英国新型电力系统频率管理及对中国电网建设的启示
李云*，陈图南，黄福全
（深圳供电局有限公司）
本文发表在《全球能源互联网》2024年第3期“双碳”目标下新型电力系统规划与运行专题上，欢迎点击品读。本文受南方电网公司科技项目（090000KK52210177）资助。
文章导读
英国电网的新能源发电占比急剧攀升，引发系统惯量迅速下降，威胁系统频率安全稳定。作为岛国，英国电网与欧洲大陆及爱尔兰异步连接，缺乏外部惯量和频率响应的支撑，进一步加剧了频率管理风险和挑战。英国总调在新型电力系统的频率管理方面进行了大量的探索和实践，目前已经建立成熟的管理体系和调频服务市场来保证低系统惯量下的电网安全稳定运行。因此，分析英国总调在频率管理方面的探索成果与实践经验对中国新型电力系统建设有重要的借鉴价值。
文章亮点
01
识别了英国总调频率管理的机理及所面临的实际问题和潜在风险；
02
分析了英国总调所采取的应对策略和规划及其对中国电网建设的启示；
03
基于英国总调应对分布式电源大面积脱网风险的实践经验，提出了修编完善相关标准的具体方案。
摘 要
英国是世界上新能源发电接入率最高的国家之一，新型电力系统特点在英国已经较为明显。英国总调在频率管理方面的成果和经验对中国新型电力系统建设有很高的借鉴价值。首先研究分析了英国总调在新型电力系统建设中，在频率管理方面遇到的风险及其产生机理。然后研究分析了英国总调应对风险的方案和实践经验。最后，研究分析了英国总调在频率管理方面的方案和实践经验对中国新型电力系统建设中频率管理的启示。参照英国的频率管理体系和辅助服务市场建设路径，中国应当重点关注频率管理体系的完善、系统惯量需求的研究和频率支撑技术的研发和应用。此外，提前布局相关标准，避免分布式电源大面积脱网的风险。
主要内容
新型电力系统的等效惯量系数可以表示为
系统惯量直接影响发生电源或负载脱网后频率的变化速率（rate of change of frequency，RoCoF）。系统惯量与RoCoF具有如下关系：
在英国电网中，防孤岛运行装置主要有两种，一种是基于RoCoF的保护装置，如图3所示[27]。
⬆ 图 3 RoCoF保护的工作原理
另一种是基于相位角变化（vector shift，VS）的保护装置，如图4所示。
⬆ 图 4 VS保护的工作原理
大规模分布式电源跳闸脱网事件影响系统频率主要包括以下5种场景：
1）单由VS保护引发的频率事故，如图5所示。
⬆ 图 5 英国电网中某处线路跳闸引发的分布式电源断电
⬆ 图 6 由RoCoF保护和发电厂脱网共同引发的频率事故
5）由VS保护、RoCoF保护和发电厂脱网共同引发的频率事故，英国8.9大停电事故就属于这种情况，如图7所示。
⬆ 图 7 2019年8月9日英国电网的大停电事故
目前，英国总调采用式（3）计算系统惯量水平。
英国总调采用了式（4）的计算方法，对构网型逆变器设施所提供的惯量水平进行量化评估。
英国总调目前已经形成了最新的频率响应服务产品体系，包括动态抑制（dynamic containment，DC）、动态调节（dynamic moderation，DM）和动态调整（dynamic regulation，DR），如图10所示。
⬆ 图 10 频率响应产品调频示意图
借鉴英国电网的建设经验，建议中国尽早修编相关标准，对分布式电源防孤岛运行保护的设置进行规范，明确禁止使用VS保护，且避免RoCoF保护使用较低的整定值，如0.125Hz/s。
本文引文信息
李云, 陈图南, 黄福全. 英国新型电力系统频率管理及对中国电网建设的启示[J]. 全球能源互联网, 2024, 7(3): 312-324 .
LI Yun, CHEN Tunan, HUANG Fuquan. Frequency management of new power system in the UK and its enlightenment to the power grid construction in China[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2024, 7(3): 312-324 (in Chinese).
作者简介
李 云
博士，教授级高工
研究方向为电力系统运行与控制、电力市场。通信作者，E-mail：liyun@sz.csg.cn。
陈图南
博士
研究方向为电力系统运行与控制、电力市场，E-mail： chentunan@sz.csg.cn。
黄福全
教授级高工
研究方向为电力系统运行与控制、继电保护、自动化和网络安全，E-mail：huangfuquan@sz.csg.cn。
编辑：翁宇威
审核：周舟
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