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)域的負荷水平偏低，以及新能源集中并網(wǎng)規(guī)模的擴大對電網(wǎng)沖擊增強這兩個方面的技術(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 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0073-02

隨著當今我國社會經(jīng)濟的高速化發(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)濟持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展受到了一定程度的負面影響，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?；谶@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)模不斷擴大的當下，就需要針對新能源所控制的目標展開具體分析，例如，光伏發(fā)電站、風(fēng)力發(fā)電廠的運行特點對于電網(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)運行控制的影響

鑒于新能源本身所具備的隨機特點以及可控制性相對較差，在將之大規(guī)模集中投入運營之后便會導(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荷波動的變化趨勢有著顯著性的差異特點。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)當中一致留出完全足夠的正、負向旋轉(zhuǎn)存儲容量；光伏還具備有“正調(diào)峰”的特點，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，因而在實際運行過程當中便時常會表現(xiàn)出功率瞬時突變特性。由當前已經(jīng)并入電網(wǎng)當中風(fēng)電機運行特性來分析，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)電機組，在具體運行之時，全網(wǎng)選用FFC控制策略，通過調(diào)度中心統(tǒng)一進行計算并直接下達控制命令將機組有功出力控制起來，屆時，調(diào)度中心與自動發(fā)電量控制機組間可實現(xiàn)直接通信。

（2）分層式。

在具體運行過程之時，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)的機組實現(xiàn)控制，也就是調(diào)度中心可利用通過發(fā)、等值機法這兩類形式來實現(xiàn)對自動發(fā)電量機組的調(diào)取應(yīng)用。

（3）分散式。

通過子區(qū)域依據(jù)實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)電機組采取自動發(fā)電備用容量調(diào)配。在具體運營之時，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)域當中的發(fā)電-負荷達到平衡效應(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，進行直流功率調(diào)整之時變化量分攤形式如圖1所示。

在圖1當中，△PDC代表直流功率變化量，△PG代表機組出力偏差，△Pd代表機組出力調(diào)節(jié)整體需求量。在圖1當中整體控制思路即為對直流功率變化量與機組出力偏差，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)頻機組，利用不同機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)電機組速度調(diào)控系統(tǒng)的頻率特點，來通過對頻率改變的感知進行調(diào)控；二次調(diào)節(jié)則是依據(jù)區(qū)域控制偏差，對發(fā)電機組功率基準數(shù)值進行調(diào)控，并以此來達到頻率的精確調(diào)控。

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

4 結(jié)語

綜上所述，近年來我國社會經(jīng)濟取得了巨大的發(fā)展與進步，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)濟能源需求量的穩(wěn)定供應(yīng)以及實現(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

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