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度控制大廳內(nèi)，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(shù)據(jù)。
“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(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(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系卻并不“友好”。
“傳統(tǒng)的電網(wǎng)調頻主要通過火電、水電機組實現(xiàn)。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(wǎng)的調頻負擔。”
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)加快建設的背景下，面對新能源大規(guī)模并網(wǎng)、電網(wǎng)網(wǎng)架結構愈加復雜等挑戰(zhàn)，國網(wǎng)西北分部如何確保電網(wǎng)頻率穩(wěn)定？
“我們通過應用快速頻率響應控制技術讓新能源變成電網(wǎng)調頻的重要資源?！眹W(wǎng)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(wǎng)一次調頻，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電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的調節(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)架結構復雜程度遠不及如今，西北電網(wǎng)因新能源并網(wǎng)帶來的調頻資源結構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資源相應減少，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(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(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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)調頻需要各類型電源協(xié)同配合，要將新能源應用于電網(wǎng)實際調頻，還需要讓“風光”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)預設的調頻參數(shù)迅速動作，協(xié)同調減出力，僅用5秒便將電網(wǎng)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(shù)提出了多類型電源梯次協(xié)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(wǎng)調頻中高效協(xié)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?。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)構建了頻率安全防控體系。
隨著西北電網(wǎng)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(lián)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(wǎng)多源協(xié)同控制關鍵技術研究與應用”項目成果使西北電網(wǎng)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(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、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%。
