中國電科院陳志磊：平價時代新能源場站快速頻率響應

:“到2018年年底，西北電網總風電裝機接近4900萬千瓦，光伏裝機超過4000萬千瓦，占總裝機16%，風電和光伏加在一起在西北網區(qū)域內占電源總裝機的超過35%，1/3都是新能源的天下，這個比例對于電網來講已經很大，可能新能源技術上沒有問題，電網可以無限接納，但要知道新能源是天賦異稟，也搶占了一定的江湖地位，但新能源到底能不能全面替代常規(guī)能源？新能源有這個潛質，也要認識到自身的缺陷?！敝袊娍圃盒履茉囱芯克魅沃黻愔纠谠?019年度電成本最優(yōu)高峰論壇上發(fā)表重要講話。北極星太陽能光伏網、一起光伏APP對大會進行全程直播。

直播專題：2019年度電成本最優(yōu)高峰論壇

中國電科院新能源研究所主任助理陳志磊主題分享《新能源場站快速頻率響應》

以下為發(fā)言實錄

陳志磊：

實際上大家看這個題目，平價時代，看上去跟場站新能源快速響應沒有什么關系，新能源不只是平價，還要替代傳統(tǒng)電源、火電、水電。上午說了遇到消納問題，由新能源行業(yè)和傳統(tǒng)能源之間利益博弈的問題，作為新能源，具不具備能力跟老大博弈，有沒有能力搶占第一的位置。新能源，無論是風電還是光伏，10年前可能是個小孩子，經過10年大家立捧立推，把他培養(yǎng)大，10年之后成長為青壯年，現在挑戰(zhàn)傳統(tǒng)電源的地位，內功夠不夠硬，有沒有這個實力。所以，今天說一下新能源場站快速頻率響應，在平價之后需要具備什么樣的能力，才能讓新能源真正成為行業(yè)老大。

背景

在西北五省區(qū)域內進行試點和推廣，首先，到2018年年底，西北電網總風電裝機接近4900萬千瓦，光伏裝機超過4000萬千瓦，占總裝機16%，風電和光伏加在一起在西北網區(qū)域內占電源總裝機的超過35%，1/3都是新能源的天下，這個比例對于電網來講已經很大，可能新能源技術上沒有問題，電網可以無限接納，但要知道新能源是天賦異稟，也搶占了一定的江湖地位，但新能源到底能不能全面替代常規(guī)能源？新能源有這個潛質，也要認識到自身的缺陷。

消納的問題

國家電網公司想盡一切辦法解決消納的問題，但是技術手段捉襟見肘，不能完全解決現有的矛盾，因為裝機量的大幅上漲跟電源整體結構運行方式的調整之間是需要過程，需要一個緩沖的時間。所以西北電網在16、17年，一直到去年年底之前都在做嘗試，想盡一切辦法解決消納的問題，但是由于統(tǒng)計口徑的不一樣，各方面的原因都對消納起到了一定的促進作用，但總體消納的形式還是很嚴峻。常規(guī)火電已經大范圍的退出電網，給新能源留出足夠的空間，這就使得電網結構發(fā)生了很大的變化，以前傳統(tǒng)的電源電網和負荷實施平衡的規(guī)則很有可能會被打破。需要新能源廠家在一定程度上接替常規(guī)電源的責任。

在西北電網這個區(qū)域由于這么大的裝機，在中午太陽光非常強的時候，新能源的發(fā)電最大出力，這時候火電要調峰，常規(guī)電源沒有向下調峰的能力，在這種情況下就需要新能源廠家具備向下整峰的功能，跟常規(guī)電源配合起來，把主網撐起來。

另外網的建設，由于現在直流輸電大規(guī)模的投運，也給電網的運行帶來隱患，當直流出現故障的時候可能對于電網的沖擊比較大，所以也對電網的頻率安全穩(wěn)定造成了一定的威脅，我們預計到2020年西北電網外送規(guī)模會超過8000萬千瓦。

系統(tǒng)調頻難度不斷加大

隨著西北電網新能源占比不斷攀高，電網發(fā)生系統(tǒng)調節(jié)的矛盾也是不斷增加的，也急需新能源參與到電網調頻當中。這張圖做了一個計算，有新能源開機和沒有新能源開機，幾個頻率響應的曲線。有新能源開機，頻率響應，電網的頻率調節(jié)能力會一定程度降低，但是當新能源具備頻率響應能力的時候，這個特性會一定程度上抵消，會很大程度上緩解調頻的需求。

新能源快速發(fā)展技術上已經不存在問題?，F在想要新能源具備快速頻率響應的功能很容易，基本上都能做到。另外標準也已經出臺，可以有效指導做這件事情。

實際上這個事情西北網在推廣，在西北電網分布也都陸續(xù)發(fā)了文件，來鼓勵和支持西北的新能源開展快速頻率響應和試點工作，目前這個工作取得的效果也是非常好，也在主網做過一次大的實驗，也是能夠看到具備了快速頻率響應之后，它是可以撐起來電網調頻的需求。

那么，這么多背景，需要新能源廠商具備什么樣的能力。第一，系統(tǒng)側調頻指標，電源的調頻資源，在調頻方面的差異性，所以針對風電和光伏提出了不同要求，也是根據技術實現的難度不一樣，對于風電來要求有一個正負0.1刻度的響應。第一個新能源場站有功功率降至額定負荷10%時可不再向下調節(jié)。第二個新能源場站根據實時運行工況參與電網頻率快速響應。

對于多調頻資源快速調頻參數設置方案，對于風電、水電、常規(guī)火電，實際上在系統(tǒng)提供調頻功率的時候，他們所扮演的角色是不一樣的，在電力系統(tǒng)需要調頻的時候，實際上是希望電源能夠給電網采取措施之前爭取更多的時間，有足夠的時間采取措施讓人、網、赫達到頻率狀態(tài)，并不是希望一次調頻把電網的頻率拉到，這是一個緩沖的時段，所以不同的電源在電網需求時要求也是不一樣的。

結合西北五省新能源場站快速頻率響應市電情況，西北電網提出了新能源場站的快速頻率響應性要求。對于響應指標有響應滯后時間，第二是響應的時間，目標值的時間，第三整個響應過程的調節(jié)時間。

具體電網的改造，風電和光伏比較典型的改造方案如何去實現？第一個有在AGC系統(tǒng)上直接改，直接在AGC上加裝高頻測試裝置，感知層要怎么做，要加高精度的測量裝置，在AGC上通過軟件的控制算法，頻率開始響應最難做到的就是工具，如何在最短時間內讓它們同時協調性的輸出，這是第一種方式。這種方式優(yōu)點不用改變風場現有的框架，只需要在原有基礎上做一個程序的更新，但是時間比較長，不一定能夠滿足快速響應的時間要求，所以在通訊環(huán)節(jié)還需要進一步優(yōu)化。第二需要加裝高頻的裝置，只有非常明確的感受到了頻率的變化，才能做出準確的動作。

優(yōu)點傳輸層級會比較少，也不改變原有的控制框架，但是這個需要AGC和系統(tǒng)之間要有一個協調配合，而且不同的設備制造商之間，可能平臺之間會有差異，兼容性通用性會比較差一點，這是這個方案的不足之處。第三個就是加裝專用的快頻響應的裝置，電網頻率異常時“旁路”風電場原有功率控制系統(tǒng)，不同的技術路線選擇響應的風電場進行試點。

光伏也一樣，也分幾種改造方案，第一個就是AGC，把需要的功能在程序上寫進去。優(yōu)點和缺點也是跟風電是一樣的，因為技術路線是一樣的。第二就是加裝快速頻率響應裝置。優(yōu)點就是對于現有的電站和新建的電站可以兼容，可能我發(fā)一個指令，我問第一臺機發(fā)給他，第一臺機不回答就在等，等到你回答，再給第二臺機發(fā)指令，現在建議并發(fā)的方式來解決這個問題。第二就是在逆變器上直接改，無論從發(fā)電效率，從各方面功能的附加，逆變器一直是在風口浪尖，凡是有功能需要加，可能大家都會想到逆變器會干這個事，所以這是挑戰(zhàn)也是機遇，也是給逆變器的廠家提供了動力。逆變器的優(yōu)點是速度快，是不是大家要統(tǒng)一步調聽從指令來做這件事情，就是逆變器的數量比較多，真正發(fā)程序改造工作量比較大。

雖然看上去頻率快速響應跟今天的主題不是特別相關，密切性不高，但是開場我說了，平價之后是光伏的天下，光伏想要得天下就要練好內功，謝謝大家！

（發(fā)言為一起光伏APP根據速記整理，未經本人審核）