并網(wǎng)新能源場站調(diào)頻能力檢測技術(shù)研究

沐潤志，吳水軍，陳晶，何廷一

（1.云南電力試驗(yàn)研究院（集團(tuán)）有限公司，云南 昆明 650217；2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，云南 昆明 650217）

0 前言

云南新能源近年發(fā)展較快，根據(jù)云南電網(wǎng)2020年度運(yùn)行方式，截止到2020年初，云南新能源裝機(jī)已達(dá)到總裝機(jī)容量的15%，新能源場站主動參與系統(tǒng)頻率調(diào)整是新能源大規(guī)模并網(wǎng)后電力系統(tǒng)為保證其自身安全做出的必然選擇。自2016年云南電網(wǎng)與南方電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)方案實(shí)施后，異步運(yùn)行的云南電網(wǎng)面臨系統(tǒng)等效容量減小，網(wǎng)內(nèi)的電壓、頻率與異步聯(lián)網(wǎng)之前相比將呈現(xiàn)較大的差異，尤其網(wǎng)內(nèi)的頻率問題，將嚴(yán)重威脅云南電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

我國一系列標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)規(guī)定并網(wǎng)新能源場站應(yīng)具備參與電網(wǎng)頻率擾動調(diào)整的能力[1-3]。新能源場站的調(diào)頻可以分為單機(jī)、站級的調(diào)頻方式，單機(jī)的調(diào)頻方法理論研究已經(jīng)較為成熟，但可行性較低；站級的調(diào)頻研究相對較少，特別針對調(diào)頻期間的有功功率分配策略、多機(jī)協(xié)調(diào)控制配合，從現(xiàn)場的工程改造情況來看，站級的調(diào)頻控制方式可行性較高。根據(jù)目前的現(xiàn)場應(yīng)用情況表明，風(fēng)電和光伏參與調(diào)頻的特性優(yōu)于常規(guī)的水電、火電機(jī)組，具有較好的應(yīng)用前景[4-7]。

目前新能源場站調(diào)頻能力測試方法較少，國內(nèi)外尚無明確的規(guī)程規(guī)定如何進(jìn)行調(diào)頻能力檢測[1-2]；文獻(xiàn)[8]提出了一種適用于西北電網(wǎng)新能源場站調(diào)頻功能的入網(wǎng)試驗(yàn)方法，從頻率階躍擾動試驗(yàn)、模擬實(shí)際頻率擾動試驗(yàn)、防擾動性能校驗(yàn)、AGC協(xié)調(diào)試驗(yàn)四個(gè)方面對新能源場站調(diào)頻能力檢測，但西北電網(wǎng)與南方電網(wǎng)和云南電網(wǎng)差異較大，所提方法不能滿足云南電網(wǎng)新能源場站調(diào)頻能力的測試；文獻(xiàn)[9-11]采用頻率階躍分析風(fēng)電場和光伏的調(diào)頻能力，測試方法單一，不能全面測試場站的調(diào)頻性能。目前國家、南網(wǎng)的規(guī)程和技術(shù)要求規(guī)定的調(diào)頻指標(biāo)要求較寬，僅規(guī)定風(fēng)電場應(yīng)具備頻率單次階躍、連續(xù)階躍的調(diào)頻功能，云南電網(wǎng)處于異步聯(lián)網(wǎng)的送端，網(wǎng)內(nèi)頻率威脅著系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，亟待研究并實(shí)踐出測試方法，滿足云南電網(wǎng)調(diào)頻能力檢測工作的需求。

本文提出了一種適用云南電網(wǎng)的新能源戰(zhàn)場調(diào)頻能力測試方法，采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源、仿真數(shù)據(jù)回放、實(shí)測數(shù)據(jù)回放結(jié)合從調(diào)頻功能、防擾動性能等方面，完成新能源場站的調(diào)頻能力測試，已在云南電網(wǎng)和南方電網(wǎng)的多個(gè)風(fēng)電場、光伏電站得到應(yīng)用，具備良好的應(yīng)用前景。

1 現(xiàn)有風(fēng)電場調(diào)頻方法

目前國內(nèi)外的風(fēng)電場調(diào)頻多數(shù)處于理論層理的研究，實(shí)際應(yīng)用較少。新能源發(fā)電機(jī)組按調(diào)頻原理不同，可以分為慣量控制、功率備用控制、慣量和功率備用聯(lián)合控制。

慣量的控制方式響應(yīng)速度快、支撐時(shí)間短，短暫的支持時(shí)間能為常規(guī)水電機(jī)組調(diào)速器動作提供一定的響應(yīng)時(shí)間，對于以水電機(jī)組為主要調(diào)頻機(jī)組的云南電網(wǎng)中，新能源發(fā)電機(jī)組的快速頻率響應(yīng)特性更能夠有效地和水電組的水錘效應(yīng)導(dǎo)致調(diào)整有功時(shí)的有功反調(diào)形成互補(bǔ)效果[4]。功率備用控制通過槳距角調(diào)整，其速度慢，槳距角頻繁的動作會縮減風(fēng)機(jī)壽命和增加檢修費(fèi)用[6]。慣量控制可增加電網(wǎng)系統(tǒng)慣性，功率備用控制能為系統(tǒng)提供有功備用，聯(lián)合兩種控制方式能進(jìn)一步改善新能源機(jī)組的頻率響應(yīng)特性。

風(fēng)電場至少包含數(shù)十臺風(fēng)電機(jī)組，目前投運(yùn)的風(fēng)電機(jī)組一般不具備調(diào)頻能力，逐臺風(fēng)電調(diào)頻能力改造及檢測，將是一個(gè)巨大的工作量，同時(shí)需優(yōu)化風(fēng)電機(jī)組之間的控制策略，因此需從風(fēng)電場站級提出解決方法[4]。

站級調(diào)頻主要從整個(gè)場站為控制對象，在場端測量并網(wǎng)點(diǎn)頻率，根據(jù)頻率變化量和變化率，計(jì)算得調(diào)頻功率，再考慮每臺風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況，通過場站的有功分配平臺把調(diào)頻功率分配給每一臺機(jī)組，如圖1所示。

圖1 站級有功分配示意圖

新能源場站的調(diào)頻有功分配策略可以分為調(diào)整量平均分配、調(diào)整量等比分配、調(diào)整量相似出力裕度分配、調(diào)整量按機(jī)組運(yùn)行風(fēng)機(jī)或光強(qiáng)成正比分配。由于每臺機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)不一致，有功調(diào)整量平均分配、等比分配顯然不合理；相似裕度分配是多數(shù)廠家采用的方法，也是現(xiàn)有AGC調(diào)整功率的主要方法，其是考慮機(jī)組自身的發(fā)電裕度進(jìn)行分配[12]；機(jī)組運(yùn)行風(fēng)機(jī)或光強(qiáng)成正比分配是根據(jù)發(fā)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行有功分配，大風(fēng)機(jī)組承擔(dān)較多的調(diào)頻有功功率任務(wù)，小風(fēng)機(jī)組承擔(dān)較少的調(diào)頻有功功率任務(wù)[4]。由于調(diào)頻要求具有較快的時(shí)間響應(yīng)，致使有功的分配需要發(fā)電機(jī)組之間或發(fā)電機(jī)組與總機(jī)之間進(jìn)行相互較快的通信，這也就增加新能源場站的投資。

2 并網(wǎng)新能源場站調(diào)頻能力測試探討

云南電網(wǎng)的風(fēng)電場要求應(yīng)具有頻率變化量、頻率變化率、頻率變化量+頻率變化率三種調(diào)頻方式，同時(shí)具有頻率連續(xù)階躍調(diào)頻的功能。

2.1 測試方法

新能源場站一次調(diào)頻功能可分為機(jī)組級和場站級調(diào)頻。機(jī)組級調(diào)頻指風(fēng)電場單臺機(jī)組或光伏電站單個(gè)陣列具備調(diào)頻能力，場站級調(diào)頻指由場站級主控系統(tǒng)將調(diào)頻指令下發(fā)至風(fēng)電場各個(gè)機(jī)組或光伏電站各個(gè)陣列實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻功能。

2.1.1 單機(jī)調(diào)頻功能測試方法

單臺機(jī)組的調(diào)頻能力檢測方法一種是從機(jī)組主控系統(tǒng)二次回路加入頻率信號，另一種是在機(jī)組箱變高壓側(cè)與集電線路之間串入新能源電網(wǎng)適應(yīng)性檢測平臺，接線示意圖如圖2所示。其中，新能源電網(wǎng)適應(yīng)性檢測平臺采用電力電子控制方式實(shí)現(xiàn)，將風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)與系統(tǒng)間形成“交—直—交”的背靠背連接方式，通過改變檢測平臺發(fā)電機(jī)側(cè)的電氣量（電壓、頻率）輸出信息，達(dá)到改變被測風(fēng)機(jī)真實(shí)的并網(wǎng)點(diǎn)電壓、頻率的目的。

通過云南電網(wǎng)新能源電網(wǎng)適應(yīng)性檢測平臺真實(shí)改變新能源發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)電壓、頻率后，機(jī)組測頻環(huán)節(jié)采用變頻器鎖相環(huán)測頻，其測頻結(jié)果通過通信方式輸出至發(fā)電機(jī)組主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)內(nèi)置一次調(diào)頻功能（變槳調(diào)頻、慣量調(diào)頻、變槳+慣量調(diào)頻），相應(yīng)的調(diào)頻模塊將調(diào)頻運(yùn)算結(jié)果（變功率、變槳、變轉(zhuǎn)速）分別輸出至變頻器模塊及變槳、轉(zhuǎn)速控制模塊，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組的各種調(diào)頻功能。利用高精度電量記錄分析儀在測試點(diǎn)采集機(jī)組電壓、電流數(shù)據(jù)等，分析現(xiàn)場單機(jī)調(diào)頻能力。

2.1.2 站級調(diào)頻功能測試方法

風(fēng)電場的裝機(jī)在數(shù)十兆瓦以上，風(fēng)電場站級調(diào)頻能力檢測無法從一次側(cè)加量模擬電網(wǎng)頻率擾動，僅能從站級調(diào)頻控制柜二次加量模擬場站并網(wǎng)點(diǎn)母線電壓、頻率擾動。

站級調(diào)頻測試示意圖如圖3所示，采用高精度頻率信號發(fā)生器在調(diào)頻控制柜的母線電壓采集板上加入指定頻率幅值及變化率的頻率信號，以模擬電網(wǎng)頻率變化，通過高精度電量記錄分析儀采集對應(yīng)的頻率信號、全站功率響應(yīng)曲線等，以及調(diào)頻控制錄波數(shù)據(jù)，分析現(xiàn)場站級調(diào)頻能力。

圖3 場站調(diào)頻測試接線示意圖

2.2 對測試調(diào)頻裝置功能的技術(shù)要求

調(diào)頻功能測試設(shè)備的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是自定義頻率階躍波形輸出、將仿真波形或者實(shí)測波形再現(xiàn)為一個(gè)電壓信號。根據(jù)現(xiàn)場單機(jī)和站級風(fēng)電場調(diào)頻功能的現(xiàn)場試驗(yàn)情況分析，測試設(shè)備不僅需具有精確的頻率連續(xù)輸出功能，還需要支持高電壓穿越測試、低電壓穿越測試、諧波擾動測試、不限時(shí)的故障回放等功能，回放數(shù)據(jù)采樣頻率不低于1.2 K，回放電壓精度不低于0.1 V，電流不低于0.01 A，頻率精度不低于0.0001 Hz；不同廠家、不同設(shè)備的錄波波形存儲格式不一致，要求調(diào)頻測試裝置能夠支持多廠家錄波波形存儲格式的輸入；具有輸入輸出波形比較功能，確?；胤泡敵鰷?zhǔn)確性。

2.3 測試工況的選取

要求當(dāng)場站有功功率在總額定出力的20%以上時(shí)，場站應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)平滑的有功功率調(diào)整，能夠參與系統(tǒng)頻率調(diào)整。新能源場站開展場站級一次調(diào)頻試驗(yàn)時(shí)，因故障或檢修不能參與一次調(diào)頻試驗(yàn)的機(jī)組容量應(yīng)不超過總裝機(jī)容量的10%。

不同的測試項(xiàng)目應(yīng)分別在對應(yīng)的工況下完成現(xiàn)場試驗(yàn)，測試工況按照表1定義。

表1 新能源場站調(diào)頻功能測試工況

為盡可能詳細(xì)檢測新能源場站調(diào)頻能力，上表中按新能源場站出力負(fù)荷區(qū)間和是否預(yù)留容量劃分測試工況，其中Pn為新能源場站額定有功功率，P為新能源場站實(shí)發(fā)有功功率,當(dāng)預(yù)留容量時(shí)，為確保場站具有有功功率上調(diào)的能力，預(yù)留容量為10%Pn，依次進(jìn)行每個(gè)工況下的測試[8]，詳見下文。

2.4 性能評價(jià)指標(biāo)

目前對新能源場站一次調(diào)頻功能的具體指標(biāo)主要依據(jù)國標(biāo)、行標(biāo)、企標(biāo)等。但這些規(guī)程和技術(shù)要求規(guī)定的調(diào)頻指標(biāo)較寬，不能滿足云南電網(wǎng)穩(wěn)定性的需求。經(jīng)過現(xiàn)場測試和結(jié)合云南電網(wǎng)的特殊性，新能源場站響應(yīng)的功能衡量指標(biāo)主要如下：

1）調(diào)頻動態(tài)指標(biāo)

a．新能源場站調(diào)頻啟動時(shí)間不大于3 s；

b．風(fēng)電場調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間不大于10 s，調(diào)節(jié)時(shí)間不大于15 s；

c．光伏電站調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間不大于5 s，調(diào)節(jié)時(shí)間不大于15 s。

2）調(diào)頻控制偏差：在頻率偏離死區(qū)出力穩(wěn)定后，新能源場站響應(yīng)調(diào)頻指令的有功出力偏差應(yīng)在額定出力的±2%以內(nèi)。

3）調(diào)頻控制柜應(yīng)具有錄波功能，至少記錄調(diào)頻過程中的并網(wǎng)點(diǎn)頻率、實(shí)際有功功率、實(shí)際無功功率、設(shè)定理論有功功率、電壓、電流、調(diào)頻啟動信號，以及每臺機(jī)組的實(shí)際有功功率、設(shè)定理論有功功率、槳距角、轉(zhuǎn)速、風(fēng)速、光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)。還需進(jìn)一步采用實(shí)測數(shù)據(jù)用于調(diào)頻性能測試。云南電網(wǎng)發(fā)生的兩次直流閉鎖波形如圖4、5所示，電網(wǎng)發(fā)生頻率擾動并不是簡單的頻率上擾或下擾，而是一個(gè)反復(fù)振蕩過程，持續(xù)時(shí)間較長，仿真并不能達(dá)到這種效果。

圖4 靈紹直流閉鎖頻率擾動波形

3 并網(wǎng)試驗(yàn)內(nèi)容

3.1 調(diào)頻功能測試

新能源場站一次調(diào)頻試驗(yàn)應(yīng)包含一次調(diào)頻死區(qū)、調(diào)節(jié)幅度、調(diào)差系數(shù)和動態(tài)指標(biāo)相關(guān)測試內(nèi)容。通過理論結(jié)合多個(gè)新能源場站現(xiàn)場調(diào)頻能力檢測經(jīng)驗(yàn)得，新能源場站現(xiàn)場調(diào)頻功能測試應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源、仿真電網(wǎng)頻率擾動數(shù)據(jù)回放、實(shí)測電網(wǎng)頻率擾動數(shù)據(jù)回放等進(jìn)行調(diào)頻功能測試。

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源測試是基于高精度頻率發(fā)生器輸出的標(biāo)準(zhǔn)頻率單次階躍、連續(xù)階躍、頻率變化率的頻率信號對調(diào)頻系統(tǒng)進(jìn)行測試；仿真數(shù)據(jù)回放測試是基于利用電力系統(tǒng)仿真軟件，仿真各種情況下電網(wǎng)故障時(shí)的頻率擾動，通過高精度頻率發(fā)生器的回放功能對調(diào)頻系統(tǒng)進(jìn)行測試；實(shí)測數(shù)據(jù)回放測試依賴云南電網(wǎng)目前電網(wǎng)故障時(shí)的頻率擾動，特別是直流閉鎖故障下記錄的頻率擾動波形進(jìn)行回放測試。

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源測試根據(jù)需求自定義高精度頻率發(fā)生器輸出不同電壓信號；仿真電網(wǎng)需根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際情況進(jìn)行仿真，仿真是一種對隨時(shí)間運(yùn)行的真實(shí)系統(tǒng)或進(jìn)程的模擬，數(shù)據(jù)易于獲取，具備完整性；實(shí)測數(shù)據(jù)的數(shù)量受限于電網(wǎng)實(shí)際發(fā)生故障的次數(shù)，數(shù)量有限，同時(shí)實(shí)測數(shù)據(jù)最能反映實(shí)際運(yùn)行狀況和故障過程，但實(shí)測數(shù)據(jù)在測試中很少使用。目前風(fēng)電場調(diào)頻功能測試中，主要依賴測試設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源輸出的階躍頻率擾動，缺少基于實(shí)測數(shù)據(jù)或者仿真數(shù)據(jù)的測試。

實(shí)測故障數(shù)據(jù)與電力系統(tǒng)仿真軟件仿真獲取的故障數(shù)據(jù)存在較大差別，不能僅用仿真的故障數(shù)據(jù)作為新能源場站調(diào)頻能力測試的依據(jù)，

圖5 永富直流極Ⅱ閉鎖波形

基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源的測試方法只適用于理論分析、基本功能的調(diào)頻測試；若需要對場站調(diào)頻性能的適應(yīng)性分析、功能測試，則需利用實(shí)測故障數(shù)據(jù)和仿真故障數(shù)據(jù)進(jìn)行測試。在電網(wǎng)中并不是每種故障類型或每條直流閉鎖都能找到典型的實(shí)測數(shù)據(jù)，所以需要基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源、實(shí)測故障數(shù)據(jù)、仿真數(shù)據(jù)的測試方法相結(jié)合使用，才能到達(dá)對新能源場站調(diào)頻功能的完整性能測試。

3.2 防擾動性能測試

風(fēng)電場調(diào)頻功能的正確動作不僅指調(diào)頻控制系統(tǒng)感受電網(wǎng)頻率波動時(shí)，風(fēng)電場出力相應(yīng)變化，還是考慮電網(wǎng)電壓驟升或驟降時(shí)電壓相位突變，或風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)發(fā)生諧波擾動時(shí)，調(diào)頻控制柜的鎖相環(huán)應(yīng)保持頻率不變，即高電壓和低電壓穿越期間、諧波擾動閉鎖調(diào)頻功能。

新能源場站防擾動新能校驗(yàn)主要包含高電壓穿越、低電壓穿越、諧波等方面的測試，高、低電壓穿越根據(jù)規(guī)程規(guī)定的故障穿越要求[13]。本試驗(yàn)項(xiàng)目要求新能源場站調(diào)頻系統(tǒng)具有抗擊暫態(tài)故障或干擾引起的擾動性能。

調(diào)頻系統(tǒng)防擾性能的校驗(yàn)也分為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源、仿真電網(wǎng)擾動數(shù)據(jù)回放、實(shí)測電網(wǎng)擾動數(shù)據(jù)回放三個(gè)方面的測試，每個(gè)方面都包含高電壓穿越、低電壓穿越、諧波測試內(nèi)容；其中高、低電壓穿越又包括對稱故障和不對稱故障，采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源輸出高、低電壓穿越電壓波形時(shí)在電壓跌落（升高）和恢復(fù)時(shí)完成兩次相移，每次相移≥60度。

調(diào)頻功能測試應(yīng)在四個(gè)工況下分別開展；防擾動性能校驗(yàn)若現(xiàn)場情況允許，應(yīng)盡可能分別采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源、仿真電網(wǎng)擾動數(shù)據(jù)回放、實(shí)測電網(wǎng)擾動數(shù)據(jù)回放在四個(gè)工況下開展，但至少在其中一個(gè)工況下開展測試。

4 現(xiàn)場測試案例分析

4.1 光伏電站單機(jī)現(xiàn)場調(diào)頻功能測試分析

圖8 頻率變化量+變化率調(diào)頻測試

以新能源電網(wǎng)適應(yīng)性檢測平臺在2018年10月-11月在華能石林光伏電站進(jìn)行的40號光伏陣列調(diào)頻功能測試結(jié)果為例分析，光伏陣列有頻率變化量和頻率變化率調(diào)頻功能；測頻模塊誤差不超過±0.001 Hz，慣性時(shí)間系數(shù)Tj為4，調(diào)頻頻率死區(qū)(f)：±0.03 Hz。以圖2所示的單機(jī)調(diào)頻檢測方法進(jìn)行光伏陣列調(diào)頻能力測試，此處僅以低負(fù)荷預(yù)留容量下的頻率變化量、頻率變化率、頻率變化量+變化率三種調(diào)頻為例進(jìn)行分析，分別如圖6-9所示，其中圖7和圖9中的頻率變化率為0.5 Hz/s。

圖6 變化量調(diào)頻測試

圖7 頻率變化率調(diào)頻測試

圖9 三種調(diào)頻模式對比

圖9 為負(fù)荷預(yù)留容量下的頻率變化量、頻率變化率、頻率變化量+變化率三種調(diào)頻有功變化對比圖。從圖中可以看出，光伏調(diào)頻響應(yīng)速度快，變化率調(diào)頻功能短時(shí)輸出有功功率，一定時(shí)間后會造成“功率坑”。

結(jié)合上述分析和現(xiàn)場試驗(yàn)情況，得到如下結(jié)論：

1）對變化量調(diào)頻模式而言，穩(wěn)態(tài)功率調(diào)節(jié)量與理論計(jì)算結(jié)果相符；功率調(diào)節(jié)動態(tài)指標(biāo)（啟動時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間）均在3.0 s內(nèi)完成，具有較快的響應(yīng)特性。

2）對變化率調(diào)頻模式而言，由于目前暫無光伏電站變化率調(diào)頻（慣量調(diào)頻）的性能指標(biāo)，在結(jié)合現(xiàn)場頻率擾動過程中的頻率變化實(shí)際，結(jié)果表明變化率調(diào)頻時(shí)間指標(biāo)均在2.0 s內(nèi)完成。

3）對單獨(dú)的變化率調(diào)頻，或者變化率+變化量調(diào)頻，由于變化率的影響，功率調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)超調(diào)，該超調(diào)顯現(xiàn)將進(jìn)一步導(dǎo)致光伏列陣直流母線電壓的快速變化，出現(xiàn)“功率坑”。

4.2 風(fēng)電場站級現(xiàn)場調(diào)頻功能測試分析

以采用新能源調(diào)頻高精度信號發(fā)生器在2019年10月在桂林黃花嶺風(fēng)電場的測試結(jié)果為例分析，僅具備頻率變化量調(diào)頻功能；測頻模塊誤差不超過0.001 Hz，有功調(diào)頻系數(shù)定為20，變化量Δf調(diào)頻人工頻率死區(qū)（f）：±0.05 Hz。此處限于篇幅僅以高負(fù)荷預(yù)留容量下的頻率下調(diào)、高負(fù)荷不預(yù)留下電網(wǎng)實(shí)測數(shù)據(jù)回放測試、低電壓穿越為例進(jìn)行分析。

1）高負(fù)荷預(yù)留容量下的頻率下調(diào)的調(diào)頻測試（50.00-49.80 Hz）

當(dāng)系統(tǒng)頻率超出死區(qū)時(shí)，調(diào)頻程序能夠正確發(fā)出全場功率調(diào)節(jié)指令，且實(shí)際發(fā)出的功率調(diào)節(jié)量與理論計(jì)算值相符，該指令到各臺風(fēng)機(jī)的分配采用非平均分配形式所示），調(diào)頻持續(xù)時(shí)間取決于高頻或低頻持續(xù)時(shí)間。

圖11 頻率連續(xù)階躍并網(wǎng)點(diǎn)頻率與實(shí)際調(diào)頻功率對比圖

圖10 11看出風(fēng)電場通過全站調(diào)頻協(xié)調(diào)控制，對出力較大的機(jī)組充分利用其調(diào)頻能力，以彌補(bǔ)不具備調(diào)頻能力機(jī)組的調(diào)頻功率“差額”，該情況充分顯示站級調(diào)頻系統(tǒng)協(xié)調(diào)功能的重要性；與此同時(shí)，單機(jī)對調(diào)頻系統(tǒng)調(diào)頻指令的響應(yīng)存在時(shí)間滯后現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)組的實(shí)際功率響應(yīng)與并網(wǎng)頻率之間存在“時(shí)間差”，該現(xiàn)象導(dǎo)致全站的總有功功率響應(yīng)與并網(wǎng)點(diǎn)頻率之間也存在一定的“時(shí)間差”。

圖10 頻率單次階躍并網(wǎng)點(diǎn)頻率與實(shí)際調(diào)頻功率對比圖

2）高負(fù)荷不預(yù)-留容量下的電網(wǎng)實(shí)測數(shù)據(jù)回放調(diào)頻測試

圖12 調(diào)頻自身錄波結(jié)果并網(wǎng)點(diǎn)頻率與實(shí)際調(diào)頻功率對比圖

從實(shí)測電網(wǎng)頻率擾動變化量調(diào)頻的調(diào)節(jié)量過程分析，功率調(diào)節(jié)方向與頻率變化方向相反，符合調(diào)頻預(yù)期；頻率變化量越大，導(dǎo)致的功率調(diào)節(jié)量也越大。

3）仿真數(shù)據(jù)回放的低穿期間閉鎖調(diào)頻功能測試

通過圖13分析可知，低電壓穿越期間，調(diào)頻電壓跌落時(shí)相位突變，調(diào)頻電壓頻率上升或下降，調(diào)頻系統(tǒng)鎖相環(huán)采集到的頻率仍為50.00 Hz，且調(diào)頻系統(tǒng)的一次調(diào)頻功能未啟動，即調(diào)頻系統(tǒng)在低電壓穿越期間閉鎖一次調(diào)頻功能。

圖13 低電壓穿越期間調(diào)頻功能錄波波形

綜上所述，本文所提的風(fēng)電場調(diào)頻功能測試方法能夠可靠驗(yàn)證風(fēng)電場具有調(diào)頻功能。

5 現(xiàn)場實(shí)際調(diào)頻動作分析

云南電網(wǎng)內(nèi)的彝山風(fēng)電場站級一次調(diào)頻功能于2019年5月完成試驗(yàn)并掛網(wǎng)運(yùn)行，并于2019年7月19日 正 式 投 入。2019年10月22日16點(diǎn)10分，云 南 電 網(wǎng)±800 kV楚穗直流極Ⅱ閉鎖，直流功率由3750 MW減至1420 MW，系統(tǒng)初始頻率49.96 Hz，電網(wǎng)主網(wǎng)頻率最高升至50.17 Hz，47秒后系統(tǒng)頻率恢復(fù)正常。在這該次直流閉鎖的電網(wǎng)實(shí)際頻率波動過程中，彝山風(fēng)電場調(diào)頻正確動作，如圖14所示。新能源參與調(diào)頻有效的緩解了云南電網(wǎng)在小頻差范圍內(nèi)的調(diào)頻困難壓力，對電網(wǎng)調(diào)頻有著非常優(yōu)良的作用效果。

圖14 電網(wǎng)實(shí)測擾動調(diào)頻動作圖

6 結(jié)束語

本文提出一種適用于南方電網(wǎng)，特別是云南電網(wǎng)的新能源場站的單機(jī)和站級調(diào)頻功能試驗(yàn)方法：

1）明確云南電網(wǎng)新能源場站需具備的調(diào)頻能力和調(diào)頻實(shí)現(xiàn)方法、單機(jī)和站級調(diào)頻能力的測試方法、測試工況的選取、調(diào)頻性能評價(jià)指標(biāo)等，使調(diào)頻能力測試具備可行性。

2）提出采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源、仿真數(shù)據(jù)回放、實(shí)測數(shù)據(jù)回放進(jìn)行新能源場站的功能測試、防擾測試，基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源的測試方法只適用于理論分析、基本功能的測試，結(jié)合仿真數(shù)據(jù)回放、實(shí)測數(shù)據(jù)回放測試能夠?qū)π履茉磮稣菊{(diào)頻能力全面測試。

3）選取風(fēng)電場站級調(diào)頻和光伏電站單機(jī)調(diào)頻檢測進(jìn)行實(shí)例分析，驗(yàn)證本文所提的調(diào)頻能力測試方法具有可行性，能夠全面地檢測新能源調(diào)頻能力；同時(shí)也驗(yàn)證本文所提測試方法不僅適用于云南電網(wǎng)新能源場站調(diào)頻能力檢測，還適用于南方電網(wǎng)范圍內(nèi)的新能源場站調(diào)頻能力檢測，具備良好的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景。

該測試方法必將有力推進(jìn)云南電網(wǎng)并網(wǎng)風(fēng)電、光伏電網(wǎng)一次調(diào)頻能力測試與研究工作，也將進(jìn)一步保障和促進(jìn)異步聯(lián)網(wǎng)后新能源與電網(wǎng)之間頻率問題的友好、協(xié)調(diào)發(fā)展。