西北地区一次调频技改与AGC响应技改

结合方案

 0  引 言

作为一种新能源形式，光伏发电在电网构架中一直处在一种辅助能源的地位，电网对其辅助服务功能方面的要求一直是低于对火电要求的。最近几年，随着新能源装机容量的不断增大，电网尤其是西北电网对光伏电站的要求越来越多，从AVC、AGC、二次安防、等保测评等诸多方面提出了新的要求。这使得技术改造尤其是存量电站的技术改造无可避免，而技术改造投资已经占用了相当一部分的电站运维费用，因此技改投入费用的降低能够显著的为电站带来收益。

2018年西北电网的《西北调控〔2018〕137号国家电网公司西北分部关于开展西北电网新能源场站快速频率响应功能推广应用工作的通知》中提出需要光伏电站具有一次调频功能，即在电网频率达到50。06Hz时，经过2S的滞后时间滞后， 5S之内需要将有功功率调节量达到调节目标值的90%，15S内达到稳定状态，有功功率波动稳定在额定出力的1%以内。而甘肃地区《关于调整甘肃电网新能源有功控制系统主站有功指令周期及场站端装置软件升级的通知》中要求光伏电站的AGC调节指令周期提高到1分钟，而当下甘肃地区AGC指令周期为5分钟，实际上甘肃地区多数光伏电站有功功率调节稳定耗时在1分钟以上。

本文对电网的两项要求进行了深入解读，并对光伏电站一次调频功能实现的技术方案进行深入分析，通过恰当的选取一次调频技术改造方案并对AGC控制策略调整的方法，实现了一次技改解决电网两项要求的目的，降低了光伏电站技术改造投入，减少了运维成本。

1          一次调频技术方案

1.1       一次调频功能简述

发电机组并网运行时，受外界负荷变动影响，电网频率发生变化时，发电机组的调节系统参与调节作用，改变各机组出力，使之与外界负荷相平衡，从而还尽力减少电网频率的变化，这一过程即为一次调频。发电机组的具体行为逻辑是当电网频率高于一定限值时，主动下调出力，当电网频率高于一定限值时，主动加大出力。

1.2       一次调频功能实现技术路线

综合市场上及西北电网的试点电g站情况，一次调频功能的实现方案主要有三种，分别是方案一（AGC改造）、方案二（添加一次调频装置）和方案三（逆变器改造）。

1.2.1 AGC技改方案

 = 1 \* GB3 ①技术路线

本方案的技术路线是，外置频率测量装置，将频率测量信号采集到AGC系统，AGC系统进行逻辑判断。当检测到电网频率超出一次调频阈值时，AGC系统对一次调频调节量与电网下发的有功功率调节值进行代数叠加，同时锁定电网的反向有功功率调节指令。当电网频率未超出一次调频阈值时，按原有原来逻辑进行电站有功功率控制。

 = 2 \* GB3 ②投资成本分析

本方案硬件投资成本为外置频率测量装置，因为原有有功功率下发通道的信号传输速度与一般不能满足一次调频的要求，有可能需要对电站箱变侧通讯管理机升级，同时AGC控制逻辑的变化需要原来AGC厂家进行软件升级。整体估算下来，单个20MW电站投资在60万到100万左右。

1.2.2添加一次调频装置方案

 = 1 \* GB3 ①技术路线

本方案的技术路线是，电站综合楼添加一次调频装置，电站箱变侧在通讯管理机和逆变器之间添加通讯调节装置，一次调频装置实时镜像AGC系统的有功功率调节指令。当检测到电网频率超出一次调频阈值时，一次调频装置发送信号给AGC系统，锁定AGC系统的反向调节指令。一次调频装置将一次调频调节量与AGC系统电网下发的有功功率调节值进行代数叠加通过快速通道直接下发到通讯调装置，控制逆变器进行有功功率调节。当电网频率未超出一次调频阈值时，有功功率调节指令仍由AGC系统通过原有信息通道下发。

 = 2 \* GB3 ②投资成本分析

本方案硬件投资成本为综合楼处的一次调频装置及箱变侧的通讯调节装置，因为需要对原有AGC系统中的有功功率控制值进行实时镜像，并实现一次调频时的有功功率控制指令反向调节功能，需要电站原来的AGC系统供应商参与联合调试件升级。整体估算下来，单个20MW电站投资在80万左右。

1.2.3逆变器改造方案

 = 1 \* GB3 ①技术路线

本方案的技术路线是，对逆变器进行软硬件升级改造。硬件上更换电流电压采样器件，提高采样精度提高采样速度，软件上更改有功功率控制策略，当检测到电网频率超出一次调频阈值时，逆变器自行在AGC功率控制值基础上代数叠加一次调频调节量进行有功功率控制，同时锁定AGC反向调节指令。当电网频率未超出一次调频阈值时，按照AGC系统指令进行电站有功功率控制。

 = 2 \* GB3 ②投资成本分析

本方案硬件投资成本为逆变器硬件设备更换费用，软件投资费用为逆变厂家的软件升级费用，以及AGC厂家联调费用。整体估算下来，单个20MW电站投资在50万左右。此方案光伏电站闭环调节难度较大，需解决并网点调频一致性问题，且因为光伏电站逆变器数量众多，改造工作量巨大。当下采用本方案进行一次调频技术改造的电站几乎没有。

2          AGC控制策略

2.1       AGC功能简述

自动发电控制（AGC）是利用调度监控计算机、通道、远方终端、执行（分配）装置、发电机组自动化装置等组成的闭环控制系统，监测、调整电力系统的频率，以控制发电机出力。它是电力系统调度自动化的主要内容之一。

2.2       AGC控制策略

 = 1 \* GB3 ①控制策略及耗时分析

电网的有功功率控制指令直接通过电力专线下达到光伏电站的远动机，AGC系统从远动机上索取有功功率控制目标值，按拟定控制策略对目标值进行分解，并以串行通讯形式将目标值下发到单台逆变器执行有功功率控制指令从而实现AGC功能。正因为采取了串行的指令下发形式，指令下发耗时较高，一个20MW电站，指令下发市场就在10S以上，综合考虑所有设备的指令延迟，当下电站的AGC调节稳定耗时一般在1分钟以上。

表1 某20MW 光伏电站AGC调节过程耗时

Table 1 Comparision of three types of operation mode

由上表可以看出，光伏电站AGC调节过程耗时主要受AGC指令下发形式及通讯管理机的数据格式转换及传输耗时。如果想降低AGC系统调节耗时，最需要解决的就是改变AGC指令的下发形式为并行下发，同时降低通讯管理机的数据格式转换及传输耗时。

 = 2 \* GB3 ②提高AGC响应速度技改投资分析

通过对AGC控制策略进行分析，提高AGC响应速度技改主要内容为改变AGC指令下发形式并提高通讯管理机对AGC指令的处理速度，该项技改的资金投入一般在30万左右，其中AGC厂家的软件升级调试费用约20万元。

3          技改结合方案

3.1       技改结合方案说明

通过以上分析，改造对象均是光伏电站的有功功率调节性能，一次调频响应的技术改造有三种方案，其中的方案一与方案二均与AGC系统有着紧密的联系，同样遇到有功功率调节响应时间过长的问题，为一次性解决以上问题，我们对一次调频技改方案进行如下处理：

我们在技术路线选择上选择方案一或方案二，不考虑方案三。在控制策略上，如果选择方案一，不再区分一次调频状态和正常状态，有功控制指令均采用并行下发形式，并通过技改后的快速通道由AGC系统统一下发，使得一次调频响应速度与AGC调节速度均控制在15S内。如果选择方案二，则停止AGC系统对逆变器的有功功率控制功能，改为AGC系统将有功功率调节目标总值下发给一次调频装置，一次调频装置负责将每一时刻的有功功率调节目标值与一次调频调节量的代数和作为目标值下发给逆变器执行。

该结合方案已分别同AGC厂家及一次调频装置厂家深入探讨论证，具有可实施性，且实施后可将光伏电站的AGC响应时间控制到15S之内。

3.2       技改结合方案的费用分析

该结合方案与一次调频技改方案一以及方案二在硬件上没有任何区别，不会增加硬件成本。软件上也仅仅是对控制策略的调整，也不会增加软件投入。因为结合方案同步提升AGC的响应速度，无需在单独对甘肃电网的AGC响应速度要求另外进行改造，相较于分别改造的方案，每个20MW电站可节省投资20万元。

4          结论

对多个技改事项进行综合考虑并进行结合处理可以有效的降低光伏电站的运维成本，增加投资收益。随着光伏发电在中国电力能源中的占比越来越高，电网对光伏电站各方面的要求越来越多，如何统筹处理这些技改项目，将成为一个光伏电站运维管理人员新的工作方向。