12月11日12时，在国家电网有限公司西北分部的电力调度控制大厅内，主值调度员陈力紧盯监控大屏上各风电场、光伏电站的实时出力数据。
“这个时段新能源出力大，常规机组调频能力较弱，要重点关注新能源机组的运行情况。”陈力对同事说。为了确保极端情况下电网频率稳定，他们通过计算机组出力数据确定：此时西北地区有超200万千瓦的新能源机组可参与电网一次调频，在极端情况下可秒级响应。
“乌金”富集，“风光”无限——西北地区是我国的重要能源基地，风光资源可开发量超过160亿千瓦。如此规模的新能源资源，让西北成为新型电力系统建设的重要“试验场”。截至2023年年底，西北电网已成为我国首个以新能源为发电装机主体电源的区域电网。
新能源发电电源的大规模并网在提升能源电力“含绿量”的同时，也对电网运行提出了更高要求。作为保障电网安全稳定运行的重要参数，电网频率与新能源机组的关系却并不“友好”。
“传统的电网调频主要通过火电、水电机组实现。这类常规机组调频能力强，也易于调控。”陈力说，“新能源机组本身并不具备调频能力，而且其出力的波动性、间歇性还增加了电网的调频负担。”
进入“十四五”以来，西北电网年均增加新能源发电装机3600万千瓦，在运直流输电工程数量达到11项，电力跨区外送规模居我国各区域电网之首。在新型电力系统加快建设的背景下，面对新能源大规模并网、电网网架结构愈加复杂等挑战，国网西北分部如何确保电网频率稳定？
“我们通过应用快速频率响应控制技术让新能源变成电网调频的重要资源。”国网西北分部调度控制中心主任任景介绍，“目前，西北地区已有超过4000万千瓦装机的新能源机组可参与电网一次调频，规模居全国区域电网首位。”
将不稳定的新能源变成服务电网频率稳定的调节资源，得益于一项国网西北分部2016年启动的项目。
8年前，西北地区的新能源发电装机规模占电源总装机的三分之一。尽管新能源装机规模和电网网架结构复杂程度远不及如今，西北电网因新能源并网带来的调频资源结构性困境却已逐渐显现。
“大量新能源机组并网后，常规机组装机容量占比降低，电网可用的快速频率响应资源相应减少，加之直流外送规模逐步增大，西北电网亟须新能源参与电网一次调频，提升系统抵御功率冲击的能力。”任景介绍。
于是，以提升新能源对电网频率稳定的支撑能力为目标，国网西北分部开始推进“高比例新能源送端电网多源协同控制关键技术研究与应用”项目。
当时，全国新能源场站均不具备快速频率响应能力。国网西北分部开展的是一项“从无到有”的研究。如何破题？切入点还是常规电源机组。
“由于没有其他可借鉴的案例，我们仿照了常规电源机组的一次调频控制逻辑，尝试在新能源场站的有功控制系统加入一次调频功能。”国网西北分部调度控制中心副主任王智伟说。
按照这一思路，项目团队在10家新能源场站开展试点改造，又参照常规电源机组的一次调频验证方式，创新进行了一系列新能源快速频率响应测试。项目团队不仅验证了新能源机组参与电网快速频率响应的可行性，还总结提出了相关性能要求。
解决了“能不能”的问题，接下来就是“怎么做”。电网调频需要各类型电源协同配合，要将新能源应用于电网实际调频，还需要让“风光”与“水火”更好地协作。
2023年12月14日17时14分，西北电网出现频率波动。各类型电源根据预设的调频参数迅速动作，协同调减出力，仅用5秒便将电网频率调至稳定区间。
本次操作的顺利开展，正得益于项目的研究成果。在完成新能源场站试点改造和系统性试验的基础上，项目团队考虑了新能源与常规电源的调频差异，通过优化控制参数提出了多类型电源梯次协同的一次调频控制策略，让常规电源机组与新能源机组在电网调频中高效协同、综合利用。
新能源快速频率响应控制相关技术从2018年开始在西北五省（自治区）推广，成功抵御了多次电网实际故障扰动，也助力西北电网构建了频率安全防控体系。
随着西北电网结构愈加复杂，项目团队又开展了一系列优化研究，在调频资源梯次利用、级联断面优化控制等更复杂场景下纳入新能源。相关成果的应用促进了新能源一次调频能力由“从无到有”向“从有到优”转变，使西北新能源关键送出通道利用率提升8个百分点。
项目成果也广泛应用于新能源场站和新能源装备制造企业。目前，项目团队研发的新能源场站主动频率控制装置已在西北地区近300座新能源场站应用，研发的新能源场站控制硬件在环试验测试平台可在市场占有率超80%的20余种装置及系统上开展测试。
“高比例新能源送端电网多源协同控制关键技术研究与应用”项目成果使西北电网调频资源覆盖至全类型电源，整体达到国际领先水平。
“项目的系列成果解决了新能源消纳受限于频率防控风险的技术瓶颈，对于新型电力系统建设具有支撑作用。”国网西北分部副总工程师马晓伟介绍。今年前三季度，西北电网新增新能源并网容量4030万千瓦，同比增长38.4%，度夏期间包括风、光电源在内的清洁能源发电量超1600亿千瓦时，占比超40%。
