風電場、光伏電站一次調(diào)頻技術(shù)方案(含試驗方案)

1、新能源場站（風電場、光伏電站）一次調(diào)頻技術(shù)方案適用于：風電場光伏電站項目背景總體思路技術(shù)方案目 錄試驗方案目 錄項目背景總體思路技術(shù)方案目 錄試驗方案一、項目背景1.電力系統(tǒng)背景在電網(wǎng)實際運行中，當電力系統(tǒng)中有功消耗與供給不匹配時，通?？梢酝ㄟ^發(fā)電機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一次調(diào)頻功能修正電網(wǎng)頻率的波動。傳統(tǒng)的調(diào)頻由火電、水電機組利用慣性和阻尼來實現(xiàn)一次調(diào)頻，維護系統(tǒng)頻率的平衡。一、項目背景近年來，隨著越來越多的新能源廠站（風電場、光伏電站）投產(chǎn)并網(wǎng)，新能源廠站裝機容量在電網(wǎng)裝機容量中占比在不斷增加，系統(tǒng)總轉(zhuǎn)動慣量相對下降，直接影響到系統(tǒng)的快速頻率響應速度，導致電網(wǎng)的穩(wěn)定性大大降低。1.電力系統(tǒng)背景一、項

2、目背景電網(wǎng)關(guān)注的焦點：安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行：恒頻恒壓電網(wǎng)的經(jīng)濟運行：保證安全穩(wěn)定的前提下有功最大化2.新能源廠站一次調(diào)頻改造的必要性一、項目背景從電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的角度：由于風、光等自然能源具有間歇性，隨機性的特點，新能源廠站發(fā)電機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要以電力電子元件為主，調(diào)節(jié)響應速度相對水火電機械元件較快，不具備維持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行所需的慣性和阻尼。2.新能源廠站一次調(diào)頻改造的必要性一、項目背景從電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的角度：隨著新能源廠站（風電廠、光伏電站）大規(guī)模并網(wǎng)，一方面因新能源裝機容量在電網(wǎng)總裝機容量中占比增加使傳統(tǒng)水火電的轉(zhuǎn)動慣量不足以支撐頻率調(diào)控，另一方面越來越多的新能源廠站給電網(wǎng)

3、調(diào)度系統(tǒng)帶來了巨大的調(diào)峰壓力，增加了電網(wǎng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性因素和影響電能質(zhì)量的可能性。2.新能源廠站一次調(diào)頻改造的必要性一、項目背景從電網(wǎng)經(jīng)濟運行的角度：經(jīng)濟運行的前提條件是安全穩(wěn)定運行。2.新能源廠站一次調(diào)頻改造的必要性一、項目背景從電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和經(jīng)濟運行的角度綜合考慮：新能源廠站參與一次調(diào)頻增加穩(wěn)定調(diào)節(jié)能力，具有重要的工程價值和經(jīng)濟價值。2.新能源廠站一次調(diào)頻改造的必要性一、項目背景核心問題：通信冗余、緩慢，延時較多逆變器響應緩慢、精度也不夠傳統(tǒng)有功調(diào)節(jié)(AGC)受安全策略及變化率等規(guī)范限制，調(diào)節(jié)較慢新能源電站優(yōu)勢：及時性：電子器件相對機械元件調(diào)節(jié)更快、更便捷能力性：在自然條件允許的條件下

4、，新能源在保障設(shè)備安全的情況下可以連續(xù)大跨度調(diào)節(jié)。 3.新能源廠站網(wǎng)源協(xié)調(diào)現(xiàn)狀一、項目背景目前，新能源電站的調(diào)節(jié)速度緩慢，缺少一種與電網(wǎng)有效的“同步”機制，在電力系統(tǒng)受擾處于緊急狀態(tài)時，新能源電站發(fā)揮不了應有作用，再加上新能源發(fā)電存在的時段性和間歇性，高比例的新能源電站接入給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。所以需要進行優(yōu)化升級，充分發(fā)揮新能源的優(yōu)勢，彌補劣勢，使新能源電站滿足快速頻率響應的要求。3.新能源廠站網(wǎng)源協(xié)調(diào)現(xiàn)狀一、項目背景目前，全國范圍內(nèi)西北電網(wǎng)、湖北電網(wǎng)、內(nèi)蒙古、河北等區(qū)域電網(wǎng)相繼開展了新能源廠站一次調(diào)頻的推廣、應用、技術(shù)研究、規(guī)范制定等相關(guān)工作。4.新能源廠站一次調(diào)頻現(xiàn)狀一、項

5、目背景根據(jù)南網(wǎng)要求，調(diào)管范圍內(nèi) 10 kV 及以上電壓等級線路與電網(wǎng)連接的新建、改建和擴建風電場以及 35 kV 及以上電壓等級并網(wǎng)的新建、改建和擴建的光伏發(fā)電站也逐步進行一次調(diào)頻功能整改。4.新能源廠站一次調(diào)頻現(xiàn)狀項目背景總體思路設(shè)備改造技術(shù)方案目 錄系統(tǒng)調(diào)試測試方案二、總體思路考慮到現(xiàn)有AGC系統(tǒng)控制計算實時性不佳，加上通訊環(huán)節(jié)冗長和通訊協(xié)議采用耗時較長的 TCP/IP 協(xié)議，總體比較適合時間周期要求較長的二次調(diào)頻。二、總體思路對于當前啟動響應時間較短的一次調(diào)頻等快速頻率響應功能，增加專用的一次調(diào)頻裝置（即新能源快速功率控制裝置，以下簡稱快速調(diào)頻裝置）來實現(xiàn)，該裝置與 AGC 系統(tǒng)相互配合

6、分工，通過信號聯(lián)閉鎖，分別實現(xiàn)光伏電站的一次調(diào)頻和二次調(diào)頻控制響應，并且實現(xiàn)兩者間的功能協(xié)調(diào)配合。二、總體思路二、總體思路快速調(diào)頻裝置無需中間測控裝置，通過自身直接采集新能源場站并網(wǎng)點電壓、頻率和功率信號，當頻率越過死區(qū)后啟動一次調(diào)頻控制功能，通過信號閉鎖原AGC 系統(tǒng)二次調(diào)頻控制，快速調(diào)頻裝置參考一次調(diào)頻參數(shù)和曲線生成合適的調(diào)節(jié)功率目標值。當頻率恢復正常后，退出一次調(diào)頻控制，解除一次調(diào)頻閉鎖信號，原 AGC 系統(tǒng)進入正常二次調(diào)頻控制模式。項目背景總體思路技術(shù)方案目 錄試驗方案三、技術(shù)方案三、技術(shù)方案1. 項目合作新能源場站快速頻率響應系統(tǒng)改造升級由場站、技術(shù)服務方和設(shè)備合作方三方共同開展。本

7、方案中技術(shù)改造的工作原理、實現(xiàn)方法以及預期實現(xiàn)的功能均以廠家提供的快速頻率響應裝置特點為基礎(chǔ)。三、技術(shù)方案2. 技術(shù)原理三、技術(shù)方案2. 技術(shù)原理2.1 技術(shù)規(guī)范Q/CSG 1211005-2016風力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)標準GB/T 19963-2011風電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定 南方電網(wǎng)新能源廠站一次調(diào)頻技術(shù)實施細則 Q/CSG 1203033-2017南方電網(wǎng)自動發(fā)電控制（AGC）技術(shù)規(guī)范 Q/CSG 110014-2012南方電網(wǎng)電廠并網(wǎng)運行及輔助服務管理算法規(guī)范 NB/T31054-2014風電機組電網(wǎng)適應性測試規(guī)程 DL/T1870-2018電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術(shù)規(guī)范Q/CSG 121101

8、7-2018中國南方電網(wǎng)有限責任公司風電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范南方電網(wǎng)新能源廠站一次調(diào)頻功能技術(shù)要求(南網(wǎng)總調(diào)201925號)三、技術(shù)方案2. 技術(shù)原理2.2 技術(shù)原理注：a和b分別為快速調(diào)頻裝置上調(diào)節(jié)限幅和下調(diào)節(jié)限幅的比例；c為快速調(diào)頻裝置參與功率控制的下限值比例；f0-和f0+為快速調(diào)頻裝置調(diào)頻動作和復歸的門檻頻率值；f1-和f1+為快速調(diào)頻裝置調(diào)頻工況的頻率上、下限值。有功-頻率下垂特性三、技術(shù)方案2. 技術(shù)原理2.2 技術(shù)原理注：P0 為有功功率初始值，MW；PN 為開機容量，MW；fN 系統(tǒng)額定頻率，50Hz； fd 系統(tǒng)頻率死區(qū)（即 f0- f0+），Hz；%為新能源快速頻率響應調(diào)差率

9、。有功-頻率特性曲線函數(shù)南方電網(wǎng)新能源廠站參數(shù)取值推薦表區(qū)域參數(shù)類型快速頻率響應死區(qū)fd （Hz）快速調(diào)頻調(diào)差率（%）快速頻率響應限幅（%）南方電網(wǎng)風電場0.030.06，推薦0.05Hz2%6%，推薦為 5%出力大于 20%PN 時，一次調(diào)頻功率上調(diào)節(jié)限幅 6%PN，下調(diào)節(jié)限幅 10%PN光伏電站0.020.05Hz，推薦0.05Hz三、技術(shù)方案2. 技術(shù)原理2.2 技術(shù)原理（1）電網(wǎng)高頻擾動情況下，有功功率降至額定出力的 10%時不再向下調(diào)節(jié)（即功率-頻率下垂特性圖中的c取值10）；（2）電網(wǎng)低頻擾動情況下，光伏電站根據(jù)實時運行工況參與電網(wǎng)頻率快速響應，不提前預留有功備用；南方電網(wǎng)規(guī)定低頻

10、擾動情況下，一次調(diào)頻動作量達 5%額定出力可不再向上調(diào)節(jié)；（3）新能源電站快速頻率響應功能與 AGC 控制相協(xié)調(diào)，新能源電站有功功率的控制目標應為 AGC 指令值與快速頻率響應調(diào)節(jié)量代數(shù)和，其中，當新能源場站在非限負荷工況下時，AGC 指令按頻率超出死區(qū)時刻的實發(fā)功率計算；（4）系統(tǒng)可根據(jù)場站實際需求進行功能定制開關(guān)，具備頻率周期響應、頻率階躍擾動響應、實際頻率擾動響應、電壓防擾動、AGC 協(xié)調(diào)響應等功能。電網(wǎng)對新能源廠站快速調(diào)頻裝置的規(guī)定三、技術(shù)方案2. 技術(shù)原理2.3 實現(xiàn)方案實現(xiàn)過程：1）部署綜合智能控制終端和快速頻率響應系統(tǒng)，配置對應網(wǎng)絡(luò)、安全、設(shè)備參數(shù)；2）部署高速測頻裝置，接入電站

11、 CT、PT 信號，高速率高精度采集頻率、電壓、有功功率等參數(shù)信息并上傳至快速頻率響應終端；3）實時接收 AGC 轉(zhuǎn)發(fā)的有功功率調(diào)節(jié)指令，作為調(diào)頻時的計算依據(jù)；4）與 AGC 系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行，實現(xiàn)調(diào)頻、AGC 調(diào)控搭配運行；三、技術(shù)方案2. 技術(shù)原理2.3 實現(xiàn)方案5）優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，取消通信冗余環(huán)節(jié)，以滿足快速頻率響應的速度要求；6）優(yōu)化風機能量管理平臺或光伏逆變器接口，實現(xiàn)快速頻率響應系統(tǒng)和風機能量管理平臺或光伏逆變器的直接通信，實現(xiàn)機組有功功率、狀態(tài)等信息的高速、高精度通訊；7）優(yōu)化能量管理平臺及風機的反映速度和執(zhí)行精度；8）根據(jù)站內(nèi)情況調(diào)節(jié)快速頻率響應參數(shù)，提升計算和控制速率、精度。三

12、、技術(shù)方案2. 技術(shù)原理2.3 實現(xiàn)方案裝置工作原理：當需要調(diào)頻時，開環(huán) AGC 系統(tǒng)，根據(jù) AGC 的最新目標指令和快速頻率響應需量，計算全場綜合目標值，綜合分析計算全場有功出力能力，生成最優(yōu)控制策略，下達調(diào)控指令，實現(xiàn)綜合調(diào)頻目標；間隔時間結(jié)束后，再次分析當前頻率，進行AGC 功能恢復或再次調(diào)頻操作?？焖兕l率響應系統(tǒng)根據(jù) AGC 系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)的 AGC 目標值與采集到的實時頻率計算調(diào)頻綜合目標值，通過專用的高速通信管理設(shè)備下發(fā)能量管理平臺執(zhí)行；當執(zhí)行完成后，再次判斷頻率值大小，如果還在死區(qū)外，繼續(xù)計算進行再一次調(diào)頻；如果已經(jīng)進入頻率死區(qū)，調(diào)頻系統(tǒng)置為開環(huán)，并遙控 AGC 系統(tǒng)閉環(huán)。1綜合智能控

13、制終端2高速測頻裝置3工作站4高速通信管理設(shè)備5機柜6顯示器等配件硬件設(shè)備三、技術(shù)方案2. 技術(shù)原理2.3 實現(xiàn)方案主要工作內(nèi)容：三、技術(shù)方案2. 技術(shù)原理2.3 實現(xiàn)方案主要工作內(nèi)容：（1）綜合智能控制終端：負責通信前置，和風機能量管理平臺進行通信，和高速測頻裝置通信，采集風機數(shù)據(jù)和頻率數(shù)據(jù)；并負責進行快速頻率響應的控制策略制定，和遙調(diào)下發(fā)；（2）高速測頻裝置：通過 CT、PT 信號采集并網(wǎng)點的頻率、電壓、并網(wǎng)功率等；（3）網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化：高速交互風機四遙信息，實現(xiàn)快速頻率響應系統(tǒng)對時間性能的要求；（4）機組優(yōu)化：根據(jù)各區(qū)域規(guī)范要求，整改優(yōu)化風機能量管理平臺或光伏逆變器，使其響應速度、響應精度滿足

14、當?shù)仉娋W(wǎng)要求。三、技術(shù)方案2. 技術(shù)原理2.4 技術(shù)關(guān)鍵點（1）現(xiàn)有電站測控裝置的測頻精度、頻率采樣周期大多無法滿足快速頻率響應快速性要求，需要根據(jù)電站實際情況進行優(yōu)化或加裝專用高精度測頻設(shè)備；（2）需建立快速頻率響應系統(tǒng)和光伏逆變器或風機能量管理平臺專屬通道，并優(yōu)化此通道通行速度，使?jié)M足當?shù)仉娋W(wǎng)電網(wǎng)對于快速頻率響應的要求。三、技術(shù)方案2. 技術(shù)原理2.5 性能要求（南網(wǎng)）序號參數(shù)規(guī)定1響應滯后時間thx3s2響應時間t0.9光伏 5 s，風電 10s3調(diào)節(jié)時間ts15s4調(diào)頻控制偏差2%PN5快速頻率響應的控制周期1s6快速頻率響應死區(qū)0.05Hz7高速測頻裝置頻率采樣周期100ms頻率分辨

15、率0.003Hz測頻精度0.003Hz備注響應滯后時間thx：自頻率越過新能源場站調(diào)頻死區(qū)開始到發(fā)電出力可靠的向調(diào)頻方向開始變化所需的時間；響應時間t0.9：自頻率超出調(diào)頻死區(qū)開始，至有功功率調(diào)節(jié)量達到調(diào)頻目標值與初始功率之差的 90%所需時間；調(diào)節(jié)時間ts：自頻率超出調(diào)頻死區(qū)開始，至有功功率穩(wěn)定在額定出力1%以內(nèi)的最短時間。三、技術(shù)方案3. 實施方案三、技術(shù)方案3. 實施方案3.1 現(xiàn)場勘察（1）設(shè)備安裝位置確定、機房環(huán)境勘查； （2）設(shè)備連接規(guī)劃、線路準備情況； （3）提供詳細、全面的安全實施方案及實施計劃，包括架構(gòu)部署圖、操作步驟、應急措施等。三、技術(shù)方案3. 實施方案3.2 實施改造（

16、1）安裝高速測頻裝置，選取合適的電壓互感器、電流互感器信號接入點，在不干擾站內(nèi)其他設(shè)備的前提下，由專業(yè)持證人員進行二次側(cè)電壓、電流接至快速測頻裝置，高速、高精度采集并網(wǎng)點處頻率和有功、電壓等參數(shù)； （2）部署智能控制終端，安裝快速頻率響應系統(tǒng)，按站內(nèi)實際情況配置具體參數(shù)信息； （3）聯(lián)調(diào) AGC 系統(tǒng)，使?jié)M足與調(diào)頻系統(tǒng)間的實時目標值轉(zhuǎn)發(fā)及開閉環(huán)控制功能(AGC 需轉(zhuǎn)發(fā)有功控制指令給快頻系統(tǒng)，包含遠方、本地指令，轉(zhuǎn)發(fā)時間應不大于 1s；需要調(diào)頻時，AGC 系統(tǒng)接到快頻系統(tǒng)的開環(huán)指令后應立即停止任何有功指令的下發(fā)動作)； 三、技術(shù)方案3. 實施方案3.2 實施改造（4）協(xié)調(diào)風機能量管理平臺，建立快

17、速頻率響應系統(tǒng)與能量管理平臺間的直接通道，優(yōu)化通行速度； （5）協(xié)調(diào)光伏逆變器或風機能量管理平臺及風機廠商進行優(yōu)化，整體提升響應速度（風電能量管理平臺具體要求為：有功功率可調(diào)節(jié) 10%PN(PN為單機功率)。滿足響應滯后時間不大于 500ms,響應時間不大于 10s,調(diào)節(jié)時間不大于 10s，有功控制精度正負誤差不大于 1%。且機組通訊接口、通訊響應速率均需滿足調(diào)度要求 。光伏逆變器具體要求為：有功功率可調(diào)節(jié) 10%PN(PN為單機功率)。滿足響應滯后時間不大于 500ms,響應時間不大于 3s,調(diào)節(jié)時間不大于10s，有功控制精度正負誤差不大于 1%。且逆變器通訊接口、光伏區(qū)通訊響應速率均需滿足

18、調(diào)度要求）； 三、技術(shù)方案3. 實施方案3.2 實施改造（6）通過綜合智能控制終端實時采集頻率、有功、AGC 目標值及風機數(shù)據(jù)，進行頻率值范圍實時判斷及調(diào)頻策略計算、下發(fā)； （7）配置管理服務器進行工作狀態(tài)的監(jiān)控，歷史數(shù)據(jù)查詢； （8）經(jīng)過站內(nèi)負責人及省調(diào)批準后，通過模擬頻率信號輸入及本地 AGC 指令，實際調(diào)控部分或全部逆變器進行頻率響應測試，確保功能及性能上都滿足相關(guān)要求。三、技術(shù)方案3. 實施方案3.3 系統(tǒng)調(diào)試完成新能源場站快速頻率響應系統(tǒng)硬件部署、軟件升級、通訊優(yōu)化后，為檢驗快速頻率響應系統(tǒng)調(diào)頻功能是否滿足電網(wǎng)及相關(guān)規(guī)程要求，并根據(jù)實際檢測情況進行一次調(diào)頻功能優(yōu)化，需開展快速頻率響應

19、系統(tǒng)測試調(diào)試工作。詳見試驗方案三、技術(shù)方案3. 實施方案3.4 項目驗收項目的驗收內(nèi)容包括現(xiàn)場設(shè)備驗收、系統(tǒng)初驗、系統(tǒng)終驗三個部分。當三者完全通過驗收測試后，方能認為項目驗收合格。 設(shè)備廠商和技術(shù)服務方配合提供詳細的現(xiàn)場設(shè)備驗收、系統(tǒng)初驗、系統(tǒng)終驗的大綱或計劃。大綱中明確規(guī)定試驗項目和必須達到的各項要求。項目背景總體思路技術(shù)方案目 錄試驗方案1.測試儀器快速調(diào)頻裝置測試儀試驗使用快速調(diào)頻裝置測試儀實時記錄機組模擬量、狀態(tài)量等信號。2.測點布置系統(tǒng)電壓：并網(wǎng)點PT系統(tǒng)電流：并網(wǎng)點CT場站并網(wǎng)點頻率：頻率信號有功功率：新能源廠站總有功功率3.試驗條件確認機組各主輔系統(tǒng)及設(shè)備工作正常，具備開機并網(wǎng)帶

20、負荷運行的條件。調(diào)頻裝置運行正常，已按照試驗方案的要求對相關(guān)程序、參數(shù)（一次調(diào)頻頻率死區(qū)設(shè)置為0.05Hz，機組的調(diào)差系數(shù)設(shè)定為5等）修改完畢，并對原程序和參數(shù)進行了可靠備份。試驗方案已經(jīng)過各方認真討論確定，并上報電網(wǎng)調(diào)度。4.調(diào)試測試內(nèi)容4.1 靜態(tài)測試頻率測量單元測試頻率死區(qū)校驗調(diào)頻裝置調(diào)差系數(shù)校驗調(diào)頻裝置限幅確認4.調(diào)試測試內(nèi)容4.2 動態(tài)測試動態(tài)頻率響應試驗一次調(diào)頻與AGC協(xié)調(diào)關(guān)系驗證5、技術(shù)指標5.1 技術(shù)要求一次調(diào)頻死區(qū)：風電場一次調(diào)頻的死區(qū)宜設(shè)置為0.030.06Hz， 推薦設(shè)定值為0.05Hz；光伏廠站一次調(diào)頻的死區(qū)宜設(shè)置為0.020.05Hz，推薦設(shè)定值為0.05Hz。 一次調(diào)頻調(diào)差系數(shù)：新能源廠站一次調(diào)頻調(diào)差系數(shù)宜設(shè)置為2%6%，推薦設(shè)定值為5%。5、技術(shù)指標5.1 技術(shù)要求一次調(diào)頻限幅：新能源廠站的有功出力大于20%Pn 時，一次調(diào)頻動作應滿足下列要求：a) 當系統(tǒng)頻率低于額定頻率并越過一