中國儲能網(wǎng)訊：12月11日12時，在國家電網(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、光伏電站的實時出力數(shù)據(jù)。
“這個時段新能源出力大，常規(guī)機組調(diào)頻能力較弱，要重點關(guān)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(wǎng)頻率穩(wěn)定，他們通過計算機組出力數(shù)據(jù)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(wǎng)一次調(diào)頻，在極端情況下可秒級響應(yīng)。
“烏金”富集，“風(fēng)光”無限——西北地區(qū)是我國的重要能源基地，風(fēng)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(shè)的重要“試驗場”。截至2023年年底，西北電網(wǎng)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(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，也對電網(wǎng)運行提出了更高要求。作為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要參數(shù)，電網(wǎng)頻率與新能源機組的關(guān)系卻并不“友好”。
“傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)頻主要通過火電、水電機組實現(xiàn)。這類常規(guī)機組調(diào)頻能力強，也易于調(diào)控?！标惲φf，“新能源機組本身并不具備調(diào)頻能力，而且其出力的波動性、間歇性還增加了電網(wǎng)的調(diào)頻負擔(dān)?！?
進入“十四五”以來，西北電網(wǎng)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(shù)量達到11項，電力跨區(qū)外送規(guī)模居我國各區(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)，國網(wǎng)西北分部如何確保電網(wǎng)頻率穩(wěn)定？
“我們通過應(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W(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4000萬千瓦裝機的新能源機組可參與電網(wǎng)一次調(diào)頻，規(guī)模居全國區(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，得益于一項國網(wǎng)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(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度遠不及如今，西北電網(wǎng)因新能源并網(wǎng)帶來的調(diào)頻資源結(jié)構(gòu)性困境卻已逐漸顯現(xiàn)。
“大量新能源機組并網(wǎng)后，常規(guī)機組裝機容量占比降低，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，以提升新能源對電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的支撐能力為目標，國網(wǎng)西北分部開始推進“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”項目。
當(dāng)時，全國新能源場站均不具備快速頻率響應(yīng)能力。國網(wǎng)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(diào)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(diào)頻功能?！眹W(wǎng)西北分部調(diào)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(diào)頻驗證方式，創(chuàng)新進行了一系列新能源快速頻率響應(yīng)測試。項目團隊不僅驗證了新能源機組參與電網(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”的問題，接下來就是“怎么做”。電網(wǎng)調(diào)頻需要各類型電源協(xié)同配合，要將新能源應(yīng)用于電網(wǎng)實際調(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14分，西北電網(wǎng)出現(xiàn)頻率波動。各類型電源根據(jù)預(yù)設(shè)的調(diào)頻參數(shù)迅速動作，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(chǔ)上，項目團隊考慮了新能源與常規(guī)電源的調(diào)頻差異，通過優(yōu)化控制參數(shù)提出了多類型電源梯次協(xié)同的一次調(diào)頻控制策略，讓常規(guī)電源機組與新能源機組在電網(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年開始在西北五?。ㄗ灾螀^(qū)）推廣，成功抵御了多次電網(wǎng)實際故障擾動，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，項目團隊又開展了一系列優(yōu)化研究，在調(diào)頻資源梯次利用、級聯(lián)斷面優(yōu)化控制等更復(fù)雜場景下納入新能源。相關(guān)成果的應(yīng)用促進了新能源一次調(diào)頻能力由“從無到有”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個百分點。
項目成果也廣泛應(yīng)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(yīng)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(wǎng)多源協(xié)同控制關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”項目成果使西北電網(wǎng)調(diào)頻資源覆蓋至全類型電源，整體達到國際領(lǐng)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(fēng)險的技術(shù)瓶頸，對于新型電力系統(tǒng)建設(shè)具有支撐作用?！眹W(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4030萬千瓦，同比增長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，占比超40%。
