中國儲能網訊：電力系統頻率的穩(wěn)定有賴于發(fā)用電之間的實時平衡，在新能源占比不斷提高的背景之下，發(fā)用電平衡的維持也面臨著新局面。
3月2日，“面向新型電力系統的中國電網頻率控制新標準研究”項目專家咨詢會在昆明召開。會議由南方電網公司專家委員會副主任委員余建國主持，云南電網公司副總經理姚捷致辭，中國電機工程學會會士劉建明對于課題申報給予指導，來自南瑞繼保公司、武漢大學、西安交通大學、暨南大學、華南理工大學、南方電網公司的專家就頻率控制問題發(fā)表了專業(yè)意見。南方電網公司專家委員專職委員鄭耀東做會議總結。
云南電網公司一級領軍專業(yè)技術專家李文云介紹，“面向新型電力系統的中國電網頻率控制新標準研究”將重點分析未來中國電網頻率調節(jié)資源利用與頻率允許偏差的關系、頻率偏差對于生產生活和發(fā)用電設備的影響，研究異步分區(qū)高滲透率電網試點中的頻率偏差控制問題，并根據新型電力系統調控需求研究相關的輔助服務品種設計與調度實施細則。根據各區(qū)域電網的特點優(yōu)化正常頻率偏差控制范圍，將對促進新型電力系統發(fā)展、改善社會經濟運行環(huán)境產生積極作用。
余建國表示，頻率問題看似簡單，討論起來十分復雜，涉及面非常廣。對于頻率控制問題，應進一步研究和測試，了解頻率偏差對于電廠、用戶等主體的實際影響。
鄭耀東表示，不同控制標準之下，對應的社會資源的消耗是不同的。對頻率控制的研究面向的是電力系統和用戶的真實需求，深入研究有助于各界明確設置怎樣的標準更經濟且能夠滿足全社會的用電需求。
如何在支撐新能源發(fā)展的同時保持電力供應的安全和經濟？電力系統為全社會提供的服務應該維持在何種質量水平上？具體到頻率控制議題上，這些“硬核”問題該如何解答？與會專家各抒己見，eo整理了部分參會專家的觀點，供讀者參考。
如何看待頻率控制標準？
南京南瑞繼保電氣有限公司孫光輝：
頻率是電能質量的重要指標。GB/T15945-2008《電能質量 電力系統頻率偏差》中規(guī)定：正常運行條件下頻率偏差限值為±0.2Hz，系統容量較小時，偏差限值可放寬到±0.5Hz。在新能源占比越來越高的情況下，繼續(xù)要求系統頻率在正常運行條件下仍然維持在±0.2Hz水平，電力系統可能需要付出高昂的經濟代價，并且給調度運行造成巨大壓力，不利于新能源消納。
對于修改標準可能會對用戶產生何種影響，建議組織大范圍、全面的調查研究。過去人們通常認為，一些高精尖產品工藝流程對系統頻率要求很高，現在隨著變頻與穩(wěn)壓等技術的發(fā)展，對頻率要求高的特殊用戶已普遍降低了對電網頻率及電壓范圍的依賴。如果經過調查研究發(fā)現，電力用戶普遍對于頻率沒有如此高的要求、只有極個別用戶要求較高，那么頻率的正常運行允許偏差標準可以適當放寬。
在新型電力系統建設背景下，我們還應該積極擴展電力系統頻率控制手段，如新能源場站應具備一次調頻能力、通過建立必要的經濟補償機制激勵大型電力負荷（如電解鋁、多晶硅）參與頻率調節(jié)和控制、整合樓宇及商場的大型集中空調設備、以電熱鍋爐為代表的大容量電熱負荷、電動汽車充電樁等資源參與調頻。
武漢大學教授孫元章：
對于新型電力系統的穩(wěn)定運行，可以從“源網荷儲”四個角度分析。
在發(fā)電側，由于發(fā)電形態(tài)發(fā)生了質的變化，大功率快速波動性難以準確預測已經成為影響供電質量和危害系統安全運行的關鍵問題。
電網側要滿足發(fā)、輸、配、用電的功率傳輸，降低損耗，防止堵塞，保證網架結構的安全性，電網側能否放松頻率偏差國家標準以接納高比例新能源是值得考慮的。
對于負荷側，我們從負荷對頻率的自然響應特性出發(fā)，提出控制技術將負荷頻率的自然響應轉化為受控響應，創(chuàng)新了受控負荷阻尼因子的基本概念、基本結構、參數整定和實現方法，以大幅度提升負荷側的頻率響應能力。
在充分挖掘負荷側響應能力的前提下，再配置必要的儲能，保證新型電力系統的調頻和調峰需求。
南方電網高級技術專家陳亦平：
新能源高占比正在由局部小系統向大型互聯電網轉換，新能源高滲透率帶來低慣量特征，2016年9月和2019年9月，澳大利亞和英國分別發(fā)生的大面積停電事故，都是典型的低慣量電力系統大擾動頻率穩(wěn)定性問題。隨著大規(guī)模新能源的并網，電力系統安全穩(wěn)定機理和市場模式正在持續(xù)變化，以市場化模式發(fā)掘新型快速頻率響應（一次調頻）和靈活性調節(jié)資源（二次調頻）已成為重要趨勢。
從國內外經驗看，不同的電網規(guī)模、電源和負荷結構使得各地區(qū)電網頻率特性差異巨大，由此產生了不同的控制標準和控制策略。例如，由于水電一次調頻的慢速調節(jié)特性，擁有高比例水電的北歐、加拿大和魁北克普遍采用了較為寬松的頻率控制標準。歐洲和北美近年來通過完善電網運行規(guī)則、并網技術標準、市場體系建設，扭轉了頻率特性持續(xù)惡化的趨勢，頻率合格率保持在較高水平。
我國網源協調管理優(yōu)于國外電網，頻率控制水平整體較好，但存在頻率運行標準“一刀切”、系統運行不經濟等問題。通過優(yōu)化分階段頻率控制要求，有助于對快速調頻資源進行優(yōu)化配置，減少穩(wěn)控切機切負荷需求。
內蒙古電力（集團）有限責任公司技術專家委員會辦公室主任王小海：
頻率對于電網的影響體現在安全和電能質量兩大方面，電網安全需要使用一些技術管理手段甚至是硬性規(guī)定來保證，電能質量則更多通過經濟手段來保證。對于頻率控制的研究這兩方面都有必要涉及。
我們應該以問題為導向，新型電力系統需要解決新的問題，因此要對頻率運行控制提出一些新的思路和建議。而且每個電網特點不同，頻率波動對其影響也不同，應該根據問題提出對策，不搞一刀切。
研究頻率控制問題需要收集各大電網的現狀和相關案例，了解電網特性和擾動后頻率波動的實際情況，針對不同運行工況提出不同建議。最終可能在一些情況下頻率波動范圍應該放寬，這樣放寬后系統可以安排相對較少的備用容量，而另一些情況下波動范圍則應該收窄，因為局部的波動可能會影響整個電網的頻率穩(wěn)定。
西安交通大學教授方萬良：
頻率是一個全局性問題，關系到連接在同一個電網上的所有負荷，只是一些負荷對于頻率不敏感，一些負荷對于頻率敏感。頻率問題涉及到整個社會用電產品的質量。頻率控制標準就相當于電力工業(yè)對于下游的承諾，因為用電器是以這一標準為基礎設計的。在新能源占比不斷提高的情況下，電力系統面臨調節(jié)壓力，因此頻率控制標準問題是值得研究的，但我們應該明晰標準修改的實際影響，衡量其中的成本收益，計算全社會付出的代價是什么，電力系統維持原來的標準的代價有多大，最終通過科學的研究決定頻率控制標準是否應該修改以及如何修改。
云南電網規(guī)劃建設研究中心一級技術專家吳?。?
不同的主體因所處位置不同，會對同一問題持不同觀點。例如頻率控制問題，從事電力調度控制工作的人認為非常重要，但學者、政府部門等可能更看重其他問題。對于頻率問題的探討不應該僅停留在技術層面，要放在“雙碳”目標和新型電力系統建設的背景下考慮。由于電力系統的結構發(fā)生變化，為了解決新問題，標準的修改是值得探討的，同時修改標準可能產生的影響也需要考慮。對于電力系統頻率問題的改善，從方法論上來說，可以在安全、綠色、經濟這個“三角”中尋求一種平衡，在保證安全的前提下，不對用戶產生明顯影響，同時挖掘整個電力系統的調節(jié)能力，實現全社會利益的最大化。
如何挖掘調節(jié)資源？
武漢大學電氣與自動化學院副院長徐箭：
我所在的課題組十多年來一直在研究對負荷進行直接控制。2011年我們在內蒙古自治區(qū)研究局域電網中能否讓負荷參與頻率調節(jié)以消納更多新能源。當時我們建設了一個微電網，其中包括130萬千瓦火電、80萬千瓦電解鋁負荷和30萬千瓦風電，并對電解鋁企業(yè)進行了一定改造。過去人們認為，電解鋁屬于一類負荷，不可調節(jié)，但是改造后試點企業(yè)在額定功率20%的范圍內可以實現連續(xù)有功調節(jié)。電解鋁屬于蓄熱型負荷，短時間內功率在一定范圍內變化不會影響產品質量，而改造產生的調節(jié)能力是非?？捎^的。最初鋁廠有抵觸心理，擔心電力供應問題，但改造也幫助他們解決了鋁廠內部原有的頻率波動問題，最終獲得了企業(yè)的支持。
類似的蓄熱型負荷還有短流程煉鋼中的電弧爐，它的功率也可以實現一定范圍的連續(xù)控制。多晶硅在生產過程中也有可調節(jié)空間。從這些研究來看，負荷側的調節(jié)潛力是值得挖掘的。
暨南大學國際能源學院執(zhí)行院長劉敏：
在新能源滲透率逐步增加的情況下，系統慣量逐步減少，這是我們一定會面臨的問題。對調頻問題的解決需要巨大的資源支撐，需求側的資源相對于投資儲能等設施更為廉價，使用需求側的調節(jié)資源有助于提高能源使用效率，降低全社會的平均用能成本。
伴隨著電動汽車的大規(guī)模發(fā)展，未來用戶側將擁有大量的可移動儲能（電池），過去電力系統是源隨荷動，現在的趨勢是源荷互動，未來電力系統形態(tài)會如何發(fā)展有很大的想象空間，控制技術也可能發(fā)生變化。
負荷有很多種類，比如電解鋁、煉鋼屬于生產類負荷。負荷還可以按照不同周期特點和不同重要性分類，未來負荷集成商和虛擬電廠需要關注不同類型負荷的特點。
從過去的實踐經驗看，供需緊張時期，用戶可以貢獻出一小部分零散的、不重要的負荷參與電力系統的可中斷負荷管理。但目前我們對于負荷的內部分類是不專業(yè)的，因此對于存量資源進行調節(jié)能力方面的改造和提升不是一件容易的事。
輔助服務的收益分配是采用補償方式還是市場競爭方式，也是值得深度研究的。2006年《并網發(fā)電廠輔助服務管理暫行辦法》出臺，對發(fā)電廠的輔助服務補償從無到有，現在則提高了補償標準，并引入用戶參與輔助服務費用的分攤，整個改革是一種漸進的過程。
華南理工大學教授陳皓勇：
從控制理論的角度來說，頻率問題是一個全局性問題，與電壓問題不同，電壓問題可以就地解決，頻率問題則是整體的系統平衡問題。
系統控制問題主要有三個階段，第一階段是孤立分散的控制，第二階段是對系統的控制，第三階段是多智能主體集群協同控制。由于頻率問題是全局性問題，因此也是智能協同控制理論一個很好的應用領域。可再生能源大規(guī)模并網給電力系統頻率穩(wěn)定帶來影響，迫切需要多調頻資源以協同控制的方式參與電網快速頻率響應，提升大電網頻率安全水平。
對于頻率控制的改善還有賴于輔助服務市場機制的發(fā)展，通過適當的市場競爭機制或者價格補償機制，可以把負荷側各類分布式資源聚合起來。
