大規(guī)模新能源接入下的互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率和頻率控制策略分析

吳麗紅　鄒文

摘 要：在將新能源大規(guī)模接入到電網(wǎng)系統(tǒng)的過程中，主要需面對新能源基地所在區(qū)域的負(fù)荷水平偏低，以及新能源集中并網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大對電網(wǎng)沖擊增強(qiáng)這兩個方面的技術(shù)性難題。此兩方面的技術(shù)性難題現(xiàn)已成為阻礙我國應(yīng)用新能源發(fā)電的重要原因，因此，展開適宜于新能源消納的調(diào)度模式以及電網(wǎng)運(yùn)行控制方式研究意義重大。該文簡要分析了新能源并網(wǎng)對電網(wǎng)運(yùn)行控制所帶來的影響，而后提出了一些互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率和頻率控制策略，旨在為相關(guān)同行提供一些有價值的參考。

關(guān)鍵詞：新能源 互聯(lián)電網(wǎng) 聯(lián)絡(luò)線 功率控制 頻率控制

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0073-02

隨著當(dāng)今我國社會經(jīng)濟(jì)的高速化發(fā)展，全社會的能源需求量與日俱增，能源供應(yīng)緊張與生態(tài)環(huán)境污染問題日漸加重，這也導(dǎo)致我國的國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展受到了一定程度的負(fù)面影響，節(jié)能減排現(xiàn)已成為我國最為重要的一項發(fā)展戰(zhàn)略。基于這一背景之下，大力開展有關(guān)可再生清潔能源的研究工作意義重大。但在將太陽能、風(fēng)能、潮汐能等各種新型能源并入到電力系統(tǒng)的過程中面臨著巨大的困難挑戰(zhàn)。為解決這一問題，該次研究將就大規(guī)模新能源接入下的互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率和頻率控制策略展開深入探究工作。

1 概述

在新能源并網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大的當(dāng)下，就需要針對新能源所控制的目標(biāo)展開具體分析，例如，光伏發(fā)電站、風(fēng)力發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)對于電網(wǎng)所造成的影響。鑒于風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電等新型發(fā)電方式在調(diào)節(jié)特性系數(shù)與一般的傳統(tǒng)能源機(jī)組存在明顯的差異性，因而需要針對其有功調(diào)節(jié)特性展開具體研究，以便能夠更加確切地分析新能源并網(wǎng)對于電網(wǎng)調(diào)頻所造成的不利影響。

2 新能源并網(wǎng)對電網(wǎng)運(yùn)行控制的影響

鑒于新能源本身所具備的隨機(jī)特點(diǎn)以及可控制性相對較差，在將之大規(guī)模集中投入運(yùn)營之后便會導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、聯(lián)絡(luò)線控制、系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定等均會面臨著一定程度的影響，使得電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行面臨新的困境。

2.1 系統(tǒng)調(diào)峰難度巨大

完全不同類型的新型能源，其功率波動和用電負(fù)荷波動的變化趨勢有著顯著性的差異特點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電還具備有一定的“反調(diào)峰”特征，功率波動和用電負(fù)荷波動變化趨勢呈反方向同時變化的速率也相對較大，由此也便會導(dǎo)致電網(wǎng)等效峰谷差持續(xù)加劇，系統(tǒng)負(fù)荷特性將持續(xù)惡化，全網(wǎng)調(diào)峰區(qū)間也將增大，因而便要能夠在全網(wǎng)當(dāng)中一致留出完全足夠的正、負(fù)向旋轉(zhuǎn)存儲容量；光伏還具備有“正調(diào)峰”的特點(diǎn)，在出力高峰區(qū)間，傳統(tǒng)能源要求開展深度調(diào)峰，以便能夠給予光伏電量消納創(chuàng)造有力條件，由此也將導(dǎo)致全網(wǎng)調(diào)節(jié)存儲備用受到干擾。

2.2 系統(tǒng)頻率與聯(lián)絡(luò)線調(diào)控難度增大

風(fēng)力發(fā)電方式最為顯著的一項特征即為能量大、變化速率大、時空分布較不穩(wěn)定，因而在實(shí)際運(yùn)行過程當(dāng)中便時常會表現(xiàn)出功率瞬時突變特性。由當(dāng)前已經(jīng)并入電網(wǎng)當(dāng)中風(fēng)電機(jī)運(yùn)行特性來分析，風(fēng)力發(fā)電廠出力時常會在短短幾分鐘內(nèi)便會出現(xiàn)極為明顯的功率波動，致使系統(tǒng)頻率產(chǎn)生突變，聯(lián)絡(luò)線功率也將出現(xiàn)巨大偏差。光伏的短時功率變化以及周期性的峰谷改變，會導(dǎo)致電網(wǎng)有功不平衡量調(diào)控需求擴(kuò)大，特別是光伏出力顯著升高以及有功大幅波動區(qū)段，在開展電網(wǎng)頻率調(diào)控時難度大大增加。

3 互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率和頻率控制策略

3.1 互聯(lián)電網(wǎng)控制模式

依據(jù)對于機(jī)組調(diào)取應(yīng)用的形式具體可將互聯(lián)電網(wǎng)控制模式分成區(qū)域直接調(diào)用、區(qū)域分級調(diào)用、子區(qū)域分散調(diào)用三種。從整體上來看，可大致將其歸納為：集中式、分層式與分散式三種類型。

（1）集中式。

對全網(wǎng)有功備用容量需求以及自動發(fā)電量控制由調(diào)度中心統(tǒng)一計算處理，同時采用計劃安排與市場配置相結(jié)合的方式來將備用容量下發(fā)至各發(fā)電機(jī)組，在具體運(yùn)行之時，全網(wǎng)選用FFC控制策略，通過調(diào)度中心統(tǒng)一進(jìn)行計算并直接下達(dá)控制命令將機(jī)組有功出力控制起來，屆時，調(diào)度中心與自動發(fā)電量控制機(jī)組間可實(shí)現(xiàn)直接通信。

（2）分層式。

在具體運(yùn)行過程之時，全網(wǎng)均應(yīng)用FFC控制策略。調(diào)度中心依據(jù)有功功率以及可控資源特性與其分布狀況對于每一處區(qū)域所與之相對的出力調(diào)節(jié)量予以計算出力，同時通過指令值的方式將其發(fā)送到各子區(qū)域調(diào)度中心，而后再由子區(qū)域調(diào)度中心來針對區(qū)域內(nèi)的機(jī)組實(shí)現(xiàn)控制，也就是調(diào)度中心可利用通過發(fā)、等值機(jī)法這兩類形式來實(shí)現(xiàn)對自動發(fā)電量機(jī)組的調(diào)取應(yīng)用。

（3）分散式。

通過子區(qū)域依據(jù)實(shí)際情況選取控制方式來獲得有功功率控制資源，同時針對所管轄區(qū)域的發(fā)電機(jī)組采取自動發(fā)電備用容量調(diào)配。在具體運(yùn)營之時，子區(qū)域可選擇應(yīng)用FTC或者TBC的控制形式。

3.2 功率控制策略

在進(jìn)行功率調(diào)整時，交流電網(wǎng)內(nèi)的自動發(fā)電量控制不僅要對區(qū)域當(dāng)中的發(fā)電-負(fù)荷達(dá)到平衡效應(yīng)，同時還要求能夠有效處理隨時都在發(fā)生改變的直流線路功率。假定受端電網(wǎng)為支援側(cè)，那么相較于受端電網(wǎng)而言，在忽略其余交流聯(lián)絡(luò)線，進(jìn)行直流功率調(diào)整之時變化量分?jǐn)傂问饺鐖D1所示。

在圖1當(dāng)中，△PDC代表直流功率變化量，△PG代表機(jī)組出力偏差，△Pd代表機(jī)組出力調(diào)節(jié)整體需求量。在圖1當(dāng)中整體控制思路即為對直流功率變化量與機(jī)組出力偏差，通過比例-積分環(huán)節(jié)來求出功率調(diào)節(jié)的整體需求量，同時將之再分配到各調(diào)頻機(jī)組，利用不同機(jī)組間的增減出力來一起協(xié)助消除直流波動。

3.3 頻率控制策略

在電力系統(tǒng)當(dāng)中其頻率控制有針對頻率的一次與二次調(diào)節(jié)兩種。其中一次調(diào)節(jié)是應(yīng)用發(fā)電機(jī)組速度調(diào)控系統(tǒng)的頻率特點(diǎn)，來通過對頻率改變的感知進(jìn)行調(diào)控；二次調(diào)節(jié)則是依據(jù)區(qū)域控制偏差，對發(fā)電機(jī)組功率基準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行調(diào)控，并以此來達(dá)到頻率的精確調(diào)控。

頻率一次調(diào)控是應(yīng)用系統(tǒng)本身便具備的負(fù)荷頻率特性和發(fā)電機(jī)調(diào)速設(shè)備作用，來限制系統(tǒng)頻率過度超出標(biāo)準(zhǔn)值。在系統(tǒng)頻率出現(xiàn)改變之時，系統(tǒng)內(nèi)全部發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速也將產(chǎn)生改變。如果轉(zhuǎn)速改變遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過發(fā)電機(jī)組所要求的不靈敏區(qū)域，發(fā)電機(jī)速度調(diào)控設(shè)備便會做出相應(yīng)的操作行為，促使原有動機(jī)閥門發(fā)生移動，原動機(jī)功率也將隨之產(chǎn)生改變。

4 結(jié)語

綜上所述，近年來我國社會經(jīng)濟(jì)取得了巨大的發(fā)展與進(jìn)步，與此同時對于能源的需求量也不斷增加，為了確保對社會經(jīng)濟(jì)能源需求量的穩(wěn)定供應(yīng)以及實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型的發(fā)展，各種新型能源也開始逐漸被大規(guī)模地接入到了電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。為應(yīng)對在這一過程中所面臨的技術(shù)性難題，該次研究中重點(diǎn)就互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率和頻率控制策略展開了深入探究，其中具體包括互聯(lián)電網(wǎng)控制模式、功率控制策略、頻率控制策略三個方面的內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳磊，胡偉，徐飛，等.互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線隨機(jī)功率波動統(tǒng)計特性與評價標(biāo)準(zhǔn)分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013（11）：3137-3143.

[2] 楊永強(qiáng)，巴宇，吳玉瓊，等.聯(lián)絡(luò)線功率控制性能評價標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施方式[J].電力系統(tǒng)自動化，2015（10）：100-106.endprint