們仿照了常規(guī)電源機組的一次調頻控制邏輯，嘗試在新能源場站的有功控制系統(tǒng)加入一次調頻功能?！眹W西北分部調度控制中心副主任王智偉說。
按照這一思路，項目團隊在10家新能源場站開展試點改造，又參照常規(guī)電源機組的一次調頻驗證方式，創(chuàng)新進行了一系列新能源快速頻率響應測試。項目團隊不僅驗證了新能源機組參與電網快速頻率響應的可行性，還總結提出了相關性能要求。
解決了“能不能”的問題，接下來就是“怎么做”。電網調頻需要各類型電源協同配合，要將新能源應用于電網實際調頻，還需要讓“風光”與“水火”更好地協作。
2023年12月14日17時14分，西北電網出現頻率波動。各類型電源根據預設的調頻參數迅速動作，協同調減出力，僅用5秒便將電網頻率調至穩(wěn)定區(qū)間。
本次操作的順利開展，正得益于項目的研究成果。在完成新能源場站試點改造和系統(tǒng)性試驗的基礎上，項目團隊考慮了新能源與常規(guī)電源的調頻差異，通過優(yōu)化控制參數提出了多類型電源梯次協同的一次調頻控制策略，讓常規(guī)電源機組與新能源機組在電網調頻中高效協同、綜合利用。
新能源快速頻率響應控制相關技術從2018年開始在西北五省（自治區(qū)）推廣，成功抵御了多次電網實際故障擾動，也助力西北電網構建了頻率安全防控體系。
隨著西北電網結構愈加復雜，項目團隊又開展了一系列優(yōu)化研究，在調頻資源梯次利用、級聯斷面優(yōu)化控制等更復雜場景下納入新能源。相關成果的應用促進了新能源一次調頻能力由“從無到有”向“從有到優(yōu)”轉變，使西北新能源關鍵送出通道利用率提升8個百分點。
項目成果也廣泛應用于新能源場站和新能源裝備制造企業(yè)。目前，項目團隊研發(fā)的新能源場站主動頻率控制裝置已在西北地區(qū)近300座新能源場站應用，研發(fā)的新能源場站控制硬件在環(huán)試驗測試平臺可在市場占有率超80%的20余種裝置及系統(tǒng)上開展測試。
“高比例新能源送端電網多源協同控制關鍵技術研究與應用”項目成果使西北電網調頻資源覆蓋至全類型電源，整體達到國際領先水平。
“項目的系列成果解決了新能源消納受限于頻率防控風險的技術瓶頸，對于新型電力系統(tǒng)建設具有支撐作用?！眹W西北分部副總工程師馬曉偉介紹。今年前三季度，西北電網新增新能源并網容量4030萬千瓦，同比增長38.4%，度夏期間包括風、光電源在內的清潔能源發(fā)電量超1600億千瓦時，占比超40%。
