王刚

（新华水力发电有限公司 北京市 100071）

习近平总书记在2020年9月22日在第七十五届联合国大会一般性辩论上指出，“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。紧接着在2021年3月15日中央财经委员会第九次会议上又指出，“要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统”。构建以新能源为主体的新型电力系统，是实现碳达峰、碳中和最主要举措之一，同时也意味着风电和光伏将是未来电力系统的主体，煤电降成了辅助性能源。

随着我国经济水平的快速提升与发展，新能源在我国能源转型过程中得以快速发展，在电力系统当中逐渐占据了主体地位，对电网的影响也就越来越大。针对这一问题，未来如何使用调频调压优化控制方式来对新能源场站生产的问题进行调控就显得非常重要与关键。本文将会针对于我国现有的新能源场站调频调压实际情况进行分析，讨论其中存在的问题以及提升的具体方式，目的在于能够对问题进行汇总处理，给与同行业相关人员一定的参考价值。

1 调频调压控制系统的主要内容与主要功能

1.1 调频调压控制系统的主要内容

调频调压控制系统作为有功控制、无功控制、电压控制等自动控制系统的简称，调频调压控制在光伏电站调频调压控制过程中发挥出了非常重要的作用与意义。可以说这种控制系统具体来说应用在了兆瓦级及以上光伏电站当中。使用这种技术，就可以对并网点电压、频率进行实时监测，实现对于有功与无功之间的自动控制过程。调频调压控制系统的主要意义就是在控制的过程中来对储能电站实际功率进行调节，同时这一系统的存在还能够实现电站控制点之间的电压动态连续控制以及无功功率之间的动态平衡。调频调压控制系统的存在让光伏电站拥有了更好的发展方向，具体来说就是使用这一控制系统来进行控制，能够在最大程度上降低光伏电站无功功率补偿装置的投入与实际使用，降低无功补偿装置带来的消耗与磨损，尽量降低用电产生的成本，这在很多时候能够更好的提升光伏电站整体发电效率以及经济水平。

1.2 调频调压控制系统的主要功能

调频调压控制系统相比较于传统的控制方式，有着非常多的优点，同时功能也更加多样化。首先就是调频调压控制系统可以根据实际工作环境和实际状态选择恰当的电压控制模式，同时也能够控制功率、无功功率、一次调频、二次调频等内容。其次则是调频调压控制系统可以根据调度AVC/AGC 等实际要求，实现对于光伏电站的电压有效控制。调频调压控制系统在实际控制的过程中，一旦系统频率出现了一定的偏移，那么调频调压控制系统就可以根据之前设定好的曲线完成调频响应。调频调压控制系统一旦出现了频率的主动上升，那么调频调压控制系统就可以自动进行有功输出的降低。而如果频率出现了相反的状态，也就是频率正处于下降，那么调频调压控制系统可以在限定功率的状态下来通过自身调节实现功率的提升。最后则是调频调压控制系统可以对控制光伏电站内部的所有逆变器来进行集中控制，提升控制效率。

1.3 调频调压控制系统主要技术特点

1.3.1 并网点数据高精度实时采集运算

调频调压控制系统使用之后，可以对并网点的CT 和PT 信号进行模拟量采集，从而计算并网点的实际电压、电流、功率、无功功率、功率因数、频率、零序分量、负序分量、不平衡电压等内容。可以说调频调压控制系统实际使用的过程中，能够对采集数据、计算数据、策略数据进行存储控制，实现进一步的加强与提升。

1.3.2 控制点灵活选择

表1：并网点恒电压连续运行范围测试数据

表2：并网点有功功率控制性能试验数据

未来可以根据不同风电场的拓扑结构来选择合适的控制点位置，从而更好的满足电网以及用户的实际需求，具体来说分为两侧，分别是高压侧和低压侧。两者控制点各有各的好处，能够满足电网对于风电场调频和调压功能的实际需求。录波功能可以根据用户对于所有的电气量进行录波，这能够更加轻松的开展故障分析工作。

1.3.3 智能分配策略控制

频率快速响应控制方案已经考虑了每台风机、逆变器的实际运行情况，从而根据场站的整体情况来分配最好的控制策略。智能分配还需要搭配对应的计算机来承担计算任务，保证数据的计算不会出现错误，同时也能够保证数据的计算效率。

综上，本文研究基于环境规制视角，以农村化学品企业作为研究对象，以环保部在《化学品环境风险防控“十二五”规划》中重点提及的化学品污染重点防控产业为研究范围，利用2002—2011年农村工业企业数据实证分析环境规制因素是否对中国农村化学品企业发展存在“污染天堂效应”，本文得出的结论如下：

1.3.4 快速可靠的场站通讯解决方案

这一系统使用了直接与单台逆变器进行通讯的方式，站在接口的角度来直接通过光纤方式传输到核心服务器位置，这极大的提升了通讯的效率以及质量。对于通讯接口数量不足的场站来说，可以通过独创的一转二方式来解决问题，从而满足快速计算响应的实际需求。

1.3.5 硬件平台

硬件方面，使用了高性能的处理模块、组件、人机界面，从而实现了高性能、高可靠性、免风扇、低功耗的整机一体化工业设计，这极大提升了系统的安全性与稳定性，而高精度的计算模块在很多时候也增加了控制策略的可靠水平。

1.3.6 软件平台

针对于先进的多任务操作系统平台，将软件系统结构进行优化之后，能够极大的提升软件系统整体可靠性，让整个系统都能够拥有优越的性能水平。

1.3.7 安装与维护

在柜内走线的过程中，需要注意强弱电的分离，安装独立的电源回路、输入输出信号进行电气隔离，合理设置机柜，保证系统无需进行维护。

1.4 调频调压控制系统网络结构图

调频调压控制系统拥有非常多的环节以及部分，这些环节和部分沟通构成了这一系统。比如说在这一系统当中有：SCADA 系统、核心优化控制系统、接口通讯模块系统等等，图1 为网络结构图。

图1：调频调压控制系统网络结构图

2 调频调压控制系统在新能源场站应用现状

在实际应用的过程中可以发现，很多时候光伏、风机等新能源场站拥有较强的间接性与随机性，也就是在实际使用的过程中需要考虑非常多的变量带来的影响。在这一过程中，新能源场站发电出力的变化情况对于电网来说有着非常大的影响与阻碍，并且这一影响很多时候不可避免。那么在这一过程中，如何使用合适的方式进行调频调压的可控变化就成为了非常重要的工作内容与工作主题。调频调压控制技术可以对无功电压、有功电压都进行管理与控制，而调频调压控制技术未来使用过程中的好处则是通过调频调压控制系统能够对我国的新能源发电电压控制情况进行管理。

2.1 对无功电压控制的应用情况

为了更好的保证电力用户用电安全性与经济性，那么就需要使用合适的方式来使用电力系统对电力进行控制与调度，从而达成追求的目标。在这一目标的帮助以及影响下，未来做好新能源场站的调频调压控制就显得非常重要，成为了非常关键的工作内容。而在当下，我国的新能源场站电压控制主要的控制方式就是使用AVC控制系统，这种控制方式很多时候存在一定的弊端与影响，首先就是电压调节起来较为粗犷。这种粗犷的电压调节方式很多时候容易导致场站的发电设备运行受到一定的影响与阻碍，甚至出现损坏。如果没有充分发挥出逆变器或者风机的本身无功容量，那么非常容易导致新能源场站的无功容量出现重复配置，进而增加成本，具体来说缺陷主要包括以下部分：

首先新能源发电技术当下的电压合格率比较低，很难实现在根本上满足用户需求的要求，尤其是一些用户对于输电有着较高的质量要求。其次则是新能源当下还存在一个比较不合理的现象，那就是在很大程度上导致我国的电网运行状态与运行安全受到了影响。同时新能源发电并不稳定，这在某种程度上来说我国的电网系统也因此而受到了损失，这将会影响新能源场站对于调频调压的无功控制以及各个环节的协调管理。最后则是由于无功电压具有较强的非线性关系，再加上控制设备有着不同的特点，这在很多时候导致调压的难度提升。

无功电压调节精度和控制响应时间情况如图2。

图2：并网点恒电压目标值37kV 响应波形

恒电压调节：

注：图2 中蓝色曲线为35kV 母线电压Ua1，棕色曲线为35kV并网线路总无功功率Q3，紫色曲线为35kV 并网线路电流，红色曲线为35kV 并网线路总有功功率，两条绿色竖线中第一条竖线为调度下发指令时间，第二条竖线为并网点无功功率实际输出达到变化量（目标值与初始值之差）90%的时间。

全站有功可调容量16MWp，从表1 中数据可以看出，并网点电压目标值为37kV 时，并网点电压实际值为37.13kV，误差为0.13kV，控制系统响应时间为7.74s；并网点电压目标值为38kV时，并网点电压实际值为38.01kV，误差为0.01kV，控制系统响应时间为5.71s。以上试验控制系统响应时间均小于10s，误差均小于0.175kV（标称电压的0.5%）。满足标准GB/T29321-2012 的要求。

2.2 对有功频率控制的应用情况

根据新能源在调频调压控制系统当中的参与程度进行由高到低的分析之后，可以针对于系统AGC 与新能源的关系分为三个层次。首先第一层次是高层次，AGC 在很多时候可以针对于新能源出力进行调控，保证新能源处于可以操作以及可以控制的范围当中，实现对常规电厂一样的响应系统调频以及调峰工作处理。其次第二层次为中层次，AGC 考虑到了新能源处理的预测值，能够将负荷预测和新能源预测的不确定性进行结合，通过发电来进行计划与安排。这种方式在很多欧美国家得到了使用与落实，但是由于需要考虑到电网发电和使用的实际原则，依旧不能够影响新能源的实际使用。最后则是第三个层次，低层次。这一层次当中，发电工作被安排在新能源自发电之外，同时也被排除在AGC 之外，将发电工作设定为负荷工作，在出力的过程中，整体不确定因素主要的补偿方式就是依靠系统的热备用容量来进行。在这一过程中，这种方式可以有效的抑制有效功率输出波动，从而更好的保证电网内部实现有功之间的平衡。有功频率控制调节精度和响应时间情况如图3。

图3：并网点有功功率目标值1MW 波形图

注：图3 中蓝色曲线为35kV 母线电压Ua1，棕色曲线为35kV并网线路总无功功率，红色曲线为35kV 并网线路总有功功率，紫色曲线为35kV 并网线路电流。

从表2 中数据可以看出，并网点有功功率运行范围试验操作中，有功功率初始值为9.28MW，给定值为6MW，有功功率实际值为6MW，响应时间为9.18s；有功功率初始值为6MW，给定值为1MW，有功功率实际值为1MW，响应时间为8.82s。并网点有功功率调节的精度和控制系统响应时间均能满足电网需求。AGC调节时，系统处于恒无功模式，母线电压和无功功率均无明显波动。

3 调频调压控制系统在新能源场站频率快速控制方面的对策讨论与分析

首先，第一步骤就是将现有的调频调压控制系统进行完善与加强，这一系统对于新能源的发电工作来说有着非常重要的意义和作用，可以说这一系统属于关键，也属于基础的核心。因此，未来在实际开展调频调压控制的过程中需要根据不同新能源场站来选择合适的调频调压控制方式，根据实际情况来对调频调压控制系统进行调节与处理。其次则是需要进一步做好新能源发电过程中的有效功率控制与处理，在实际应用的过程中可以根据分级处理的方式来进行调频，实现整体过程中的调频加强。比如说调频工作可以根据实际情况来分为一次调频控制、二次调频控制、三次调频控制三种方式。最后则是可以进一步提升调频调压控制系统工作人员的实际工作素养。调频调压控制系统需要系统人员具体有非常好的工作素养与工作经验，掌握了基础技能之后才能够做好基本工作，只有做好了基本工作，才能够在今后越发复杂的电网变化当中及时调整调频调压控制系统，适应越来越复杂的变化状态。

4 结束语

总而言之，风电和光伏等新能源在发电方面已经证明了其可应用性和实际效果，而新能源除了发电之外，还需要对发电功率进行自动控制，实现更好的管理与提升。除此之外，在这一过程当中，新能源需要建立更加有效的发电自动控制方式，这种发电自动控制方式一方面能够开拓电网的接入，接收新能源的实际能力，另一方面还能够打破传统化石能源发电产生的一些问题和影响。可以说这种发电自动控制方式是一种双赢的措施，属于未来电力行业发展的主要方向。