[发明专利]一种新能源发电单元快速频率响应控制方法和装置

说明书

本发明提供了一种新能源发电单元快速频率响应控制方法和装置，箱变测控装置确定新能源发电单元的有功功率；箱变测控装置将确定的有功功率分配值下发给所述光伏逆变器或风机变流器；光伏逆变器或风机变流器按照有功功率分配值进行发电，不仅减少了工作量和成本，且缩短了新能源场站中新能源发电单元的频率响应时间；本发明可以实现光伏电站有功功率的快速控制，响应时间达到5秒以内，减少了控制器与逆变器直接的通信环节，同时还可以使用箱变测控装置本来就已经采集的变压器电压、电流、功率、频率等信号，直接用来快速频率响应控制，不需要另外增加硬件设备，在保证快速通信控制的同时还可以有效降低成本。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种新能源发电单元快速频率响应控制方法和装置。

背景技术

近年来新能源发展迅猛，随着高比例随机性、波动性的新能源集中接入电网，电网的调频压力及安全运行风险不断增大；具体表现在如下几个方面：

(1)导致电力系统备用容量需求的增加。电力系统稳定运行的前提是发电与用电的实时平衡，否则会引起系统电能质量下降，甚至会发生不稳定。为此，电力系统中往往需要配置一定的备用容量，以消除瞬时的功率不平衡。而新能源的随机性波动将会加剧系统中的这种功率不平衡现象，尽管新能源预测准确性正在逐步提高，但超短期乃至实时预测仍然存在很大的不确定性，这意味着电力系统需要更大的旋转备用容量以实现可靠运行。

(2)电力系统惯性响应和一次调频能力降低。随着新能源的大规模并网，意味着未来电力系统中原有的部分常规发电机组退出运行。为追求最大功率点(maximum powerpoint，MPPT)运行，新能源均不提供有功备用，因而无法在系统频率下降时提供类似传统机组的调频等辅助服务。在此情况下，如果缺失的这部分惯性响应和频率调节能力得不到补充，将使系统整体惯性和频率调节能力减弱，使得系统在扰动(机组脱网、线路故障、负荷突变)下的频率变化率增加、频率最低点降低、稳态频率偏差增加，发生频率稳定性问题更频繁。

(3)新能源电站接入对高压输电网的电压产生影响，甚至可能引起电压稳定性问题；新能源电站输出的电流变化也会引起电压波动，使负荷侧电压越限，并且它受气象条件影响较大，更会加剧电压波动，引起电压/无功调节装置的频繁动作。目前，新能源入网的调压措施主要有无功补偿和无功的合理分配、有载调压变压器带负荷调压、无功补偿和有载调压变压器综合调压以及装设并联电抗器或电容组调压。

新能源作为未来电网中的重要电源，越来越被认为应该具备类似于传统电源的有功控制、频率和电压调节等辅助服务能力。新能源主动参与电网频率和电压调整已经成为保障风电并网安全、提高新能源消纳空间的必然选择。

(4)随着中国西北电网新能源占比的不断升高，特高压直流输电逐步投运，电网运行与结构愈加复杂，电网发生系统调频难度不断加大，亟需新能源参与电网快速频率响应，提升大电网频率风险防控水平。新能源场站应具有快速频率响应功能，一般要求整站系统滞后时间小于2秒，响应时间小于5秒，调节时间小于15秒，控制周期小于1秒，频率精度小于0.003Hz。新能源场站需具备快速频率响应功能，存量电站需开展相应技术改造。不久的将来，快速频率响应功能将成为大型新能源电站运行控制的标准配置。

新能源场站目前常用的通信方法，是在新能源发电单元就地放置通信控制器，用于采集箱变测控装置、光伏逆变器、风机主控装置、风机变流器、汇流箱等就地设备运行信息，经光纤环网上送到场站监控与能量管理系统，并接受自动发电控制系统的控制。通信控制器的作用是：1)将就地设备的RS485/232等接口设备统一转换为以太网或光纤以太网接口；2)将就地设备MODBUS或其他通信规约统一转换为IEC104规约；3)就地设备运行信息采集和上送，场站监控与能量管理后台控制指令的下发。由于新能源场站发电单元较多，且对通信控制器的性能依赖很大，采用这种通信方式实现快速频率响应的难度较大，主要表现在控制响应时间偏长，普遍在30s以上，并难以进一步优化。