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中国电科院张军军:明年西北全区弃风弃光总额度降到5%以内

光伏系统工程  来源:北极星太阳能光伏网    2019/10/24 13:44:04  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:“为什么会在西北出现这样一个非常严重的网源矛盾,更多的我个人觉得,新能源项目的建设周期和我们电网西北建设的特高压送出通道的批复和建设的时间,两者之间至少存在三年不匹配的时间点。这个问题出现之后我们这几年一直在持续的解决送出通道的规划和建设的问题,我们也是承诺,到明年我们西北整个全区的弃风弃光总的额度降到5%以内。”

——中国电科院新能源研究所、国家能源太阳能发电研发(实验)中心主任张军军

2019年是光伏产业承上启下的一年,平价上网之后,光伏将迸发出无限的生机与活力,光伏新时代即将开启。北极星电力网与北极星太阳能光伏网于10月24日在北京举办《2019光伏新时代论坛暨“北极星杯”2019光伏影响力品牌颁奖典礼》,北极星太阳能光伏网、北极星光伏APP将全程直播,如需我们直播您的会议,请联系:13693626116

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中国电科院新能源研究所、国家能源太阳能发电研发(实验)中心主任张军军在论坛上做《网源协调新技术助推新能源实现平价上网》演讲,以下为发言实录:

张军军:刚才能源研究所从规划层面上实际上也说到了很多网源协调的事。我从技术层面上说一说,网源目前的阶段,新能源区域和电网怎么样结合互动,来实现助推我们目前解决弃风弃光的问题,同时支撑我们实现更大规模的平价上网的问题。

首先,说一下西北的网源目前的现状。弃风弃光主要是发生在我们西北的地区,基本上是2016年开始呈现这样一种趋势,后面持续扩大。追根溯源还是刚才我们探讨的问题,为什么会在西北出现这样一个非常严重的网源矛盾,更多的我个人觉得,从现在回过头来看,还是在规划层面上,我们西北的新能源规划和我们电网的规划存在严重的不匹配。新能源项目的建设周期和我们电网西北建设的特高压送出通道的批复和建设的时间,两者之间至少存在三年不匹配的时间点。这个问题出现之后我们这几年一直在持续的解决送出通道的规划和建设的问题,我们也是承诺,到明年我们西北整个全区的弃风弃光总的额度要降到5%以内。

从数字上可以看到,整个西北区域我们新能源基本上占到了总额,从电源角度来说占到了一半,风电、光伏、水电加在一起占到了一半。从发电量的数据来看,全网最大占比,日占比最大助力已经占到了45%,应该说整个新能源已经成为了我们西北的一个助力电源。作为我们的助力电源,应该说我们从规划送出和消纳这个大的宏观层面问题不谈,单从并网的技术细节层面上去说,应该说在网源的技术层面上也存在着一些技术问题亟待我们去攻克和解决,需要网源进行配合,共同来解决这些问题。

截至目前,西北电网通过这几条,包括灵宝、德宝、银东柴拉、天中、灵绍、祁韶实现了跨区互联,给我们新能源从新疆、甘肃、青海往内地输送的大通道应该是打通了,特别是天中和灵绍的特高压直流,为我们解决新能源外送的规模已经超过了3000万。但是正是由于送出大通道的建设,也给我们大电网的安全带来了直接的风险,特别是通过电力系统仿真,目前能看到的在大的送出直流线路发生大功率的双机或者单机闭锁的时候,瞬时可能一下子大的几百万甚至上千万的有功功率的损失,给电网的安全稳定运行带来极大的影响。特别是英国的风电事故发生以后更是给我们敲响了警钟。通过特高压线路建设,解决我们前几年网源在规划层面上时间不同步问题的同时,技术层面的风险也给我们提出了很大的技术上要解决的问题。我们也做了一个预计,如果说到明年2020年,西北电网外送规模要达到8000万以上,直流的大功率闭锁对电网的整个频率的安全将会造成严重的威胁。

随着西北新能源占比的不断提高,特高压直流逐步的投运,电网运行的体系和架构跟之前的西北电网相比发生了天翻地覆的变化,整个系统调频的难度在不断的加大,急需我们新能源作为主力电源,刚才已经说了,占到了50%的体量。对于电压也好、频率也好,特别是西北对于我们电源提供频率支撑的需求是尤其强烈,因为我们整个西北电网是一个大的送端电网,送端电网对于我们频率的风险防控水平要求是非常高的,这里面我们也是做了一个系统的仿真,如果说全部的新能源开机为零,这个单机闭锁频率的变化是比较小的。如果我们这条直流线路送出,新能源送了1200万,如果说我们的新能源场站是没有功率控制和频率支撑能力的话,单单一条直流线路的单机闭锁将会造成西北电网频率的变化,超过50.3赫兹,对于整个西北网是不可接受的。

为了加快我们能够在2020年实现网源协调,弃风弃光能够达到5%以内的目标,我们也是和西北电监局、国家能源局在西北送出新能源场站在频率调节的能力上我们去做了一些技术层面的研究和工作,经过3年时间的探索和摸索,去年我们终于得到国家能源局和西北电监局的批复,正式下发了相关的对于新能源场站具备有功频率快速支撑能力功能的要求。

这个文件在2018年,在西北的五省正式开展了试点应用,应该说去年我们是集中改造了条件相对来说比较好的100多个场站,今年200多个、300个场站正在相关的协调工作,我们明年要实现西北五省区全部大的新能源场站所有的快速频率改造的工作。

具体的技术指标,统筹所有西北网的调频资源,这里面包括了风电的、光伏,当然也包括了常规电源的,把他们所有能够跳动的快速频率的资源都调动起来,同时又要对我们风电和光伏的调频策略,根据他自身的能力,我们采用的是差异化的频率参数的设置方案。因为像光伏,是一个静止的电源,相对来说是没有转成惯量的,我们在风电和光伏上面,针对他的这种特性进行了差异化的参数设置,像电网在高频扰动的情况下,我们新能源场站有功功率,要降至额定负荷的10%左右可以不向下调节,在西北没有大规模储能上马的情况下,采用了一种,虽然要求具备这个能力,但是我要求的实际上是不增加太多成本的情况下去进行改造的这种能力,没有要求频率具备快速往上调的能力,当然如果说后面我们刚才所说的,光伏和储能能够达到一定的协调发展的程度,可能我们就要求,当然对我们的需求来说,肯定是往上、往下调都是有需要的,但是往上调目前可看到的技术手段就是要加装储能,或者是具备像光热这种具有储热介质的大量的电源存在,实际情况来看明显达不到。

我们目前对于快速频率响应的要求,要求是往下调,当然这正好是结合着我们西北,他是一个送端电网,频率和往下快速调节的需求是主要的频率调节的需求,到了我们中东部的受端电网,到时候我们对于频率的快速响应的需求就是向上调,我们是从西北做起。这三个边界条件决定了我们目前是采用这种技术手段。

这里就是我们设置的对于多个电源参与快速频率响应设置的调频曲线的方案,以及他们各自的使区,应该说通过风、火、光伏、水电,同时多频率的资源来快速的参与我们调频的工作,来优化整个西北特高压直流送出的能力。

对于快速调频响应要求提出了六点要求,包括了调频控制偏差指标、测频精度指标、频率采样周期、躲避采样过程要求、有功控制要求、响应性能指标要求。在西北能监局下发的文件里面都有具体的指标要求,大家有兴趣可以把那个文件拿出来再去看一下。这里面对于响应推进指标的要求,具体响应滞后时间、响应时间、调节时间,整个动态曲线的国家。

根据这样一个技术指标的要求,我们从去年开始逐步的在西北做了一些典型的场站改造,刚刚也说了风电、光伏使用的技术手段和方案不一样,所以改造的时候我们所使用的策略和方案也是不一样的。像我们对风电场的改造,几种方式,目前我们各推荐了三种比较有代表性的改造方案,根据我们风电场和光伏电站已经建成之后,基因是什么样的,我们可能对你改造的时候所采用的技术手段和要求也是不一样的,比如说在甘肃鲁能和宁夏五里坡的风场,我们通过AGC系统的改造实现快速响应的功能。通过AGC的系统接受频率信号,计算它的调频功率指令,依次转化为风电机组实现快速调频指令的功能。这种方式特点就是存在测频精度,原来AGC的模块,它的测频精度和采样周期,可能不满足我们快速响应的指标要求,所以改造的工作量相对来说比较大。它的优点就是,不改变原有的AGC有功控制的链路,相对来说对于我们场站实施起来,觉得改造的工作量相对来说比较少,而且改造的时间也比较短。

它的重点问题就是,如果说我的AGC厂家的技术指标不过硬的话,我改造完之后它的快速响应时间依然是比较长的,从实测的结果来看也是印证了这一点,对于我们刚才所说的响应性能时间的指标满足起来是比较困难的。

第二种,通过对能量管理平台进行改造,对我们的SCADA系统进行改造。

这个技术改造方案它的优点就是没有改变我们原来风电场的有功功率和控制架构,而且传输指令层级比较少。这里面需要关注的问题,我们的能量管理模块和原来场站加装的AGC之间存在协调配合的问题,总体来说这种改造方案我们实施下来还是能够满足技术指标要求的。

第三种,是一劳永逸的解决方案,对于原来的不管是能量管理模块还是AGC模块都不去动它,直接加装一个调频的专用的控制位,解决快速功率响应的功能,由于完全把SCADA和AGC有功功率控制的时候庞路掉了,所以原来所有的这套东西不用改造了,直接把它笼络掉,整体的响应速度就比较快,因为采用了高精度的测评模块,整个对于场站调频性能效果也是非常好的。

对于光伏来说,我们推进了三种技术改造方案,像青海鲁能格尔木光伏电站、嘉阳光伏电站、宁夏吴忠十六光伏电站,在AGC系统上通过软件改造实现我们快频的功能,当然它的优缺点跟刚才所说的风电通过AGC改造所表现出来的优缺点也是一致的,虽然不需要动原来的控制架构,对于我们响应时间的精度难以保障。

第二个,加装快频的响应装置,刚才说了,这种技术方案应该说可以一劳永逸的解决问题,但是改造的价格稍显贵,但是风电场目前来看,风电和光伏这两种方案目前来看改造的效果是最好的。但是我们在光伏里面还有一种相对来说效果又比较好,整个改造的成本又相对两者比较低的,这也是我们光伏相对于风电快频改造的优势,对于逆变器的改造,使我们逆变器通过软硬件的改造增加相应的通信和采样的模块,实现相应的快速调频功能,这样我们就不需要再去加装相对来说价格高昂的专用的快频响应的装置。通过各个逆变器的改造,以及逆变器相关的控制命令集成优化的工作,就可以实现我们整个光伏电站的快频功能。

它的优点就是利用逆变器能够快速响应,能够达到毫秒级的频率控制能力,对于场站实现快频的控制。

需要关注的问题,虽然能够解决我们光伏场站快频的问题,相对在总的并网点加装刚刚说的装置,它的改造工作量大一些,因为我们知道每台逆变器都要做重新的准备,从我们的工作量上来说,通过逆变器改造的这样一种方式会显得稍大一些。

最后简单介绍一下,我来自于中国电科院国家能源太阳能研发实验中心,也是国家新能源储能运行控制国家重点实验室的组成部分,目前整个中心是在中国电科院位于南京壶口的实验验证中心进行相应的运行,业务覆盖了从光伏逆变器、储能变流器、光伏电站现场以及支撑能源局在开展的领跑者计划的监管等等相关的工作,在标准制定层面上,也是跟光伏系统、光伏并网相关的几十项国标也是我们牵头制定的,中国第一个把我们中国的标准转化为光伏的IEC的标准也是我们首个完成的,在2014年我们就完成了IEC62910这个标准的牵头制定工作,这些年通过这些国家重大专项以及我们的国家电网公司的科技项目,我们相应的也取得了相关的成果,欢迎大家有什么事情可以沟通交流。

(以上内容根据现场速记整理,未经嘉宾审核)


投稿联系:陈女士 13693626116   QQ: 1831213786
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