电力大咖谈“硬核”问题，新型电力系统下的频率控制-世界聚看点

电力系统频率的稳定有赖于发用电之间的实时平衡，在新能源占比不断提高的背景之下，发用电平衡的维持也面临着新局面。

3月2日，“面向新型电力系统的中国电网频率控制新标准研究”项目专家咨询会在昆明召开。会议由南方电网公司专家委员会副主任委员余建国主持，云南电网公司副总经理姚捷致辞，中国电机工程学会会士刘建明对于课题申报给予指导，来自南瑞继保公司、武汉大学、西安交通大学、暨南大学、华南理工大学、南方电网公司的专家就频率控制问题发表了专业意见。南方电网公司专家委员专职委员郑耀东做会议总结。

(相关资料图)

云南电网公司一级领军专业技术专家李文云介绍，“面向新型电力系统的中国电网频率控制新标准研究”将重点分析未来中国电网频率调节资源利用与频率允许偏差的关系、频率偏差对于生产生活和发用电设备的影响，研究异步分区高渗透率电网试点中的频率偏差控制问题，并根据新型电力系统调控需求研究相关的辅助服务品种设计与调度实施细则。根据各区域电网的特点优化正常频率偏差控制范围，将对促进新型电力系统发展、改善社会经济运行环境产生积极作用。

余建国表示，频率问题看似简单，讨论起来十分复杂，涉及面非常广。对于频率控制问题，应进一步研究和测试，了解频率偏差对于电厂、用户等主体的实际影响。

郑耀东表示，不同控制标准之下，对应的社会资源的消耗是不同的。对频率控制的研究面向的是电力系统和用户的真实需求，深入研究有助于各界明确设置怎样的标准更经济且能够满足全社会的用电需求。

如何在支撑新能源发展的同时保持电力供应的安全和经济？电力系统为全社会提供的服务应该维持在何种质量水平上？具体到频率控制议题上，这些“硬核”问题该如何解答？与会专家各抒己见，eo整理了部分参会专家的观点，供读者参考。

如何看待频率控制标准？

南京南瑞继保电气有限公司孙光辉：

频率是电能质量的重要指标。GB/T15945-2008《电能质量 电力系统频率偏差》中规定：正常运行条件下频率偏差限值为±0.2Hz，系统容量较小时，偏差限值可放宽到±0.5Hz。在新能源占比越来越高的情况下，继续要求系统频率在正常运行条件下仍然维持在±0.2Hz水平，电力系统可能需要付出高昂的经济代价，并且给调度运行造成巨大压力，不利于新能源消纳。

对于修改标准可能会对用户产生何种影响，建议组织大范围、全面的调查研究。过去人们通常认为，一些高精尖产品工艺流程对系统频率要求很高，现在随着变频与稳压等技术的发展，对频率要求高的特殊用户已普遍降低了对电网频率及电压范围的依赖。如果经过调查研究发现，电力用户普遍对于频率没有如此高的要求、只有极个别用户要求较高，那么频率的正常运行允许偏差标准可以适当放宽。

在新型电力系统建设背景下，我们还应该积极扩展电力系统频率控制手段，如新能源场站应具备一次调频能力、通过建立必要的经济补偿机制激励大型电力负荷（如电解铝、多晶硅）参与频率调节和控制、整合楼宇及商场的大型集中空调设备、以电热锅炉为代表的大容量电热负荷、电动汽车充电桩等资源参与调频。

武汉大学教授孙元章：

对于新型电力系统的稳定运行，可以从“源网荷储”四个角度分析。

在发电侧，由于发电形态发生了质的变化，大功率快速波动性难以准确预测已经成为影响供电质量和危害系统安全运行的关键问题。

电网侧要满足发、输、配、用电的功率传输，降低损耗，防止堵塞，保证网架结构的安全性，电网侧能否放松频率偏差国家标准以接纳高比例新能源是值得考虑的。

对于负荷侧，我们从负荷对频率的自然响应特性出发，提出控制技术将负荷频率的自然响应转化为受控响应，创新了受控负荷阻尼因子的基本概念、基本结构、参数整定和实现方法，以大幅度提升负荷侧的频率响应能力。

在充分挖掘负荷侧响应能力的前提下，再配置必要的储能，保证新型电力系统的调频和调峰需求。

南方电网高级技术专家陈亦平：

新能源高占比正在由局部小系统向大型互联电网转换，新能源高渗透率带来低惯量特征，2016年9月和2019年9月，澳大利亚和英国分别发生的大面积停电事故，都是典型的低惯量电力系统大扰动频率稳定性问题。随着大规模新能源的并网，电力系统安全稳定机理和市场模式正在持续变化，以市场化模式发掘新型快速频率响应（一次调频）和灵活性调节资源（二次调频）已成为重要趋势。

从国内外经验看，不同的电网规模、电源和负荷结构使得各地区电网频率特性差异巨大，由此产生了不同的控制标准和控制策略。例如，由于水电一次调频的慢速调节特性，拥有高比例水电的北欧、加拿大和魁北克普遍采用了较为宽松的频率控制标准。欧洲和北美近年来通过完善电网运行规则、并网技术标准、市场体系建设，扭转了频率特性持续恶化的趋势，频率合格率保持在较高水平。

我国网源协调管理优于国外电网，频率控制水平整体较好，但存在频率运行标准“一刀切”、系统运行不经济等问题。通过优化分阶段频率控制要求，有助于对快速调频资源进行优化配置，减少稳控切机切负荷需求。

内蒙古电力（集团）有限责任公司技术专家委员会办公室主任王小海：

频率对于电网的影响体现在安全和电能质量两大方面，电网安全需要使用一些技术管理手段甚至是硬性规定来保证，电能质量则更多通过经济手段来保证。对于频率控制的研究这两方面都有必要涉及。

我们应该以问题为导向，新型电力系统需要解决新的问题，因此要对频率运行控制提出一些新的思路和建议。而且每个电网特点不同，频率波动对其影响也不同，应该根据问题提出对策，不搞一刀切。

研究频率控制问题需要收集各大电网的现状和相关案例，了解电网特性和扰动后频率波动的实际情况，针对不同运行工况提出不同建议。最终可能在一些情况下频率波动范围应该放宽，这样放宽后系统可以安排相对较少的备用容量，而另一些情况下波动范围则应该收窄，因为局部的波动可能会影响整个电网的频率稳定。

西安交通大学教授方万良：

频率是一个全局性问题，关系到连接在同一个电网上的所有负荷，只是一些负荷对于频率不敏感，一些负荷对于频率敏感。频率问题涉及到整个社会用电产品的质量。频率控制标准就相当于电力工业对于下游的承诺，因为用电器是以这一标准为基础设计的。在新能源占比不断提高的情况下，电力系统面临调节压力，因此频率控制标准问题是值得研究的，但我们应该明晰标准修改的实际影响，衡量其中的成本收益，计算全社会付出的代价是什么，电力系统维持原来的标准的代价有多大，最终通过科学的研究决定频率控制标准是否应该修改以及如何修改。

云南电网规划建设研究中心一级技术专家吴琛：

不同的主体因所处位置不同，会对同一问题持不同观点。例如频率控制问题，从事电力调度控制工作的人认为非常重要，但学者、政府部门等可能更看重其他问题。对于频率问题的探讨不应该仅停留在技术层面，要放在“双碳”目标和新型电力系统建设的背景下考虑。由于电力系统的结构发生变化，为了解决新问题，标准的修改是值得探讨的，同时修改标准可能产生的影响也需要考虑。对于电力系统频率问题的改善，从方法论上来说，可以在安全、绿色、经济这个“三角”中寻求一种平衡，在保证安全的前提下，不对用户产生明显影响，同时挖掘整个电力系统的调节能力，实现全社会利益的最大化。

如何挖掘调节资源？

武汉大学电气与自动化学院副院长徐箭：

我所在的课题组十多年来一直在研究对负荷进行直接控制。2011年我们在内蒙古自治区研究局域电网中能否让负荷参与频率调节以消纳更多新能源。当时我们建设了一个微电网，其中包括130万千瓦火电、80万千瓦电解铝负荷和30万千瓦风电，并对电解铝企业进行了一定改造。过去人们认为，电解铝属于一类负荷，不可调节，但是改造后试点企业在额定功率20%的范围内可以实现连续有功调节。电解铝属于蓄热型负荷，短时间内功率在一定范围内变化不会影响产品质量，而改造产生的调节能力是非常可观的。最初铝厂有抵触心理，担心电力供应问题，但改造也帮助他们解决了铝厂内部原有的频率波动问题，最终获得了企业的支持。

类似的蓄热型负荷还有短流程炼钢中的电弧炉，它的功率也可以实现一定范围的连续控制。多晶硅在生产过程中也有可调节空间。从这些研究来看，负荷侧的调节潜力是值得挖掘的。

暨南大学国际能源学院执行院长刘敏：

在新能源渗透率逐步增加的情况下，系统惯量逐步减少，这是我们一定会面临的问题。对调频问题的解决需要巨大的资源支撑，需求侧的资源相对于投资储能等设施更为廉价，使用需求侧的调节资源有助于提高能源使用效率，降低全社会的平均用能成本。

伴随着电动汽车的大规模发展，未来用户侧将拥有大量的可移动储能（电池），过去电力系统是源随荷动，现在的趋势是源荷互动，未来电力系统形态会如何发展有很大的想象空间，控制技术也可能发生变化。

负荷有很多种类，比如电解铝、炼钢属于生产类负荷。负荷还可以按照不同周期特点和不同重要性分类，未来负荷集成商和虚拟电厂需要关注不同类型负荷的特点。

从过去的实践经验看，供需紧张时期，用户可以贡献出一小部分零散的、不重要的负荷参与电力系统的可中断负荷管理。但目前我们对于负荷的内部分类是不专业的，因此对于存量资源进行调节能力方面的改造和提升不是一件容易的事。

辅助服务的收益分配是采用补偿方式还是市场竞争方式，也是值得深度研究的。2006年《并网发电厂辅助服务管理暂行办法》出台，对发电厂的辅助服务补偿从无到有，现在则提高了补偿标准，并引入用户参与辅助服务费用的分摊，整个改革是一种渐进的过程。

华南理工大学教授陈皓勇：

从控制理论的角度来说，频率问题是一个全局性问题，与电压问题不同，电压问题可以就地解决，频率问题则是整体的系统平衡问题。

系统控制问题主要有三个阶段，第一阶段是孤立分散的控制，第二阶段是对系统的控制，第三阶段是多智能主体集群协同控制。由于频率问题是全局性问题，因此也是智能协同控制理论一个很好的应用领域。可再生能源大规模并网给电力系统频率稳定带来影响，迫切需要多调频资源以协同控制的方式参与电网快速频率响应，提升大电网频率安全水平。

对于频率控制的改善还有赖于辅助服务市场机制的发展，通过适当的市场竞争机制或者价格补偿机制，可以把负荷侧各类分布式资源聚合起来。

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