【精彩论文】高渗透率下风电的调频技术研究综述

Original 中国电力中国电力 2023-12-18

观点凝练

摘要：近年来全球风电渗透率不断提高，风电机组逐步替代传统同步机组，是引起电力系统频率调整困难、影响电网安全的主因之一。通过升级控制设计，风电可以提供旋转惯性和频率调节能力，变害为益，改善系统频率安全。结合调频时间尺度，详述风电参与调频的各控制方法原理和特性，并分析不同方法的利弊和适应环节。分析高渗透率风电并网对电力系统频率稳定的影响，结合近年来多起风电参与的电力系统频率安全事故，指出不少国家和地区都调高了风电调频技术标准。最后，提出应该在技术经济评价、市场与准入等问题开展深入研究，以促进风电成为未来电力系统调频的重要组成部分。
结论：随着风电渗透率的逐渐增加，风力发电功率波动的强时空差异性使得电力系统维持时空平衡的难度逐渐加大，灵活性调节资源缺乏问题逐渐显现，维持电力系统频率稳定工作变得越来越困难。目前国内外对风电调频的研究日益增多，相关调频控制策略不断更新完善，但仍存在许多需要深入讨论的方面。

（1）风电调频技术经济性分析。

风电调频技术在经过多年的优化完善，已具有良好的频率响应能力，改善了系统整体调频能力，提高调了频灵活性并增加风电产业收益率。同时，电池储能的发展令风电调频变得更加灵活和快速，在风电场配备相应的储能并与风电自身调频手段相结合，可以提高风电场技术经济性，减少风电机组因调频而带来的寿命损耗。

相较于风电自身调频能力，增加电池储能实现风储联合调频可改善其调频效果。电池储能与其他储能相比，没有严格的建设环境要求，具有高精度、快速性等特点，但其高昂的安装费用会降低风电场的收益。美国国家能源部可再生能源实验室发布的储能综合发电成本预测中指出到2020年，电池储能的综合发电成本可降至0.3元/（kW·h），具备商业化运行条件，风储联合调频将具有较好的市场收益。

（2）高风电渗透率下电力系统调频需求。

风电作为一种灵活性调频资源，具有火电机组等其他调频资源所不具有的优势，同等装机容量下，风电机组所具备的调频能力理论上大于火电机组，但风电机组不具备长时间尺度调频能力。每增加100 MW风电并网需提供6.6 MW/min的备用容量，这不仅增大了系统投资，也是对调频资源的浪费。风电装机容量的增加，使得电力系统对频率调整提出了新的要求，在未来电力系统惯性逐渐减小的情况下，电力系统所需要的调频要求是为系统提供惯性支撑还是仅仅提供大量有功功率来补偿功率缺额仍是一个值得研究的问题。

（3）风电调频指标及电力市场的建设与完善。

高渗透率风电并网让现有风电调频指标无法满足中国风电发展，而风电调频标准也决定了电力系统频率调整的有效性。应继续完善风电相关技术标准，根据风电实际发展情况及时做出调整，使得中国风电调频指标逐步达到并超越国外风电调频技术标准，促进风电调频技术的发展。除此之外，风电调频属于电力系统辅助服务，可通过该方式获得一定的调频收益。丹麦REPLAN项目研究报告指出风电调频辅助服务可以给电力系统提供临时频率响应，利用快速响应能力减少最大频率偏差，提高电力系统稳定性。国外部分国家和地区对参与调频的发电厂会给支付一定的调频费用，澳大利亚调频市场调频辅助服务价格为39661澳元/（MW·h），瑞典电网为提供2400 MW/Hz调频能力的发电厂每年支付1 900万欧元。目前中国尚无完善的电力市场机制，随着电力市场的完善，风电调频将充分发挥其调频能力，其技术经济性将会得到大幅度提高。调频市场机制的缺乏导致风电难以发挥在调频服务领域的价值，应尽快建立并完善电力市场，采取有效的激励机制，对风电调频进行价格定位并出台相关政策，构建适应风电调频发展的市场化机制，支撑高比例可再生能源接入电力系统的建设，提升电力系统频率稳定性。

随着可再生能源渗透率的逐渐提高，越来越需要风电等可再生能源具备辅助调频能力。充分利用其自身特点，采用合适的控制策略灵活参与电力系统频率调整，并利用储能系统的优势弥补可再生能源调频的固有缺陷，改善电力系统频率调整效果。随着储能技术成本的降低，通过可再生能源和储能优势互补进行协调辅助调频将会成为调频市场的主要力量。

引文信息

付红军, 陈惠粉, 赵华, 等. 高渗透率下风电的调频技术研究综述[J]. 中国电力, 2021, 54(1): 104-115.FU Hongjun, CHEN Huifen, ZHAO Hua, et al. Review on frequency regulation technology with high wind power penetration[J]. Electric Power, 2021, 54(1): 104-115.