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當?shù)貢r間2018年8月25日13:11:39，澳大利亞昆士蘭-新南威爾士州330千伏輸電線路的兩條線路輸電塔結構遭受了一次雷擊，并觸發(fā)了一系列反應，導致新南威爾士州兩條輸電線路都產(chǎn)生了故障。當時有870MW電力正從昆士蘭州正向新南威爾士州輸送，事故導致昆士蘭州立即出現(xiàn)電力供應過剩、頻率上升到50.9Hz，兩秒鐘后13:11:41，昆士蘭州地區(qū)全面停電。

 

事故發(fā)生流程報告顯示：昆士蘭和新南威爾士地區(qū)之間的AC交流轉(zhuǎn)換器失效，隨后南澳大利亞（SA）和維多利亞（VIC）之間的AC交流轉(zhuǎn)換器也失效。這兩起事件導致維多利亞、新南威爾士和塔斯馬尼亞的工業(yè)供電中斷，以及新南威爾士的一些居民和商業(yè)用戶供電中斷。

 

 

 

基于詳細的停電事故的起因以及電力系統(tǒng)的后續(xù)恢復性能數(shù)據(jù)分析結果，澳大利亞能源市場部認為危害電力系統(tǒng)的主要風險來自于頻率恢復能力。與歷史水平和世界其他電力系統(tǒng)相比，新南威爾士州的發(fā)電一次調(diào)頻響應不足。

 

頻率是衡量供給與需求匹配程度的指標。和我國類似地，新南威爾士州發(fā)電中的頻率必須保持非常接近50Hz，以支持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。而且當?shù)仡l率操作標準允許在不同級別上對可能發(fā)生的各種事件（包括意外事件和孤島）存在細微偏差。

 

在世界各地的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，頻率控制有三個不同的組成部分：

 

a）瞬時響應；

 

b）一次頻率響應（10秒-30秒內(nèi)）

 

c）二次頻率響應（30秒-30分鐘以內(nèi)）

 

根據(jù)對頻率干擾（如大型發(fā)電機停運）的潛在響應時間，這些反應和控制的示例如下圖所示：

 

 

 

一次調(diào)頻一般只能主動維持一小段時間，但足以待二次調(diào)頻響應。二次調(diào)頻通過集中和本地控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)將頻率恢復到正常工作水平。在世界上大多數(shù)電網(wǎng)中，二次調(diào)頻主要由集中自動發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC）提供，該系統(tǒng)需要幾十秒到幾分鐘的時間來恢復頻率。

 

 

事故調(diào)查報告評估了所有注冊發(fā)電系統(tǒng)對2018年8月25日發(fā)生頻率響應的變化。事發(fā)時發(fā)電機組情況如下：

 

而事故發(fā)生后發(fā)電響應實際出力效果分析如下：

 

 

 

在事故發(fā)生時，同步發(fā)電占新南威爾士州總發(fā)電量的96%。

 

在此事件期間，從同步發(fā)電中觀察到的響應結果表明，除非啟用調(diào)頻輔助服務市場，否則許多發(fā)電機不再根據(jù)頻率的本地變化自動調(diào)整輸出，或僅在頻率為在比歷史上設置的更寬的波段（死區(qū)）之外。在這一事件中，缺乏響應成為導致控制電力系統(tǒng)頻率失控的重大技術挑戰(zhàn)，延遲了昆士蘭與新南威爾士州的電力同步。

 

 

在事件發(fā)生時，所有新南威爾士州地區(qū)的風力發(fā)電量較低，僅占總發(fā)電量的1.4%，限制了風力發(fā)電機組能力發(fā)揮。而且即使在當時運行的風力發(fā)電機中，也沒有觀察到有助于糾正頻率偏差的情況。由于保護設置錯誤，南澳大利亞州的四個風電場的輸出降至零。

 

 

大規(guī)模光伏發(fā)電量也較低，占全國總發(fā)電量的2.7%。它通常有助于降低南澳大利亞和昆士蘭的電網(wǎng)頻率，但不能幫助一次調(diào)頻。

 

 

事件發(fā)生時，南澳大利亞州用戶側分布式光伏總裝機容量6278MW，其中有大約3096MW在事故發(fā)生時仍在運行。與大型光伏電站類似，分布式光伏組通常也是通過減少輸出來協(xié)助調(diào)頻管理，而由于此次事件中這些地區(qū)需要增加供應，所以分布式光伏也無法出力。對逆變器樣品組件性能的詳細分析表明：

 

–在2016年10月之前安裝的采樣系統(tǒng)中，約有15%在事故期間斷電。

 

–在2016年10月之后安裝的采樣系統(tǒng)中，昆士蘭州約15%、南澳大利亞州約30%的系統(tǒng)沒有提供所需降低頻率的服務。

 

在事故發(fā)生的情況下，南澳大利亞州的大規(guī)模電池儲能提供了多種服務，其價值得到體現(xiàn)，包括最初的一次調(diào)頻，然后迅速從輸出發(fā)電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為負載，以阻止南澳大利亞州與維多利亞斷網(wǎng)后的頻率升高情況發(fā)生。

 

 

南澳大利亞州SA有兩個輸配電網(wǎng)絡連接的電池儲能系統(tǒng)，分別位于Dallymple和Hornsdale（特斯拉提供）。在事件發(fā)生時只有位于Hornsdale的容量為+100 MW/-80MW的電池儲能系統(tǒng)在運行，并在事故發(fā)生時立即以-38 MW充電。

 

該電池的頻率響應是一個簡單的比例響應，當頻率從50赫茲下降到49赫茲時，就需要將電池的輸出增加至100MW。Hornsdale電池儲能系統(tǒng)在此事件期間的頻率響應如下圖所示。

 

 

此次響應的結果與設計一致，既有助于阻止一次頻率的下降，又有助于迅速將輸出從發(fā)電切換回負荷，從而阻止在與維多利亞斷網(wǎng)后南澳大利亞州電網(wǎng)頻率升高的情況。

 

事實證明Hornsdale電池儲能系統(tǒng)頻率響應傳遞速度非?？?，并確保響了頻率調(diào)節(jié)，充分展示了其在電網(wǎng)側的價值。

 

 

上圖可看出當南澳大利亞州在與維多利亞 500kV電網(wǎng)斷開時，南澳大利亞州電網(wǎng)立即逆轉(zhuǎn)了頻率下降趨勢，并開始逐步增加。

 

下圖顯示了Hornsdale電池儲能系統(tǒng)在此事件期間的長時間響應。當頻率保持在其頻率響應“死區(qū)”內(nèi)時，電池遵循AGC設定點的變化。這些設定值是基于能源市場調(diào)度和調(diào)頻輔助服務市場規(guī)則。當南澳大利亞州的中的頻率超出其頻率響應死區(qū)時，Hornsdale電池儲能系統(tǒng)開始基于比例衰減提供AGC輔助調(diào)頻服務。

 

 

下圖受此次事故影響的三個地區(qū)對比可知，藍色線配置儲能系統(tǒng)的南澳大利亞州7秒內(nèi)頻率開始恢復、遭受事故影響較輕，報告分析結果也從側面反映了儲能系統(tǒng)在電網(wǎng)事故中強大的瞬時響應和輔助調(diào)頻能力。