風電場、光伏電站一次調頻技術方案(含試驗方案)課件

新能源場站（風電場、光伏電站）一次調頻技術方案新能源場站（風電場、光伏電站）一次調頻1適用于：風電場

光伏電站

適用于：風電場

光伏電站

2項目背景總體思路技術方案目錄試驗方案目錄項目背景總體思路技術方案目錄試驗方案目錄3項目背景總體思路技術方案目錄試驗方案項目背景總體思路技術方案目錄試驗方案4一、項目背景1.電力系統(tǒng)背景在電網實際運行中，當電力系統(tǒng)中有功消耗與供給不匹配時，通?？梢酝ㄟ^發(fā)電機組調節(jié)系統(tǒng)的一次調頻功能修正電網頻率的波動。傳統(tǒng)的調頻由火電、水電機組利用慣性和阻尼來實現(xiàn)一次調頻，維護系統(tǒng)頻率的平衡。一、項目背景1.電力系統(tǒng)背景在電網實際運行中，當電力系統(tǒng)中有5一、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）投產并網，新能源廠站裝機容量在電網裝機容量中占比在不斷增加，系統(tǒng)總轉動慣量相對下降，直接影響到系統(tǒng)的快速頻率響應速度，導致電網的穩(wěn)定性大大降低。1.電力系統(tǒng)背景一、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6一、項目背景電網關注的焦點：安全、穩(wěn)定、經濟電網安全穩(wěn)定運行：恒頻恒壓電網的經濟運行：保證安全穩(wěn)定的前提下有功最大化2.新能源廠站一次調頻改造的必要性一、項目背景電網關注的焦點：安全、穩(wěn)定、經濟2.新能源廠站一7一、項目背景從電網安全穩(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)電機組調節(jié)系統(tǒng)主要以電力電子元件為主，調節(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.新能源廠站一次調頻改造的必要性一、項目背景從電網安全穩(wěn)定運行的角度：2.新能源廠站一次調頻8一、項目背景從電網安全穩(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，一方面因新能源裝機容量在電網總裝機容量中占比增加使傳統(tǒng)水火電的轉動慣量不足以支撐頻率調控，另一方面越來越多的新能源廠站給電網調度系統(tǒng)帶來了巨大的調峰壓力，增加了電網系統(tǒng)的不穩(wěn)定性因素和影響電能質量的可能性。2.新能源廠站一次調頻改造的必要性一、項目背景從電網安全穩(wěn)定運行的角度：2.新能源廠站一次調頻9一、項目背景從電網經濟運行的角度：經濟運行的前提條件是安全穩(wěn)定運行。2.新能源廠站一次調頻改造的必要性一、項目背景從電網經濟運行的角度：2.新能源廠站一次調頻改造10一、項目背景從電網安全穩(wěn)定運行和經濟運行的角度綜合考慮：新能源廠站參與一次調頻增加穩(wěn)定調節(jié)能力，具有重要的工程價值和經濟價值。2.新能源廠站一次調頻改造的必要性一、項目背景從電網安全穩(wěn)定運行和經濟運行的角度綜合考慮：2.11一、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)有功調節(jié)(AGC)受安全策略及變化率等規(guī)范限制，調節(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節(jié)更快、更便捷能力性：在自然條件允許的條件下，新能源在保障設備安全的情況下可以連續(xù)大跨度調節(jié)。3.新能源廠站網源協(xié)調現(xiàn)狀一、項目背景核心問題：3.新能源廠站網源協(xié)調現(xiàn)狀12一、項目背景目前，新能源電站的調節(jié)速度緩慢，缺少一種與電網有效的“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.新能源廠站網源協(xié)調現(xiàn)狀一、項目背景目前，新能源電站的調節(jié)速度緩慢，缺少一種與電網有13一、項目背景目前，全國范圍內西北電網、湖北電網、內蒙古、河北等區(qū)域電網相繼開展了新能源廠站一次調頻的推廣、應用、技術研究、規(guī)范制定等相關工作。4.新能源廠站一次調頻現(xiàn)狀一、項目背景目前，全國范圍內西北電網、湖北電網、內蒙古、河北14一、項目背景根據南網要求，調管范圍內10kV及以上電壓等級線路與電網連接的新建、改建和擴建風電場以及35kV及以上電壓等級并網的新建、改建和擴建的光伏發(fā)電站也逐步進行一次調頻功能整改。4.新能源廠站一次調頻現(xiàn)狀一、項目背景根據南網要求，調管范圍內10kV及以上電壓15項目背景總體思路設備改造技術方案目錄系統(tǒng)調試測試方案項目背景總體思路設備改造技術方案目錄系統(tǒng)調試測試方案16二、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頻。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17二、總體思路對于當前啟動響應時間較短的一次調頻等快速頻率響應功能，增加專用的一次調頻裝置（即新能源快速功率控制裝置，以下簡稱快速調頻裝置）來實現(xiàn)，該裝置與AGC系統(tǒng)相互配合分工，通過信號聯(lián)閉鎖，分別實現(xiàn)光伏電站的一次調頻和二次調頻控制響應，并且實現(xiàn)兩者間的功能協(xié)調配合。二、總體思路對于當前啟動響應時間較短的一次調頻等快速頻率響應18二、總體思路二、總體思路19二、總體思路快速調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點電壓、頻率和功率信號，當頻率越過死區(qū)后啟動一次調頻控制功能，通過信號閉鎖原AGC系統(tǒng)二次調頻控制，快速調頻裝置參考一次調頻參數(shù)和曲線生成合適的調節(jié)功率目標值。當頻率恢復正常后，退出一次調頻控制，解除一次調頻閉鎖信號，原AGC系統(tǒng)進入正常二次調頻控制模式。二、總體思路快速調頻裝置無需中間測控裝置，通過自身直接采集新20項目背景總體思路技術方案目錄試驗方案項目背景總體思路技術方案目錄試驗方案21三、技術方案三、技術方案22三、技術方案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、技術服務方和設備合作方三方共同開展。本方案中技術改造的工作原理、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。三、技術方案1.項目合作23三、技術方案2.技術原理三、技術方案2.技術原理24三、技術方案2.技術原理2.1技術規(guī)范Q/CSG1211005-2016《風力發(fā)電并網技術標準》GB/T19963--2011《風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》《南方電網新能源廠站一次調頻技術實施細則》Q/CSG1203033-2017《南方電網自動發(fā)電控制（AGC）技術規(guī)范》Q/CSG110014-2012《南方電網電廠并網運行及輔助服務管理算法規(guī)范》NB/T31054-2014《風電機組電網適應性測試規(guī)程》DL/T1870-2018《電力系統(tǒng)網源協(xié)調技術規(guī)范》Q/CSG1211017-2018中國南方電網有限責任公司《風電場接入電網技術規(guī)范》南方電網新能源廠站一次調頻功能技術要求(南網總調[2019]25號)三、技術方案2.技術原理25三、技術方案2.技術原理2.2技術原理注：a和b分別為快速調頻裝置上調節(jié)限幅和下調節(jié)限幅的比例；c為快速調頻裝置參與功率控制的下限值比例；f0-和f0+為快速調頻裝置調頻動作和復歸的門檻頻率值；f1-和f1+為快速調頻裝置調頻工況的頻率上、下限值。有功-頻率下垂特性三、技術方案2.技術原理注：a和b分別為快速調頻裝置上調節(jié)26三、技術方案2.技術原理2.2技術原理注：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；δ%為新能源快速頻率響應調差率。有功-頻率特性曲線函數(shù)南方電網新能源廠站參數(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）快速調頻調差率δ（%）快速頻率響應限幅（%）南方電網風電場±0.03~0.06，推薦0.05Hz2%~6%，推薦為5%出力大于20%PN時，一次調頻功率上調節(jié)限幅6%PN，下調節(jié)限幅10%PN光伏電站±0.02~0.05Hz，推薦0.05Hz三、技術方案2.技術原理注：有功-頻率特性曲線函數(shù)南方電網27三、技術方案2.技術原理2.2技術原理（1）電網高頻擾動情況下，有功功率降至額定出力的10%時不再向下調節(jié)（即功率-頻率下垂特性圖中的c取值10）；（2）電網低頻擾動情況下，光伏電站根據實時運行工況參與電網頻率快速響應，不提前預留有功備用；南方電網規(guī)定低頻擾動情況下，一次調頻動作量達5%額定出力可不再向上調節(jié)；（3）新能源電站快速頻率響應功能與AGC控制相協(xié)調，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)可根據場站實際需求進行功能定制開關，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)調響應等功能。電網對新能源廠站快速調頻裝置的規(guī)定三、技術方案2.技術原理電網對新能源廠站快速調頻裝置的規(guī)定28三、技術方案2.技術原理2.3實現(xiàn)方案①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)，配置對應網絡、安全、設備參數(shù)；2）部署高速測頻裝置，接入電站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轉發(fā)的有功功率調節(jié)指令，作為調頻時的計算依據；4）與AGC系統(tǒng)協(xié)調運行，實現(xiàn)調頻、AGC調控搭配運行；三、技術方案2.技術原理29三、技術方案2.技術原理2.3實現(xiàn)方案5）優(yōu)化通信網絡結構，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）根據站內情況調節(jié)快速頻率響應參數(shù)，提升計算和控制速率、精度。三、技術方案2.技術原理30三、技術方案2.技術原理2.3實現(xiàn)方案②裝置工作原理：當需要調頻時，開環(huán)AGC系統(tǒng)，根據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，下達調控指令，實現(xiàn)綜合調頻目標；間隔時間結束后，再次分析當前頻率，進行AGC功能恢復或再次調頻操作。快速頻率響應系統(tǒng)根據AGC系統(tǒng)轉發(fā)的AGC目標值與采集到的實時頻率計算調頻綜合目標值，通過專用的高速通信管理設備下發(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)計算進行再一次調頻；如果已經進入頻率死區(qū)，調頻系統(tǒng)置為開環(huán)，并遙控AGC系統(tǒng)閉環(huán)。三、技術方案2.技術原理311綜合智能控制終端2高速測頻裝置3工作站4高速通信管理設備5機柜6顯示器等配件硬件設備三、技術方案2.技術原理2.3實現(xiàn)方案③主要工作內容：1綜合智能控制終端2高速測頻裝置3工作站4高速通信管理設備532三、技術方案2.技術原理2.3實現(xiàn)方案③主要工作內容：（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)據和頻率數(shù)據；并負責進行快速頻率響應的控制策略制定，和遙調下發(fā)；（2）高速測頻裝置：通過CT、PT信號采集并網點的頻率、電壓、并網功率等；（3）網絡優(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、響應精度滿足當?shù)仉娋W要求。三、技術方案2.技術原理33三、技術方案2.技術原理2.4技術關鍵點（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，需要根據電站實際情況進行優(yōu)化或加裝專用高精度測頻設備；（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電網對于快速頻率響應的要求。三、技術方案2.技術原理34三、技術方案2.技術原理2.5性能要求（南網）序號參數(shù)規(guī)定1響應滯后時間thx≤3s2響應時間t0.9光伏≤5s，風電≤10s3調節(jié)時間ts≤15s4調頻控制偏差≤±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頻死區(qū)開始到發(fā)電出力可靠的向調頻方向開始變化所需的時間；響應時間t0.9：自頻率超出調頻死區(qū)開始，至有功功率調節(jié)量達到調頻目標值與初始功率之差的90%所需時間；調節(jié)時間ts：自頻率超出調頻死區(qū)開始，至有功功率穩(wěn)定在額定出力±1%以內的最短時間。三、技術方案2.技術原理序號參數(shù)規(guī)定1響應滯后時間thx≤35三、技術方案3.實施方案三、技術方案3.實施方案36三、技術方案3.實施方案3.1現(xiàn)場勘察（1）設備安裝位置確定、機房環(huán)境勘查；（2）設備連接規(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，包括架構部署圖、操作步驟、應急措施等。三、技術方案3.實施方案37三、技術方案3.實施方案3.2實施改造（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，在不干擾站內其他設備的前提下，由專業(yè)持證人員進行二次側電壓、電流接至快速測頻裝置，高速、高精度采集并網點處頻率和有功、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)，按站內實際情況配置具體參數(shù)信息；（3）聯(lián)調AGC系統(tǒng)，使?jié)M足與調頻系統(tǒng)間的實時目標值轉發(fā)及開閉環(huán)控制功能(AGC需轉發(fā)有功控制指令給快頻系統(tǒng)，包含遠方、本地指令，轉發(fā)時間應不大于1s；需要調頻時，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、技術方案3.實施方案38三、技術方案3.實施方案3.2實施改造（4）協(xié)調風機能量管理平臺，建立快速頻率響應系統(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度要求。光伏逆變器具體要求為：有功功率可調節(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調度要求）；三、技術方案3.實施方案39三、技術方案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，進行頻率值范圍實時判斷及調頻策略計算、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)據查詢；（8）經過站內負責人及省調批準后，通過模擬頻率信號輸入及本地AGC指令，實際調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要求。三、技術方案3.實施方案40三、技術方案3.實施方案3.3系統(tǒng)調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)調頻功能是否滿足電網及相關規(guī)程要求，并根據實際檢測情況進行一次調頻功能優(yōu)化，需開展快速頻率響應系統(tǒng)測試調試工作。詳見《試驗方案》三、技術方案3.實施方案41三、技術方案3.實施方案3.4項目驗收項目的驗收內容包括現(xiàn)場設備驗收、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。設備廠商和技術服務方配合提供詳細的現(xiàn)場設備驗收、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。三、技術方案3.實施方案42項目背景總體思路技術方案目錄試驗方案項目背景總體思路技術方案目錄試驗方案431.測試儀器快速調頻裝置測試儀試驗使用快速調頻裝置測試儀實時記錄機組模擬量、狀態(tài)量等信號。1.測試儀器442.測點布置系統(tǒng)電壓：并網點PT系統(tǒng)電流：并網點CT場站并網點頻率：頻率信號有功功率：新能源廠站總有功功率2.測點布置系統(tǒng)電壓：并網點PT453.試驗條件確認機組各主輔系統(tǒng)及設備工作正常，具備開機并網帶負荷運行的條件。調頻裝置運行正常，已按照試驗方案的要求對相關程序、參數(shù)（一次調頻頻率死區(qū)設置為±0.05Hz，機組的調差系數(shù)設定為5％等）修改完畢，并對原程序和參數(shù)進行了可靠備份。試驗方案已經過各方認真討論確定，并上報電網調度。3.試驗條件確認機組各主輔系統(tǒng)及設備工作正常，具備開機并網帶464.調試測試內容4.1靜態(tài)測試頻率測量單元測試頻率死區(qū)校驗調頻裝置調差系數(shù)校驗調頻裝置限幅確認4.調試測試內容4.1靜態(tài)測試474.調試測試內容4.2動態(tài)測試動態(tài)頻率響應試驗一次調頻與AGC協(xié)調關系驗證4.調試測試內容4.2動態(tài)測試485、技術指標5.1技術要求①一次調頻死區(qū)：風電場一次調頻的死區(qū)宜設置為±0.03～0.06Hz，推薦設定值為±0.05Hz；光伏廠站一次調頻的死區(qū)宜設置為±0.02～0.05Hz，推薦設定值為±0.05Hz。②一次調頻調差系數(shù)：新能源廠站一次調頻調差系數(shù)宜設置為2%～6%，推薦設定值為5%。5、技術指標5.1技術要求495、技術指標5.1技術要求③一次調頻限幅：新能源廠站的有功出力大于20%Pn時，一次調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次調頻死區(qū)時，新能源廠站應根據一次調頻曲線增加有功功率輸出，當有功調節(jié)量達到設定值時可不再繼續(xù)增加，一次調頻功率上調節(jié)限幅推薦設定值為6%Pn；b)當系統(tǒng)頻率高于額定頻率并越過一次調頻死區(qū)時，新能源廠站應根據一次調頻曲線減少有功功率輸出，當有功調節(jié)量達到設定值時可不再繼續(xù)減少，一次調頻功率下調節(jié)限幅推薦設定值為10%Pn。5、技術指標5.1技術要求505、技術指標5.1技術要求④動態(tài)指標頻率階躍試驗中，一次調頻動態(tài)指標應滿足以下要求：a)新能源廠站一次調頻啟動時間不大于3s；b)風電場一次調頻響應時間不大于10s，調節(jié)時間不大于15s；c)光伏電站一次調頻響應時間不大于5s，調節(jié)時間不大于15s。5、技術指標5.1技術要求51二、參考規(guī)范和技術要求5.1技術要求⑤一次調頻控制偏差：在頻率偏離死區(qū)出力穩(wěn)定后，新能源廠站響應一次調頻指令的有功出力偏差應在額定出力的±2%以內。⑥廠站級調頻裝置應選擇新能源廠站并網點電壓為頻率測量點，且一次調頻功能滿足以下技術要求：a）測頻精度：頻率測量分辨率不大于0.003Hz；b）頻率采樣周期：頻率采樣周期不大于100ms；c）一次調頻回路運算周期：一次調頻回路程序運算周期不大于100ms。二、參考規(guī)范和技術要求5.1技術要求525、技術指標5.2

一次調頻與AGC協(xié)調關系要求新能源電站快速頻率響應功能與AGC控制相協(xié)調，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節(jié)量代數(shù)和，其中，當新能源廠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；當電網頻率超出50±0.05Hz時，新能源快速頻率響應功能應閉鎖AGC反向調節(jié)指令。5、技術指標5.2一次調頻與AGC協(xié)調關系要求53感謝聆聽，多多交流！風電場、光伏電站一次調頻技術方案(含試驗方案)課件54新能源場站（風電場、光伏電站）一次調頻技術方案新能源場站（風電場、光伏電站）一次調頻55適用于：風電場

光伏電站

適用于：風電場

光伏電站

56項目背景總體思路技術方案目錄試驗方案目錄項目背景總體思路技術方案目錄試驗方案目錄57項目背景總體思路技術方案目錄試驗方案項目背景總體思路技術方案目錄試驗方案58一、項目背景1.電力系統(tǒng)背景在電網實際運行中，當電力系統(tǒng)中有功消耗與供給不匹配時，通?？梢酝ㄟ^發(fā)電機組調節(jié)系統(tǒng)的一次調頻功能修正電網頻率的波動。傳統(tǒng)的調頻由火電、水電機組利用慣性和阻尼來實現(xiàn)一次調頻，維護系統(tǒng)頻率的平衡。一、項目背景1.電力系統(tǒng)背景在電網實際運行中，當電力系統(tǒng)中有59一、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）投產并網，新能源廠站裝機容量在電網裝機容量中占比在不斷增加，系統(tǒng)總轉動慣量相對下降，直接影響到系統(tǒng)的快速頻率響應速度，導致電網的穩(wěn)定性大大降低。1.電力系統(tǒng)背景一、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60一、項目背景電網關注的焦點：安全、穩(wěn)定、經濟電網安全穩(wěn)定運行：恒頻恒壓電網的經濟運行：保證安全穩(wěn)定的前提下有功最大化2.新能源廠站一次調頻改造的必要性一、項目背景電網關注的焦點：安全、穩(wěn)定、經濟2.新能源廠站一61一、項目背景從電網安全穩(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)電機組調節(jié)系統(tǒng)主要以電力電子元件為主，調節(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.新能源廠站一次調頻改造的必要性一、項目背景從電網安全穩(wěn)定運行的角度：2.新能源廠站一次調頻62一、項目背景從電網安全穩(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，一方面因新能源裝機容量在電網總裝機容量中占比增加使傳統(tǒng)水火電的轉動慣量不足以支撐頻率調控，另一方面越來越多的新能源廠站給電網調度系統(tǒng)帶來了巨大的調峰壓力，增加了電網系統(tǒng)的不穩(wěn)定性因素和影響電能質量的可能性。2.新能源廠站一次調頻改造的必要性一、項目背景從電網安全穩(wěn)定運行的角度：2.新能源廠站一次調頻63一、項目背景從電網經濟運行的角度：經濟運行的前提條件是安全穩(wěn)定運行。2.新能源廠站一次調頻改造的必要性一、項目背景從電網經濟運行的角度：2.新能源廠站一次調頻改造64一、項目背景從電網安全穩(wěn)定運行和經濟運行的角度綜合考慮：新能源廠站參與一次調頻增加穩(wěn)定調節(jié)能力，具有重要的工程價值和經濟價值。2.新能源廠站一次調頻改造的必要性一、項目背景從電網安全穩(wěn)定運行和經濟運行的角度綜合考慮：2.65一、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)有功調節(jié)(AGC)受安全策略及變化率等規(guī)范限制，調節(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節(jié)更快、更便捷能力性：在自然條件允許的條件下，新能源在保障設備安全的情況下可以連續(xù)大跨度調節(jié)。3.新能源廠站網源協(xié)調現(xiàn)狀一、項目背景核心問題：3.新能源廠站網源協(xié)調現(xiàn)狀66一、項目背景目前，新能源電站的調節(jié)速度緩慢，缺少一種與電網有效的“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.新能源廠站網源協(xié)調現(xiàn)狀一、項目背景目前，新能源電站的調節(jié)速度緩慢，缺少一種與電網有67一、項目背景目前，全國范圍內西北電網、湖北電網、內蒙古、河北等區(qū)域電網相繼開展了新能源廠站一次調頻的推廣、應用、技術研究、規(guī)范制定等相關工作。4.新能源廠站一次調頻現(xiàn)狀一、項目背景目前，全國范圍內西北電網、湖北電網、內蒙古、河北68一、項目背景根據南網要求，調管范圍內10kV及以上電壓等級線路與電網連接的新建、改建和擴建風電場以及35kV及以上電壓等級并網的新建、改建和擴建的光伏發(fā)電站也逐步進行一次調頻功能整改。4.新能源廠站一次調頻現(xiàn)狀一、項目背景根據南網要求，調管范圍內10kV及以上電壓69項目背景總體思路設備改造技術方案目錄系統(tǒng)調試測試方案項目背景總體思路設備改造技術方案目錄系統(tǒng)調試測試方案70二、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頻。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71二、總體思路對于當前啟動響應時間較短的一次調頻等快速頻率響應功能，增加專用的一次調頻裝置（即新能源快速功率控制裝置，以下簡稱快速調頻裝置）來實現(xiàn)，該裝置與AGC系統(tǒng)相互配合分工，通過信號聯(lián)閉鎖，分別實現(xiàn)光伏電站的一次調頻和二次調頻控制響應，并且實現(xiàn)兩者間的功能協(xié)調配合。二、總體思路對于當前啟動響應時間較短的一次調頻等快速頻率響應72二、總體思路二、總體思路73二、總體思路快速調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點電壓、頻率和功率信號，當頻率越過死區(qū)后啟動一次調頻控制功能，通過信號閉鎖原AGC系統(tǒng)二次調頻控制，快速調頻裝置參考一次調頻參數(shù)和曲線生成合適的調節(jié)功率目標值。當頻率恢復正常后，退出一次調頻控制，解除一次調頻閉鎖信號，原AGC系統(tǒng)進入正常二次調頻控制模式。二、總體思路快速調頻裝置無需中間測控裝置，通過自身直接采集新74項目背景總體思路技術方案目錄試驗方案項目背景總體思路技術方案目錄試驗方案75三、技術方案三、技術方案76三、技術方案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、技術服務方和設備合作方三方共同開展。本方案中技術改造的工作原理、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。三、技術方案1.項目合作77三、技術方案2.技術原理三、技術方案2.技術原理78三、技術方案2.技術原理2.1技術規(guī)范Q/CSG1211005-2016《風力發(fā)電并網技術標準》GB/T19963--2011《風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》《南方電網新能源廠站一次調頻技術實施細則》Q/CSG1203033-2017《南方電網自動發(fā)電控制（AGC）技術規(guī)范》Q/CSG110014-2012《南方電網電廠并網運行及輔助服務管理算法規(guī)范》NB/T31054-2014《風電機組電網適應性測試規(guī)程》DL/T1870-2018《電力系統(tǒng)網源協(xié)調技術規(guī)范》Q/CSG1211017-2018中國南方電網有限責任公司《風電場接入電網技術規(guī)范》南方電網新能源廠站一次調頻功能技術要求(南網總調[2019]25號)三、技術方案2.技術原理79三、技術方案2.技術原理2.2技術原理注：a和b分別為快速調頻裝置上調節(jié)限幅和下調節(jié)限幅的比例；c為快速調頻裝置參與功率控制的下限值比例；f0-和f0+為快速調頻裝置調頻動作和復歸的門檻頻率值；f1-和f1+為快速調頻裝置調頻工況的頻率上、下限值。有功-頻率下垂特性三、技術方案2.技術原理注：a和b分別為快速調頻裝置上調節(jié)80三、技術方案2.技術原理2.2技術原理注：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；δ%為新能源快速頻率響應調差率。有功-頻率特性曲線函數(shù)南方電網新能源廠站參數(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）快速調頻調差率δ（%）快速頻率響應限幅（%）南方電網風電場±0.03~0.06，推薦0.05Hz2%~6%，推薦為5%出力大于20%PN時，一次調頻功率上調節(jié)限幅6%PN，下調節(jié)限幅10%PN光伏電站±0.02~0.05Hz，推薦0.05Hz三、技術方案2.技術原理注：有功-頻率特性曲線函數(shù)南方電網81三、技術方案2.技術原理2.2技術原理（1）電網高頻擾動情況下，有功功率降至額定出力的10%時不再向下調節(jié)（即功率-頻率下垂特性圖中的c取值10）；（2）電網低頻擾動情況下，光伏電站根據實時運行工況參與電網頻率快速響應，不提前預留有功備用；南方電網規(guī)定低頻擾動情況下，一次調頻動作量達5%額定出力可不再向上調節(jié)；（3）新能源電站快速頻率響應功能與AGC控制相協(xié)調，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)可根據場站實際需求進行功能定制開關，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)調響應等功能。電網對新能源廠站快速調頻裝置的規(guī)定三、技術方案2.技術原理電網對新能源廠站快速調頻裝置的規(guī)定82三、技術方案2.技術原理2.3實現(xiàn)方案①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)，配置對應網絡、安全、設備參數(shù)；2）部署高速測頻裝置，接入電站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轉發(fā)的有功功率調節(jié)指令，作為調頻時的計算依據；4）與AGC系統(tǒng)協(xié)調運行，實現(xiàn)調頻、AGC調控搭配運行；三、技術方案2.技術原理83三、技術方案2.技術原理2.3實現(xiàn)方案5）優(yōu)化通信網絡結構，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）根據站內情況調節(jié)快速頻率響應參數(shù)，提升計算和控制速率、精度。三、技術方案2.技術原理84三、技術方案2.技術原理2.3實現(xiàn)方案②裝置工作原理：當需要調頻時，開環(huán)AGC系統(tǒng)，根據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，下達調控指令，實現(xiàn)綜合調頻目標；間隔時間結束后，再次分析當前頻率，進行AGC功能恢復或再次調頻操作。快速頻率響應系統(tǒng)根據AGC系統(tǒng)轉發(fā)的AGC目標值與采集到的實時頻率計算調頻綜合目標值，通過專用的高速通信管理設備下發(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)計算進行再一次調頻；如果已經進入頻率死區(qū)，調頻系統(tǒng)置為開環(huán)，并遙控AGC系統(tǒng)閉環(huán)。三、技術方案2.技術原理851綜合智能控制終端2高速測頻裝置3工作站4高速通信管理設備5機柜6顯示器等配件硬件設備三、技術方案2.技術原理2.3實現(xiàn)方案③主要工作內容：1綜合智能控制終端2高速測頻裝置3工作站4高速通信管理設備586三、技術方案2.技術原理2.3實現(xiàn)方案③主要工作內容：（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)據和頻率數(shù)據；并負責進行快速頻率響應的控制策略制定，和遙調下發(fā)；（2）高速測頻裝置：通過CT、PT信號采集并網點的頻率、電壓、并網功率等；（3）網絡優(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、響應精度滿足當?shù)仉娋W要求。三、技術方案2.技術原理87三、技術方案2.技術原理2.4技術關鍵點（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，需要根據電站實際情況進行優(yōu)化或加裝專用高精度測頻設備；（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電網對于快速頻率響應的要求。三、技術方案2.技術原理88三、技術方案2.技術原理2.5性能要求（南網）序號參數(shù)規(guī)定1響應滯后時間thx≤3s2響應時間t0.9光伏≤5s，風電≤10s3調節(jié)時間ts≤15s4調頻控制偏差≤±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頻死區(qū)開始到發(fā)電出力可靠的向調頻方向開始變化所需的時間；響應時間t0.9：自頻率超出調頻死區(qū)開始，至有功功率調節(jié)量達到調頻目標值與初始功率之差的90%所需時間；調節(jié)時間ts：自頻率超出調頻死區(qū)開始，至有功功率穩(wěn)定在額定出力±1%以內的最短時間。三、技術方案2.技術原理序號參數(shù)規(guī)定1響應滯后時間thx≤89三、技術方案3.實施方案三、技術方案3.實施方案90三、技術方案3.實施方案3.1現(xiàn)場勘察（1）設備安裝位置確定、機房環(huán)境勘查；（2）設備連接規(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，包括架構部署圖、操作步驟、應急措施等。三、技術方案3.實施方案91三、技術方案3.實施方案3.2實施改造（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，在不干擾站內其他設備的前提下，由專業(yè)持證人員進行二次側電壓、電流接至快速測頻裝置，高速、高精度采集并網點處頻率和有功、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)，按站內實際情況配置具體參數(shù)信息；（3）聯(lián)調AGC系統(tǒng)，使?jié)M足與調頻系統(tǒng)間的實時目標值轉發(fā)及開閉環(huán)控制功能(AGC需轉發(fā)有功控制指令給快頻系統(tǒng)，包含遠方、本地指令，轉發(fā)時間應不大于1s；需要調頻時，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、技術方案3.實施方案92三、技術方案3.實施方案3.2實施改造（4）協(xié)調風機能量管理平臺，建立快速頻率響應系統(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度要求。光伏逆變器具體要求為：有功功率可調節(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調度要求）；三、技術方案3.實施方案93三、技術方案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，進行頻率值范圍實時判斷及調頻策略計算、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)據查詢；（8）經過站內負責人及省調批準后，通過模擬頻率信號輸入及本地AGC指令，實際調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要求。三、技術方案3.實施方案94三、技術方案3.實施方案3.3系統(tǒng)調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)調頻功能是否滿足電網及相關規(guī)程要求，并根據實際檢測情況進行一次調頻功能優(yōu)化，需開展快速頻率響應系統(tǒng)測試調試工作。詳見《試驗方案》三、技術方案3.實施方案95三、技術方案3.實施方案3.4項目驗收項目的驗收內容包括現(xiàn)場