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一次调频

一次调频是指当电力系统频率偏离目标频率时,常规机组通过调速系统的自动反应、新能源和储能等并网主体通过快速频率响应,调整有功出力减少频率偏差所提供的服务。
一次调频作用于电力系统发生频率事件(负荷突变、机组脱网) 初始阶段,对于抑制系统频率偏差、保障电力系统的频率稳定和质量至关重要。系统暂态频率调节是新能源稳定接入电力系统的安全保障,是新能源为主体的新型电力系统的刚性需求。
一次调频(秒级)为代表的电网频率暂态支撑方式具有短时功率大、响应时间要求高、持续时间短、充放电频次高等特性,属于典型的功率型应用场景。


新能源为什么要具备一次调频能力

截至 2021年10 月底,我国可再生能源发电累计装机容量达 10.02 亿千瓦,其中,风电、太阳能发电装机达到5.81亿千瓦,占总装机容量的25.26%。新能源已成为近20个省级电网的第二大电源,其中甘肃、新疆、青海、冀北等多个省级电网新能源装机占比超过40%。预计到“十四五”末,以新能源为主体的可再生能源发电装机占我国总电力装机的比例将超过 50%。

根据国网冀北电力有限公司电力科学研究院仿真研究,在新能源占比21%工况下,考虑5%的严重功率缺额场景,若新能源不具备一次调频能力,可能会引发低频减载,严重威胁电网安全稳定运行。由于新能源发电设备基本不具备响应系统频率变化的惯量和一次调频能力,随着新能源装机占比的提升,系统的暂态频率特性将被严重恶化,电网对功率突变事件的抗干扰能力将大为削弱。新能源场站具备一次调频能力已成为势趋和必备要求。


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国家标准和政策对一次调频的要求

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各区域及省份对一次调频的要求

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新能源一次调频解决方案对比

目前实现一次调频的方案比较常见的是新能源场站保留有功备用和配置储能。保留有功备用短期投资少,但由于预留备用容量会损失发电量,而且一次调频性能受控制系统决定,操作难度比较大,尤其是风机,操作不当将影响风机寿命。

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一次调频解决方案对比

利用磁悬浮飞轮储能系统高功率密度、频繁充放电能力、高循环充放电次数、存储电量可精确度量、高安全性、运行环境友好等特性,为新能源场站提供暂态频率支撑,是综合成本最低、性价比最高、性能最好、最安全可靠的解决方案。

但目前国内用于一次调频的飞轮功率普遍偏小,经济性和调节效果都不理想。目前国内电力调频领域尚没有商业化单体功率突破MW,同时储能量达到10KWh以上的五自由度磁悬浮飞轮储能系统产品。

坎德拉新能源一次调频飞轮储能系统解决方案

坎德拉新能源根据不同省市一次调频应用场景的需求,推出适用于风电、光伏一次调频改造和一次调频独立储能电站应用场景的飞轮储能系统解决方案。其中CFF1000-10(1MW/10kWh/30s)、CFF1000-20(1MW/20kWh/60s)、CFF1000-35(1MW/35kWh/120s)飞轮产品,单机功率达MW级(目前国内单机功率最高),30s、60s、120s额定功率输出时长,100C、50C、29C高放电倍率,满足连续多次单向一次调频动作,一次调频质量达90%以上,可为新能源场站提供暂态频率支撑能力,是综合成本最低、性价比最高、性能最好、最安全可靠的一次调频解决方案。其飞轮储能系统由控制系统柜、飞轮储能单元、水冷机、紧急放电电阻、集装箱、EMU等组成。



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新能源场站一次调频电站通讯拓扑图

 

坎德拉新能源一次调频飞轮储能系统介绍

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坎德拉新能源一次调频飞轮储能系统

1. 飞轮储能柜 

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坎德拉新能源一次调频飞轮储能单元参数

2. 控制系统柜

坎德拉新能源自主研发出1MW控制系统柜,精准匹配一次调频全应用场景MW级飞轮储能系统。

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坎德拉新能源1MW控制系统柜

3. 就地能量管理系统EMU

坎德拉新能源就地能量管理系统(EMU)主要管理飞轮储能系统各组成设备,对飞轮储能系统进行调节控制和相关运行参数的采集,由网关、交换机、遥信模块等设备组成。

4. 紧急放电电阻

紧急放电电阻是坎德拉新能源飞轮储能系统的重要组成部件,通过控制紧急放电电阻,可实现飞轮储能系统的快速停机。

5. 冷水机

冷水机是坎德拉新能源飞轮单元的循环冷却系统,用于降低飞轮高速电机工作时的温度,保障系统可靠安全运行。


一次调频补偿收益计算

此处参考《山西独立储能电站参与电力一次调频市场交易实施细则(试行)》。《细则》提出独立储能电站一次调频服务报价范围为5-10元/MW,报价的最小单位是0.1元,一次调频有功功率调节时间为10s,一次调频稳定时间不低于10s。一次调频补偿收益Ri=Ki(调节性能)× Di(调节深度) × Ci(结算价格),R=∑Ri

假设一次调频补偿结算价格取5元/MW,飞轮储能规模假定为100MW/1MWh。假设飞轮储能一次调频一天100次,综合K值取5.5,飞轮一年运行250天,则每天调频补偿收益为:5.5*100*100*5=27.5万元,第一年调频补偿为:27.5*250=0.69亿元。

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飞轮储能一次调频补偿收益测算(山西)

应用优势

平滑出力

飞轮储能系统配置在新能源/火电电站,通过惯量控制,可平滑出力,平抑新能源/火电功率波动,提升电网消纳能力


提升调频性能

提升新能源/火电输出功率预测精度,降低被电网考核风险,抵消机组功率爬坡影响





提高响应速度

提高调节速率,提高调节精度,降低响应时间


提升电能质量

提供无功支持,改善并网电压的闪变、谐波等问题


解决方案

一次调频解决方案改.jpg

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