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北京鸿普惠:一次调频及惯量是新能源稳定接入的安全保障

   日期:2021-10-25     来源:世纪新能源网    作者:孙凌伟    浏览:2901    评论:0    
 “双碳”目标的提出,让新能源发电迎来了发展良机。不过由于光伏、风电等新能源发电不具备调频和惯量响应能力,反而让电网的调频调峰压力日趋严峻。如何更好地解决这一问题?在国庆节前刚刚落幕的、由世纪新能源网主办的“2021第六届东北能源与经济峰会”上,来自北京鸿普惠信息技术有限公司的王学博,对这一问题进行了详细阐述。

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相关数据显示,2021年3月,我国新能源发电装机容量已经达到5.46亿kW,全国发电总装机 22.2亿kW ,占比达24.6%。其中,光伏累计装机容量2.59亿KW,风电累计装机容量2.87亿KW。而根据“双碳”目标的计算,2030年,我国风电、光伏总装机要达到12亿kW以上。

新能源发电的飞速发展,对于“双碳”目标的早日实现当然是好事。不过由于新能源发电相对传统火电、水电稳定性差,在接入电网时,会引发两大问题:一是由于特高压直流闭锁引发电网频率扰动;二是新能源发电大比例接入会挤占常规火电、水电的调节惯量,让电网调频调峰压力日趋严峻。

据王学博解释,由于电网是实时动态负荷,发电和负荷必须保持动态平衡的状态,当发电大于负荷时,会导致频率升高,需要降有功;当发电小于负荷,会导致频率降低,需要升有功。在传统发电系统中,同步发电机以3000转/小时的速度在转,与电力系统强耦合,是维持电网频率的基础,能提供一定的惯量。而随着新能源装机占比增高,同步发电机的响应减少,电网频率的稳定性需要新能源电力来维持,不过由于光伏、风电是通过电力电子设备连接到电网的,不具备调频能力,也不具备惯量响应能力,所以会让电网的频率稳定面临严峻挑战。

为了稳定地调节频率,就需要用到一次调频和惯量技术。

所谓一次调频,是指电网的频率一旦偏离额定值时,电网中机组的控制系统就自动地控制机组有功功率的增减,限制电网频率变化,使电网频率维持稳定的自动控制过程。

电力系统上的广义惯量,则是对系统状态(频率)改变的抵抗程度,涵盖了在调速系统作用前所有抑制频率变化的因素。既包括具有惯量响应特征的电源侧同步机惯量、负荷侧异步机惯量及电压源型虚拟惯量,电流源型虚拟惯量,同时涵盖静态负荷电压-功率响应产生的等效惯量。

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由于光伏、风电缺少惯量响应和一次调频的能力,大量采用新能源发电的英国,曾经发生过大规模停电事故。

2019年8月6日,英国发生了一次大停电,大约100多万人受到了影响,主要的原因是当时其新能源发电占比35%左右,由于同步发电机开机少,新能源场站不具备惯量响应和一次调频的能力,所以造成了此次事故。

对于新能源场站的安全接入问题,我国很早就着手修改《电力系统安全稳定导则》,1981年推出了第一版,2001年推出了第二版,为电力系统行标;2020年7月1日,由电力系统标杆升级为强制国标。该导则主要增加的地方有两点:第一点是对直流稳定做出了一些新的规定;第二点是对新能源做出了规定。

在新能源接入方面,《电力系统安全稳定导则》规定,包括35kv及以上的所有电源,水电、火电、风电、光伏、核电、光热、储能、抽水蓄能等,必须具备一次调频和快速调压的能力,在新能源发电占比比较高的地区,新能源场站要提供必要的换量和短路容量支持能力。

国标出台后,各地方能源局、电网公司随后也出台了相应的细则,大多数规定新能源场站必须具备一次调频能力,但在惯量方面,只有云南出台了具体规定,辽宁做了试点,没有强制规定。

对于原有新能源场站配备一次调频问题,则给了1-3年的过渡期。

在一次调频及惯量技术方面,北京鸿普惠领跑行业,在除台湾以外的全国各地区,做了上百个成功案例。既有无配置储能的新能源电站惯量、调频拓扑,也有配置储能的新能源电站惯量、调频拓扑,还有行业经常用的飞轮一次调频/惯量方案。

 

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