陸冉

摘? 要：江蘇沿海風(fēng)資源條件優(yōu)越，海上風(fēng)電裝機(jī)容量位居全國(guó)第一。文章針對(duì)海上風(fēng)電參與電網(wǎng)一次調(diào)頻進(jìn)行分析，提出了一次調(diào)頻目標(biāo)，并結(jié)合風(fēng)場(chǎng)現(xiàn)狀提出三種調(diào)頻方案。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電場(chǎng);一次調(diào)頻;有功功率控制

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）34-0111-02

Abstract： Jiangsu Province has superior coastal wind resources， and its installed capacity of offshore wind power ranks first in China. This paper analyzes the participation of offshore wind power in the primary frequency regulation of power grid， puts forward the primary frequency regulation target and three frequency modulation schemes based on the current situation of wind field.

Keywords： offshore wind farm; primary frequency regulation; active power control

由于江蘇新能源裝機(jī)規(guī)模不斷擴(kuò)大，同時(shí)區(qū)外來(lái)電持續(xù)增長(zhǎng)，電力系統(tǒng)面臨轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下降、頻率控制困難等結(jié)構(gòu)性困境，電力系統(tǒng)安全面臨嚴(yán)重威脅。為了防止電網(wǎng)發(fā)生突發(fā)大功率缺額導(dǎo)致低頻減載動(dòng)作，保證地區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，新能源場(chǎng)站需實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻功能。截止2019年末，江蘇省內(nèi)已并網(wǎng)海上風(fēng)電423萬(wàn)千瓦，位居全國(guó)第一[1]。江蘇省沿海風(fēng)資源條件優(yōu)越，距離負(fù)荷中心較近，已成為風(fēng)電發(fā)展的重要方向。按照一次調(diào)頻控制對(duì)象額定容量的6%限幅，海上風(fēng)電將為電網(wǎng)提供一定的有功備用容量。故而對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻方案的討論具有較高的實(shí)際意義。

1 海上風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻目標(biāo)

海上風(fēng)電場(chǎng)利用一次調(diào)頻控制裝置與主機(jī)SACDA系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的并網(wǎng)點(diǎn)具備參與電網(wǎng)一次調(diào)頻能力。一次調(diào)頻設(shè)定頻率f與有功功率P關(guān)系如式1：

（式1）

式中，fd-一次調(diào)頻死區(qū)，Hz;fN-系統(tǒng)額定頻率，Hz;Pe-一次調(diào)頻控制對(duì)象額定容量，MW;δ%-新能源一次調(diào)頻調(diào)差系數(shù);P0-一次調(diào)頻控制對(duì)象有功功率初始值，MW;

fL=50-fd;fH=50+fd。

海上風(fēng)電場(chǎng)按6%一次調(diào)頻控制對(duì)象額定容量進(jìn)行控制，頻率階躍擾動(dòng)過(guò)程調(diào)節(jié)如圖1所示。

圖1中，thx-響應(yīng)滯后時(shí)間，s，不應(yīng)超過(guò)3s;t0.9-自頻率超出調(diào)頻死區(qū)開(kāi)始，至一次調(diào)頻控制對(duì)象有功功率調(diào)節(jié)量達(dá)到調(diào)頻目標(biāo)值與初始功率之差的90%所需時(shí)間，不應(yīng)超過(guò)12s;ts-調(diào)節(jié)時(shí)間，s，不應(yīng)超過(guò)15s。

2 海上風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻方案

當(dāng)海上風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻控制對(duì)象有功功率在一次調(diào)頻控制對(duì)象額定容量的26%以上時(shí)，海上風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)有功功率的連續(xù)平滑調(diào)節(jié)，并能夠參與電網(wǎng)一次調(diào)頻。

從特許權(quán)項(xiàng)目至競(jìng)價(jià)項(xiàng)目，海上風(fēng)電項(xiàng)目發(fā)展迅猛，已并網(wǎng)的項(xiàng)目大多數(shù)已具備AGC功能。AGC系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)調(diào)度部門指令等信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)有功功率輸出，并網(wǎng)控制模塊具備針對(duì)各個(gè)風(fēng)機(jī)變流器協(xié)調(diào)控制的功能，自動(dòng)確定最優(yōu)策略，確保風(fēng)力發(fā)電站最大輸出功率及功率變化率不超過(guò)調(diào)度給定值，以便在電網(wǎng)故障和特殊運(yùn)行方式時(shí)確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。故一次調(diào)頻應(yīng)用工程分為已并網(wǎng)且具備AGC的工程、新建工程。

2.1 新建工程

海上風(fēng)電場(chǎng)配置一體化功率控制裝置，包含一次調(diào)頻、一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)與AGC功能。一體化功率控制裝置采集并網(wǎng)點(diǎn)（POI）電壓、電流數(shù)據(jù)，計(jì)算實(shí)時(shí)模擬量，實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻功能，如調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間需要達(dá)到ms級(jí)時(shí)，需直接采集并網(wǎng)點(diǎn)（POI）頻率數(shù)據(jù)。需同時(shí)完成AGC任務(wù)。裝置內(nèi)部，一次調(diào)頻優(yōu)先級(jí)高于AGC功能。該裝置應(yīng)能躲過(guò)單一短路故障引起的瞬時(shí)頻率突變，具備一次調(diào)頻功率上、下調(diào)節(jié)功能[2-3]。

一體化功率控制裝置，向上與遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)關(guān)機(jī)進(jìn)行信息交互，向下與主機(jī)SCADA系統(tǒng)進(jìn)行信息交互。SCADA系統(tǒng)將一次調(diào)頻指令傳至VMP風(fēng)機(jī)控制器，由頂部VCP控制器實(shí)現(xiàn)功率控制。

2.2 改擴(kuò)建工程

海上風(fēng)電場(chǎng)已具備AGC功能，新增一次調(diào)頻裝置。其中，有功功率控制功能由一次調(diào)頻裝置和AGC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。一次調(diào)頻功能分為兩種接線方式：

方式一，一次調(diào)頻裝置與AGC系統(tǒng)并聯(lián)，由風(fēng)機(jī)SCADA系統(tǒng)作為控制主體，風(fēng)機(jī)SCADA系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，上傳風(fēng)機(jī)運(yùn)行信息，接受有功調(diào)節(jié)指令，協(xié)調(diào)一次調(diào)頻裝置和AGC進(jìn)行控制。風(fēng)機(jī)SCADA系統(tǒng)需要改造。

方式二，一次調(diào)頻裝置與AGC系統(tǒng)串聯(lián)，由一次調(diào)頻裝置和AGC系統(tǒng)作為控制主體，與方式一的不同在于，增加AGC系統(tǒng)與一次調(diào)頻裝置之間的信息交互。一次調(diào)頻裝置應(yīng)與AGC控制相協(xié)調(diào)，海上風(fēng)電場(chǎng)有功功率的控制目標(biāo)應(yīng)為一次調(diào)頻控制對(duì)象有功功率初始值與一次調(diào)頻調(diào)節(jié)量代數(shù)和。這種方式中AGC系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)SCADA系統(tǒng)均不需要改造。

一次調(diào)頻有功-頻率下垂特性如圖2所示。

3 海上風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)

一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)功能應(yīng)包含一次調(diào)頻性能遠(yuǎn)方測(cè)試、一次調(diào)頻特性參數(shù)測(cè)試和一次調(diào)頻錄波文件召喚功能。

正常運(yùn)行情況下，海上風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻投入時(shí)，調(diào)度主站系統(tǒng)可實(shí)時(shí)下發(fā)一次調(diào)頻進(jìn)入測(cè)試指令，海上風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)入一次調(diào)頻在線測(cè)試。

海上風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻裝置通過(guò)網(wǎng)關(guān)機(jī)與調(diào)度主站進(jìn)行一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)信號(hào)交互，當(dāng)接收到一次調(diào)頻進(jìn)入測(cè)試信號(hào)后，一次調(diào)頻功能切換到測(cè)試模式，一次調(diào)頻功能退出實(shí)際運(yùn)行。調(diào)度主站系統(tǒng)下發(fā)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行一次調(diào)頻性能遠(yuǎn)方測(cè)試，海上風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻裝置根據(jù)測(cè)試頻率進(jìn)行一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

開(kāi)展海上風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻響應(yīng)推廣工作，是保障新能源高占比狀態(tài)下電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要舉措，對(duì)促進(jìn)海上風(fēng)電持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。現(xiàn)階段考慮通過(guò)對(duì)AGC有功控制系統(tǒng)改造或新增獨(dú)立控制裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻功能，下階段還需開(kāi)展海上風(fēng)電場(chǎng)配套儲(chǔ)能系統(tǒng)或保留有功備用與一次調(diào)頻系統(tǒng)配合的經(jīng)濟(jì)性比選[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1]遲永寧，梁偉，張占奎，等.大規(guī)模海上風(fēng)電輸電與并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究綜述[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016（14）：3758-3770.

[2]孫慶.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)管理與故障分析研究[J].電力自動(dòng)化，2020（1）：103-105.

[3]董敏，董英.風(fēng)電不確定性對(duì)電力系統(tǒng)的影響研究[J].價(jià)值工程，2018，37（33）：182-183.

[4]高捷，趙斌，楊超，等.海上儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)與前景[J].新能源進(jìn)展，2020（4）：136-142.