风电场、光伏电站一次调频技术方案(含试验方案)

1、新能源场站（风电场、光伏电站）一次调频技术方案适用于：风电场光伏电站项目背景总体思路技术方案目 录试验方案目 录项目背景总体思路技术方案目 录试验方案一、项目背景1.电力系统背景在电网实际运行中，当电力系统中有功消耗与供给不匹配时，通常可以通过发电机组调节系统的一次调频功能修正电网频率的波动。传统的调频由火电、水电机组利用惯性和阻尼来实现一次调频，维护系统频率的平衡。一、项目背景近年来，随着越来越多的新能源厂站（风电场、光伏电站）投产并网，新能源厂站装机容量在电网装机容量中占比在不断增加，系统总转动惯量相对下降，直接影响到系统的快速频率响应速度，导致电网的稳定性大大降低。1.电力系统背景一、项

2、目背景电网关注的焦点：安全、稳定、经济电网安全稳定运行：恒频恒压电网的经济运行：保证安全稳定的前提下有功最大化2.新能源厂站一次调频改造的必要性一、项目背景从电网安全稳定运行的角度：由于风、光等自然能源具有间歇性，随机性的特点，新能源厂站发电机组调节系统主要以电力电子元件为主，调节响应速度相对水火电机械元件较快，不具备维持系统安全稳定运行所需的惯性和阻尼。2.新能源厂站一次调频改造的必要性一、项目背景从电网安全稳定运行的角度：随着新能源厂站（风电厂、光伏电站）大规模并网，一方面因新能源装机容量在电网总装机容量中占比增加使传统水火电的转动惯量不足以支撑频率调控，另一方面越来越多的新能源厂站给电网

3、调度系统带来了巨大的调峰压力，增加了电网系统的不稳定性因素和影响电能质量的可能性。2.新能源厂站一次调频改造的必要性一、项目背景从电网经济运行的角度：经济运行的前提条件是安全稳定运行。2.新能源厂站一次调频改造的必要性一、项目背景从电网安全稳定运行和经济运行的角度综合考虑：新能源厂站参与一次调频增加稳定调节能力，具有重要的工程价值和经济价值。2.新能源厂站一次调频改造的必要性一、项目背景核心问题：通信冗余、缓慢，延时较多逆变器响应缓慢、精度也不够传统有功调节(AGC)受安全策略及变化率等规范限制，调节较慢新能源电站优势：及时性：电子器件相对机械元件调节更快、更便捷能力性：在自然条件允许的条件下

4、，新能源在保障设备安全的情况下可以连续大跨度调节。 3.新能源厂站网源协调现状一、项目背景目前，新能源电站的调节速度缓慢，缺少一种与电网有效的“同步”机制，在电力系统受扰处于紧急状态时，新能源电站发挥不了应有作用，再加上新能源发电存在的时段性和间歇性，高比例的新能源电站接入给电网的安全稳定运行带来了严峻挑战。所以需要进行优化升级，充分发挥新能源的优势，弥补劣势，使新能源电站满足快速频率响应的要求。3.新能源厂站网源协调现状一、项目背景目前，全国范围内西北电网、湖北电网、内蒙古、河北等区域电网相继开展了新能源厂站一次调频的推广、应用、技术研究、规范制定等相关工作。4.新能源厂站一次调频现状一、项

5、目背景根据南网要求，调管范围内 10 kV 及以上电压等级线路与电网连接的新建、改建和扩建风电场以及 35 kV 及以上电压等级并网的新建、改建和扩建的光伏发电站也逐步进行一次调频功能整改。4.新能源厂站一次调频现状项目背景总体思路设备改造技术方案目 录系统调试测试方案二、总体思路考虑到现有AGC系统控制计算实时性不佳，加上通讯环节冗长和通讯协议采用耗时较长的 TCP/IP 协议，总体比较适合时间周期要求较长的二次调频。二、总体思路对于当前启动响应时间较短的一次调频等快速频率响应功能，增加专用的一次调频装置（即新能源快速功率控制装置，以下简称快速调频装置）来实现，该装置与 AGC 系统相互配合

6、分工，通过信号联闭锁，分别实现光伏电站的一次调频和二次调频控制响应，并且实现两者间的功能协调配合。二、总体思路二、总体思路快速调频装置无需中间测控装置，通过自身直接采集新能源场站并网点电压、频率和功率信号，当频率越过死区后启动一次调频控制功能，通过信号闭锁原AGC 系统二次调频控制，快速调频装置参考一次调频参数和曲线生成合适的调节功率目标值。当频率恢复正常后，退出一次调频控制，解除一次调频闭锁信号，原 AGC 系统进入正常二次调频控制模式。项目背景总体思路技术方案目 录试验方案三、技术方案三、技术方案1. 项目合作新能源场站快速频率响应系统改造升级由场站、技术服务方和设备合作方三方共同开展。本

7、方案中技术改造的工作原理、实现方法以及预期实现的功能均以厂家提供的快速频率响应装置特点为基础。三、技术方案2. 技术原理三、技术方案2. 技术原理2.1 技术规范Q/CSG 1211005-2016风力发电并网技术标准GB/T 19963-2011风电场接入电力系统技术规定 南方电网新能源厂站一次调频技术实施细则 Q/CSG 1203033-2017南方电网自动发电控制（AGC）技术规范 Q/CSG 110014-2012南方电网电厂并网运行及辅助服务管理算法规范 NB/T31054-2014风电机组电网适应性测试规程 DL/T1870-2018电力系统网源协调技术规范Q/CSG 121101

8、7-2018中国南方电网有限责任公司风电场接入电网技术规范南方电网新能源厂站一次调频功能技术要求(南网总调201925号)三、技术方案2. 技术原理2.2 技术原理注：a和b分别为快速调频装置上调节限幅和下调节限幅的比例；c为快速调频装置参与功率控制的下限值比例；f0-和f0+为快速调频装置调频动作和复归的门槛频率值；f1-和f1+为快速调频装置调频工况的频率上、下限值。有功-频率下垂特性三、技术方案2. 技术原理2.2 技术原理注：P0 为有功功率初始值，MW；PN 为开机容量，MW；fN 系统额定频率，50Hz； fd 系统频率死区（即 f0- f0+），Hz；%为新能源快速频率响应调差率

9、。有功-频率特性曲线函数南方电网新能源厂站参数取值推荐表区域参数类型快速频率响应死区fd （Hz）快速调频调差率（%）快速频率响应限幅（%）南方电网风电场0.030.06，推荐0.05Hz2%6%，推荐为 5%出力大于 20%PN 时，一次调频功率上调节限幅 6%PN，下调节限幅 10%PN光伏电站0.020.05Hz，推荐0.05Hz三、技术方案2. 技术原理2.2 技术原理（1）电网高频扰动情况下，有功功率降至额定出力的 10%时不再向下调节（即功率-频率下垂特性图中的c取值10）；（2）电网低频扰动情况下，光伏电站根据实时运行工况参与电网频率快速响应，不提前预留有功备用；南方电网规定低频

10、扰动情况下，一次调频动作量达 5%额定出力可不再向上调节；（3）新能源电站快速频率响应功能与 AGC 控制相协调，新能源电站有功功率的控制目标应为 AGC 指令值与快速频率响应调节量代数和，其中，当新能源场站在非限负荷工况下时，AGC 指令按频率超出死区时刻的实发功率计算；（4）系统可根据场站实际需求进行功能定制开关，具备频率周期响应、频率阶跃扰动响应、实际频率扰动响应、电压防扰动、AGC 协调响应等功能。电网对新能源厂站快速调频装置的规定三、技术方案2. 技术原理2.3 实现方案实现过程：1）部署综合智能控制终端和快速频率响应系统，配置对应网络、安全、设备参数；2）部署高速测频装置，接入电站

11、 CT、PT 信号，高速率高精度采集频率、电压、有功功率等参数信息并上传至快速频率响应终端；3）实时接收 AGC 转发的有功功率调节指令，作为调频时的计算依据；4）与 AGC 系统协调运行，实现调频、AGC 调控搭配运行；三、技术方案2. 技术原理2.3 实现方案5）优化通信网络结构，取消通信冗余环节，以满足快速频率响应的速度要求；6）优化风机能量管理平台或光伏逆变器接口，实现快速频率响应系统和风机能量管理平台或光伏逆变器的直接通信，实现机组有功功率、状态等信息的高速、高精度通讯；7）优化能量管理平台及风机的反映速度和执行精度；8）根据站内情况调节快速频率响应参数，提升计算和控制速率、精度。三

12、、技术方案2. 技术原理2.3 实现方案装置工作原理：当需要调频时，开环 AGC 系统，根据 AGC 的最新目标指令和快速频率响应需量，计算全场综合目标值，综合分析计算全场有功出力能力，生成最优控制策略，下达调控指令，实现综合调频目标；间隔时间结束后，再次分析当前频率，进行AGC 功能恢复或再次调频操作。快速频率响应系统根据 AGC 系统转发的 AGC 目标值与采集到的实时频率计算调频综合目标值，通过专用的高速通信管理设备下发能量管理平台执行；当执行完成后，再次判断频率值大小，如果还在死区外，继续计算进行再一次调频；如果已经进入频率死区，调频系统置为开环，并遥控 AGC 系统闭环。1综合智能控

13、制终端2高速测频装置3工作站4高速通信管理设备5机柜6显示器等配件硬件设备三、技术方案2. 技术原理2.3 实现方案主要工作内容：三、技术方案2. 技术原理2.3 实现方案主要工作内容：（1）综合智能控制终端：负责通信前置，和风机能量管理平台进行通信，和高速测频装置通信，采集风机数据和频率数据；并负责进行快速频率响应的控制策略制定，和遥调下发；（2）高速测频装置：通过 CT、PT 信号采集并网点的频率、电压、并网功率等；（3）网络优化：高速交互风机四遥信息，实现快速频率响应系统对时间性能的要求；（4）机组优化：根据各区域规范要求，整改优化风机能量管理平台或光伏逆变器，使其响应速度、响应精度满足

14、当地电网要求。三、技术方案2. 技术原理2.4 技术关键点（1）现有电站测控装置的测频精度、频率采样周期大多无法满足快速频率响应快速性要求，需要根据电站实际情况进行优化或加装专用高精度测频设备；（2）需建立快速频率响应系统和光伏逆变器或风机能量管理平台专属通道，并优化此通道通行速度，使满足当地电网电网对于快速频率响应的要求。三、技术方案2. 技术原理2.5 性能要求（南网）序号参数规定1响应滞后时间thx3s2响应时间t0.9光伏 5 s，风电 10s3调节时间ts15s4调频控制偏差2%PN5快速频率响应的控制周期1s6快速频率响应死区0.05Hz7高速测频装置频率采样周期100ms频率分辨

15、率0.003Hz测频精度0.003Hz备注响应滞后时间thx：自频率越过新能源场站调频死区开始到发电出力可靠的向调频方向开始变化所需的时间；响应时间t0.9：自频率超出调频死区开始，至有功功率调节量达到调频目标值与初始功率之差的 90%所需时间；调节时间ts：自频率超出调频死区开始，至有功功率稳定在额定出力1%以内的最短时间。三、技术方案3. 实施方案三、技术方案3. 实施方案3.1 现场勘察（1）设备安装位置确定、机房环境勘查； （2）设备连接规划、线路准备情况； （3）提供详细、全面的安全实施方案及实施计划，包括架构部署图、操作步骤、应急措施等。三、技术方案3. 实施方案3.2 实施改造（

16、1）安装高速测频装置，选取合适的电压互感器、电流互感器信号接入点，在不干扰站内其他设备的前提下，由专业持证人员进行二次侧电压、电流接至快速测频装置，高速、高精度采集并网点处频率和有功、电压等参数； （2）部署智能控制终端，安装快速频率响应系统，按站内实际情况配置具体参数信息； （3）联调 AGC 系统，使满足与调频系统间的实时目标值转发及开闭环控制功能(AGC 需转发有功控制指令给快频系统，包含远方、本地指令，转发时间应不大于 1s；需要调频时，AGC 系统接到快频系统的开环指令后应立即停止任何有功指令的下发动作)； 三、技术方案3. 实施方案3.2 实施改造（4）协调风机能量管理平台，建立快

17、速频率响应系统与能量管理平台间的直接通道，优化通行速度； （5）协调光伏逆变器或风机能量管理平台及风机厂商进行优化，整体提升响应速度（风电能量管理平台具体要求为：有功功率可调节 10%PN(PN为单机功率)。满足响应滞后时间不大于 500ms,响应时间不大于 10s,调节时间不大于 10s，有功控制精度正负误差不大于 1%。且机组通讯接口、通讯响应速率均需满足调度要求 。光伏逆变器具体要求为：有功功率可调节 10%PN(PN为单机功率)。满足响应滞后时间不大于 500ms,响应时间不大于 3s,调节时间不大于10s，有功控制精度正负误差不大于 1%。且逆变器通讯接口、光伏区通讯响应速率均需满足

18、调度要求）； 三、技术方案3. 实施方案3.2 实施改造（6）通过综合智能控制终端实时采集频率、有功、AGC 目标值及风机数据，进行频率值范围实时判断及调频策略计算、下发； （7）配置管理服务器进行工作状态的监控，历史数据查询； （8）经过站内负责人及省调批准后，通过模拟频率信号输入及本地 AGC 指令，实际调控部分或全部逆变器进行频率响应测试，确保功能及性能上都满足相关要求。三、技术方案3. 实施方案3.3 系统调试完成新能源场站快速频率响应系统硬件部署、软件升级、通讯优化后，为检验快速频率响应系统调频功能是否满足电网及相关规程要求，并根据实际检测情况进行一次调频功能优化，需开展快速频率响应

19、系统测试调试工作。详见试验方案三、技术方案3. 实施方案3.4 项目验收项目的验收内容包括现场设备验收、系统初验、系统终验三个部分。当三者完全通过验收测试后，方能认为项目验收合格。 设备厂商和技术服务方配合提供详细的现场设备验收、系统初验、系统终验的大纲或计划。大纲中明确规定试验项目和必须达到的各项要求。项目背景总体思路技术方案目 录试验方案1.测试仪器快速调频装置测试仪试验使用快速调频装置测试仪实时记录机组模拟量、状态量等信号。2.测点布置系统电压：并网点PT系统电流：并网点CT场站并网点频率：频率信号有功功率：新能源厂站总有功功率3.试验条件确认机组各主辅系统及设备工作正常，具备开机并网带

20、负荷运行的条件。调频装置运行正常，已按照试验方案的要求对相关程序、参数（一次调频频率死区设置为0.05Hz，机组的调差系数设定为5等）修改完毕，并对原程序和参数进行了可靠备份。试验方案已经过各方认真讨论确定，并上报电网调度。4.调试测试内容4.1 静态测试频率测量单元测试频率死区校验调频装置调差系数校验调频装置限幅确认4.调试测试内容4.2 动态测试动态频率响应试验一次调频与AGC协调关系验证5、技术指标5.1 技术要求一次调频死区：风电场一次调频的死区宜设置为0.030.06Hz， 推荐设定值为0.05Hz；光伏厂站一次调频的死区宜设置为0.020.05Hz，推荐设定值为0.05Hz。 一次调频调差系数：新能源厂站一次调频调差系数宜设置为2%6%，推荐设定值为5%。5、技术指标5.1 技术要求一次调频限幅：新能源厂站的有功出力大于20%Pn 时，一次调频动作应满足下列要求：a) 当系统频率低于额定频率并越过一