1、一次调频的应用背景

随着风力发电、光伏发电等可再生能源发电的快速发展，新能源装机占比不断增加，常规火电、水电等传统装机被新能源大量替代，电网系统频率调节能力不断下降，电网频率控制问题日益凸出，电网频率问题时而发生。但新能源电站由于其自身特点，其频率响应慢，使得常规发电机组调频调峰压力增大，因此新能源电站一次调频需求是发展的必然趋势。

新增新能源项目的大量接入电网，将主要带来以下主要问题：

（1）高新能源占比下电网系统频率和电压调节能力持续下降；

（2）电网对新能源发电的适应性不足，存在大规模脱网的风险；

（3）多电力电子设备交互作用复杂，系统振荡问题明显；

以上问题是新能源发电快速增长带来的突出问题，是新能源发电可持续发展的重要决定性因素。而快速频率控制是解决以上问题中的一个重要途径。

2016年，西北能监局已在西北五省进行快速频率响应的试点研究，2016-2017西北电网内10家新能源电站已完成频率快速响应的功能改造，验证了新能源电站应具备电网快速频率响应能力。

2、一次调频的技术方案

技术原理

快速频率响应技术是指电网频率发生大频差扰动时，能够快速调节风电场的发电功率，使电网频率快速恢复到正常范围。

以风电场项目为例，通过采集风电场并网点系统频率，在风资源允许的条件下（发电功率超过额定功率的20%），频率快速响应系统实时判断电网的频率和电压的变化情况。当系统运行正常，并且频率超出死区范围时，频率快速响应系统根据当前风机的运行状态和运行工况进行判断，确定每台风机的动作逻辑。同时，监控系统进行数据监控、存储以及数据分析等功能，使风电场能够主动响应系统频率的变化，维持电网的稳定运行。

图1 风电场频率快速响应系统拓扑图

频率快速响应原理

新能源场站按照下图有功-频率特性曲线函数实现快速频率响应功能：

其中：

图2  风电场快速调频响应有功频率下垂特性示意图

系统功能

（1）当系统频率发生偏移时，电站能进行快速频率响应；

（2）当频率上升时能够主动减少有功输出，当频率下降时，在限功率状态下能够主动提升功率。

（3）监测机组安全约束调节，根据接受到的控制命令在满足安全约束条件下实施控制输出。

（4）单机调频快速响应模块用于实现单机直流母线电压控制、调频控制以及限功率控制等功能。

（5）频率快速响应系统对电网异常进行判断，同时监测系统有功、无功以及频率，全场风机运行状态，快速调频触发以及单机快速调频命令触发等功能。

结语

截止目前，一次调频技术已经在西北五省及其他很多新能源装机大省完成了试验性测试，测试效果良好，很多省份已出台相关要求，将新能源一次调频技术列为新能源项目建设的必要条件。