大規模新能源接入下的互聯電網聯絡線功率和頻率控制策略分析

吳麗紅　鄒文

摘 要：在將新能源大規模接入到電網系統的過程中，主要需面對新能源基地所在區域的負荷水平偏低，以及新能源集中并網規模的擴大對電網沖擊增強這兩個方面的技術性難題。此兩方面的技術性難題現已成為阻礙我國應用新能源發電的重要原因，因此，展開適宜于新能源消納的調度模式以及電網運行控制方式研究意義重大。該文簡要分析了新能源并網對電網運行控制所帶來的影響，而后提出了一些互聯電網聯絡線功率和頻率控制策略，旨在為相關同行提供一些有價值的參考。

關鍵詞：新能源 互聯電網 聯絡線 功率控制 頻率控制

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0073-02

隨著當今我國社會經濟的高速化發展，全社會的能源需求量與日俱增，能源供應緊張與生態環境污染問題日漸加重，這也導致我國的國民經濟持續、穩定發展受到了一定程度的負面影響，節能減排現已成為我國最為重要的一項發展戰略。基于這一背景之下，大力開展有關可再生清潔能源的研究工作意義重大。但在將太陽能、風能、潮汐能等各種新型能源并入到電力系統的過程中面臨著巨大的困難挑戰。為解決這一問題，該次研究將就大規模新能源接入下的互聯電網聯絡線功率和頻率控制策略展開深入探究工作。

1 概述

在新能源并網規模不斷擴大的當下，就需要針對新能源所控制的目標展開具體分析，例如，光伏發電站、風力發電廠的運行特點對于電網所造成的影響。鑒于風力發電與光伏發電等新型發電方式在調節特性系數與一般的傳統能源機組存在明顯的差異性，因而需要針對其有功調節特性展開具體研究，以便能夠更加確切地分析新能源并網對于電網調頻所造成的不利影響。

2 新能源并網對電網運行控制的影響

鑒于新能源本身所具備的隨機特點以及可控制性相對較差，在將之大規模集中投入運營之后便會導致電網調峰調頻、聯絡線控制、系統暫態穩定等均會面臨著一定程度的影響，使得電力系統的穩定運行面臨新的困境。

2.1 系統調峰難度巨大

完全不同類型的新型能源，其功率波動和用電負荷波動的變化趨勢有著顯著性的差異特點。風力發電還具備有一定的“反調峰”特征，功率波動和用電負荷波動變化趨勢呈反方向同時變化的速率也相對較大，由此也便會導致電網等效峰谷差持續加劇，系統負荷特性將持續惡化，全網調峰區間也將增大，因而便要能夠在全網當中一致留出完全足夠的正、負向旋轉存儲容量；光伏還具備有“正調峰”的特點，在出力高峰區間，傳統能源要求開展深度調峰，以便能夠給予光伏電量消納創造有力條件，由此也將導致全網調節存儲備用受到干擾。

2.2 系統頻率與聯絡線調控難度增大

風力發電方式最為顯著的一項特征即為能量大、變化速率大、時空分布較不穩定，因而在實際運行過程當中便時常會表現出功率瞬時突變特性。由當前已經并入電網當中風電機運行特性來分析，風力發電廠出力時常會在短短幾分鐘內便會出現極為明顯的功率波動，致使系統頻率產生突變，聯絡線功率也將出現巨大偏差。光伏的短時功率變化以及周期性的峰谷改變，會導致電網有功不平衡量調控需求擴大，特別是光伏出力顯著升高以及有功大幅波動區段，在開展電網頻率調控時難度大大增加。

3 互聯電網聯絡線功率和頻率控制策略

3.1 互聯電網控制模式

依據對于機組調取應用的形式具體可將互聯電網控制模式分成區域直接調用、區域分級調用、子區域分散調用三種。從整體上來看，可大致將其歸納為：集中式、分層式與分散式三種類型。

（1）集中式。

對全網有功備用容量需求以及自動發電量控制由調度中心統一計算處理，同時采用計劃安排與市場配置相結合的方式來將備用容量下發至各發電機組，在具體運行之時，全網選用FFC控制策略，通過調度中心統一進行計算并直接下達控制命令將機組有功出力控制起來，屆時，調度中心與自動發電量控制機組間可實現直接通信。

（2）分層式。

在具體運行過程之時，全網均應用FFC控制策略。調度中心依據有功功率以及可控資源特性與其分布狀況對于每一處區域所與之相對的出力調節量予以計算出力，同時通過指令值的方式將其發送到各子區域調度中心，而后再由子區域調度中心來針對區域內的機組實現控制，也就是調度中心可利用通過發、等值機法這兩類形式來實現對自動發電量機組的調取應用。

（3）分散式。

通過子區域依據實際情況選取控制方式來獲得有功功率控制資源，同時針對所管轄區域的發電機組采取自動發電備用容量調配。在具體運營之時，子區域可選擇應用FTC或者TBC的控制形式。

3.2 功率控制策略

在進行功率調整時，交流電網內的自動發電量控制不僅要對區域當中的發電-負荷達到平衡效應，同時還要求能夠有效處理隨時都在發生改變的直流線路功率。假定受端電網為支援側，那么相較于受端電網而言，在忽略其余交流聯絡線，進行直流功率調整之時變化量分攤形式如圖1所示。

在圖1當中，△PDC代表直流功率變化量，△PG代表機組出力偏差，△Pd代表機組出力調節整體需求量。在圖1當中整體控制思路即為對直流功率變化量與機組出力偏差，通過比例-積分環節來求出功率調節的整體需求量，同時將之再分配到各調頻機組，利用不同機組間的增減出力來一起協助消除直流波動。

3.3 頻率控制策略

在電力系統當中其頻率控制有針對頻率的一次與二次調節兩種。其中一次調節是應用發電機組速度調控系統的頻率特點，來通過對頻率改變的感知進行調控；二次調節則是依據區域控制偏差，對發電機組功率基準數值進行調控，并以此來達到頻率的精確調控。

頻率一次調控是應用系統本身便具備的負荷頻率特性和發電機調速設備作用，來限制系統頻率過度超出標準值。在系統頻率出現改變之時，系統內全部發電機轉速也將產生改變。如果轉速改變遠遠超過發電機組所要求的不靈敏區域，發電機速度調控設備便會做出相應的操作行為，促使原有動機閥門發生移動，原動機功率也將隨之產生改變。

4 結語

綜上所述，近年來我國社會經濟取得了巨大的發展與進步，與此同時對于能源的需求量也不斷增加，為了確保對社會經濟能源需求量的穩定供應以及實現環境友好型的發展，各種新型能源也開始逐漸被大規模地接入到了電力系統網絡當中。為應對在這一過程中所面臨的技術性難題，該次研究中重點就互聯電網聯絡線功率和頻率控制策略展開了深入探究，其中具體包括互聯電網控制模式、功率控制策略、頻率控制策略三個方面的內容。

參考文獻

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