隨著風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電的快速發(fā)展,新能源裝機(jī)占比不斷增加,常規(guī)火電、水電等傳統(tǒng)裝機(jī)被新能源大量替代,電網(wǎng)系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)能力不斷下降,電網(wǎng)頻率控制問題日益凸出,電網(wǎng)頻率問題時(shí)而發(fā)生。但新能源電站由于其自身特點(diǎn),其頻率響應(yīng)慢,使得常規(guī)發(fā)電機(jī)組調(diào)頻調(diào)峰壓力增大,因此新能源電站一次調(diào)頻需求是發(fā)展的必然趨勢(shì)。
新增新能源項(xiàng)目的大量接入電網(wǎng),將主要帶來以下主要問題:
(1)高新能源占比下電網(wǎng)系統(tǒng)頻率和電壓調(diào)節(jié)能力持續(xù)下降;
(2)電網(wǎng)對(duì)新能源發(fā)電的適應(yīng)性不足,存在大規(guī)模脫網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn);
(3)多電力電子設(shè)備交互作用復(fù)雜,系統(tǒng)振蕩問題明顯;
以上問題是新能源發(fā)電快速增長(zhǎng)帶來的突出問題,是新能源發(fā)電可持續(xù)發(fā)展的重要決定性因素。而快速頻率控制是解決以上問題中的一個(gè)重要途徑。
2016年,西北能監(jiān)局已在西北五省進(jìn)行快速頻率響應(yīng)的試點(diǎn)研究,2016-2017西北電網(wǎng)內(nèi)10家新能源電站已完成頻率快速響應(yīng)的功能改造,驗(yàn)證了新能源電站應(yīng)具備電網(wǎng)快速頻率響應(yīng)能力。
2、一次調(diào)頻的技術(shù)方案
技術(shù)原理
快速頻率響應(yīng)技術(shù)是指電網(wǎng)頻率發(fā)生大頻差擾動(dòng)時(shí),能夠快速調(diào)節(jié)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電功率,使電網(wǎng)頻率快速恢復(fù)到正常范圍。
以風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目為例,通過采集風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)系統(tǒng)頻率,在風(fēng)資源允許的條件下(發(fā)電功率超過額定功率的20%),頻率快速響應(yīng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)判斷電網(wǎng)的頻率和電壓的變化情況。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行正常,并且頻率超出死區(qū)范圍時(shí),頻率快速響應(yīng)系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行工況進(jìn)行判斷,確定每臺(tái)風(fēng)機(jī)的動(dòng)作邏輯。同時(shí),監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控、存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)分析等功能,使風(fēng)電場(chǎng)能夠主動(dòng)響應(yīng)系統(tǒng)頻率的變化,維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
圖1 風(fēng)電場(chǎng)頻率快速響應(yīng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D
頻率快速響應(yīng)原理
新能源場(chǎng)站按照下圖有功-頻率特性曲線函數(shù)實(shí)現(xiàn)快速頻率響應(yīng)功能:
其中:
圖2 風(fēng)電場(chǎng)快速調(diào)頻響應(yīng)有功頻率下垂特性示意圖
系統(tǒng)功能
(1)當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生偏移時(shí),電站能進(jìn)行快速頻率響應(yīng);
(2)當(dāng)頻率上升時(shí)能夠主動(dòng)減少有功輸出,當(dāng)頻率下降時(shí),在限功率狀態(tài)下能夠主動(dòng)提升功率。
(3)監(jiān)測(cè)機(jī)組安全約束調(diào)節(jié),根據(jù)接受到的控制命令在滿足安全約束條件下實(shí)施控制輸出。
(4)單機(jī)調(diào)頻快速響應(yīng)模塊用于實(shí)現(xiàn)單機(jī)直流母線電壓控制、調(diào)頻控制以及限功率控制等功能。
(5)頻率快速響應(yīng)系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)異常進(jìn)行判斷,同時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有功、無功以及頻率,全場(chǎng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài),快速調(diào)頻觸發(fā)以及單機(jī)快速調(diào)頻命令觸發(fā)等功能。
結(jié)語
截止目前,一次調(diào)頻技術(shù)已經(jīng)在西北五省及其他很多新能源裝機(jī)大省完成了試驗(yàn)性測(cè)試,測(cè)試效果良好,很多省份已出臺(tái)相關(guān)要求,將新能源一次調(diào)頻技術(shù)列為新能源項(xiàng)目建設(shè)的必要條件。