北京鸿普惠：一次调频及惯量是新能源稳定接入的安全保障

 “双碳”目标的提出，让新能源发电迎来了发展良机。不过由于光伏、风电等新能源发电不具备调频和惯量响应能力，反而让电网的调频调峰压力日趋严峻。如何更好地解决这一问题？在国庆节前刚刚落幕的、由世纪新能源网主办的“2021第六届东北能源与经济峰会”上，来自北京鸿普惠信息技术有限公司的王学博，对这一问题进行了详细阐述。

 

相关数据显示，2021年3月，我国新能源发电装机容量已经达到5.46亿kW，全国发电总装机 22.2亿kW ，占比达24.6%。其中，光伏累计装机容量2.59亿KW，风电累计装机容量2.87亿KW。而根据“双碳”目标的计算，2030年，我国风电、光伏总装机要达到12亿kW以上。

新能源发电的飞速发展，对于“双碳”目标的早日实现当然是好事。不过由于新能源发电相对传统火电、水电稳定性差，在接入电网时，会引发两大问题：一是由于特高压直流闭锁引发电网频率扰动；二是新能源发电大比例接入会挤占常规火电、水电的调节惯量，让电网调频调峰压力日趋严峻。

据王学博解释，由于电网是实时动态负荷，发电和负荷必须保持动态平衡的状态，当发电大于负荷时，会导致频率升高，需要降有功；当发电小于负荷，会导致频率降低，需要升有功。在传统发电系统中，同步发电机以3000转/小时的速度在转，与电力系统强耦合，是维持电网频率的基础，能提供一定的惯量。而随着新能源装机占比增高，同步发电机的响应减少，电网频率的稳定性需要新能源电力来维持，不过由于光伏、风电是通过电力电子设备连接到电网的，不具备调频能力，也不具备惯量响应能力，所以会让电网的频率稳定面临严峻挑战。

为了稳定地调节频率，就需要用到一次调频和惯量技术。

所谓一次调频，是指电网的频率一旦偏离额定值时，电网中机组的控制系统就自动地控制机组有功功率的增减，限制电网频率变化，使电网频率维持稳定的自动控制过程。

电力系统上的广义惯量，则是对系统状态（频率）改变的抵抗程度，涵盖了在调速系统作用前所有抑制频率变化的因素。既包括具有惯量响应特征的电源侧同步机惯量、负荷侧异步机惯量及电压源型虚拟惯量，电流源型虚拟惯量，同时涵盖静态负荷电压-功率响应产生的等效惯量。

由于光伏、风电缺少惯量响应和一次调频的能力，大量采用新能源发电的英国，曾经发生过大规模停电事故。

2019年8月6日，英国发生了一次大停电，大约100多万人受到了影响，主要的原因是当时其新能源发电占比35%左右，由于同步发电机开机少，新能源场站不具备惯量响应和一次调频的能力，所以造成了此次事故。

对于新能源场站的安全接入问题，我国很早就着手修改《电力系统安全稳定导则》，1981年推出了第一版，2001年推出了第二版，为电力系统行标；2020年7月1日，由电力系统标杆升级为强制国标。该导则主要增加的地方有两点：第一点是对直流稳定做出了一些新的规定；第二点是对新能源做出了规定。

在新能源接入方面，《电力系统安全稳定导则》规定，包括35kv及以上的所有电源，水电、火电、风电、光伏、核电、光热、储能、抽水蓄能等，必须具备一次调频和快速调压的能力，在新能源发电占比比较高的地区，新能源场站要提供必要的换量和短路容量支持能力。

国标出台后，各地方能源局、电网公司随后也出台了相应的细则，大多数规定新能源场站必须具备一次调频能力，但在惯量方面，只有云南出台了具体规定，辽宁做了试点，没有强制规定。

对于原有新能源场站配备一次调频问题，则给了1-3年的过渡期。

在一次调频及惯量技术方面，北京鸿普惠领跑行业，在除台湾以外的全国各地区，做了上百个成功案例。既有无配置储能的新能源电站惯量、调频拓扑，也有配置储能的新能源电站惯量、调频拓扑，还有行业经常用的飞轮一次调频/惯量方案。