《DL/T2195—2020新能源和小水電供電系統(tǒng)頻率穩(wěn)定計算導(dǎo)則》專題研究報告目錄02040608100103050709從傳統(tǒng)到革新:導(dǎo)則如何重塑新能源高占比場景下頻率穩(wěn)定分析的理論基礎(chǔ)與計算范式?新能源與小水電的“個性

”與“共性

”:導(dǎo)則如何精準(zhǔn)刻畫其頻率響應(yīng)特性與關(guān)鍵參數(shù)?仿真工具的“標(biāo)尺

”與“藍(lán)圖

”:導(dǎo)則對計算工具、流程及結(jié)果校核提出了哪些權(quán)威規(guī)范?前瞻未來電網(wǎng)形態(tài):導(dǎo)則為高比例電力電子設(shè)備并網(wǎng)下的頻率穩(wěn)定研究預(yù)留了哪些演進(jìn)接口?從標(biāo)準(zhǔn)到實踐:面向行業(yè)各方主體的實施路線圖、挑戰(zhàn)研判與能力提升行動指南專家視角:頻率穩(wěn)定計算緣何成為新型電力系統(tǒng)安全運行的“生命線

”?——深度剖析導(dǎo)則制定的時代緊迫性與戰(zhàn)略價值深度解構(gòu)頻率穩(wěn)定計算的核心框架:一場涵蓋全過程、全要素、全場景的精細(xì)化建模革命當(dāng)不確定性成為常態(tài):導(dǎo)則如何引領(lǐng)應(yīng)對源荷雙側(cè)隨機(jī)波動的頻率穩(wěn)定風(fēng)險評估新思路?超越計算:導(dǎo)則如何將頻率穩(wěn)定分析無縫嵌入規(guī)劃、運行與保護(hù)的實際決策閉環(huán)?熱點與疑點辨析:關(guān)于慣量評估、一次調(diào)頻死區(qū)、小水電貢獻(xiàn)等關(guān)鍵議題的權(quán)威解讀與澄清專家視角：頻率穩(wěn)定計算緣何成為新型電力系統(tǒng)安全運行的“生命線”？——深度剖析導(dǎo)則制定的時代緊迫性與戰(zhàn)略價值能源結(jié)構(gòu)劇變下的頻率穩(wěn)定新挑戰(zhàn)：同步機(jī)慣量衰減與隨機(jī)擾動加劇的雙重壓力01解讀：隨著風(fēng)電、光伏等新能源大規(guī)模替代傳統(tǒng)同步機(jī)組，電力系統(tǒng)的總體轉(zhuǎn)動慣量顯著下降，導(dǎo)致系統(tǒng)抗擾能力減弱，頻率變化速率更快、偏差更大。同時，新能源出力的波動性和不確定性使得頻率擾動源更為頻繁和復(fù)雜，傳統(tǒng)基于確定性大擾動的頻率穩(wěn)定分析框架已難以適應(yīng)，暴露出電力系統(tǒng)安全運行的潛在脆弱性，亟需新的理論與方法指引。02小水電的特殊角色再審視：分布式靈活調(diào)節(jié)資源在頻率支撐中的潛力與局限01解讀：小水電作為分布式電源，其運行特性介于傳統(tǒng)同步電源與純電力電子接口新能源之間。在局部電網(wǎng)，特別是以新能源和小水電為主的供電系統(tǒng)中，小水電機(jī)組能否以及如何提供有效的頻率支撐，其響應(yīng)速度、調(diào)節(jié)容量和持續(xù)時間為系統(tǒng)頻率穩(wěn)定帶來了新的變量。導(dǎo)則的制定正是為了科學(xué)評估這一特殊資源的真實作用，避免過高或過低的估計。02DL/T2195-2020的里程碑意義：填補(bǔ)領(lǐng)域空白，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化分析體系的迫切需求解讀：在本導(dǎo)則發(fā)布前，我國缺乏專門針對新能源和小水電供電系統(tǒng)頻率穩(wěn)定計算的統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。各機(jī)構(gòu)在建模方法、計算條件、評價指標(biāo)上存在差異，導(dǎo)致分析結(jié)果可比性差，難以支撐電網(wǎng)的統(tǒng)一規(guī)劃與調(diào)度決策。該導(dǎo)則的出臺，首次系統(tǒng)性地構(gòu)建了此類系統(tǒng)頻率穩(wěn)定分析的技術(shù)體系，對保障新型電力系統(tǒng)安全、促進(jìn)新能源消納具有里程碑式的規(guī)范與指導(dǎo)價值。12從傳統(tǒng)到革新：導(dǎo)則如何重塑新能源高占比場景下頻率穩(wěn)定分析的理論基礎(chǔ)與計算范式？計算目標(biāo)的演進(jìn)：從單一最大頻率偏差到全過程動態(tài)特性多維評價1解讀：傳統(tǒng)頻率穩(wěn)定分析主要關(guān)注系統(tǒng)遭受大擾動后的穩(wěn)態(tài)頻率偏差是否越限。導(dǎo)則則強(qiáng)調(diào)，在新能源高占比系統(tǒng)中，頻率的動態(tài)過程（如初始變化率RoCoF、最低點頻率、恢復(fù)穩(wěn)定時間）同樣至關(guān)重要，甚至更為關(guān)鍵。因此，計算目標(biāo)擴(kuò)展為對頻率時域軌跡的全過程、多維度精細(xì)化評估，以全面把握系統(tǒng)的頻率動態(tài)行為。2擾動場景的拓展：涵蓋對稱/不對稱故障、新能源大面積脫網(wǎng)及負(fù)荷突變等復(fù)合場景解讀：導(dǎo)則突破了傳統(tǒng)以三相短路為主的單一擾動模式，要求綜合考慮多種可能的故障形態(tài)。特別是考慮到新能源場站因電壓、頻率耐受能力較弱易引發(fā)連鎖脫網(wǎng)的風(fēng)險，將“新能源發(fā)電單元大規(guī)模脫網(wǎng)”列為重要計算場景。同時，負(fù)荷的突變性增長或減少也被納入，使得擾動設(shè)置更貼合實際運行風(fēng)險。12計算時間尺度的延伸：覆蓋秒級至數(shù)分鐘的短期與中期頻率穩(wěn)定過程01解讀：由于新能源提供頻率響應(yīng)可能涉及預(yù)留備用、協(xié)調(diào)控制等具有不同時間常數(shù)的環(huán)節(jié)，頻率的動態(tài)過程可能持續(xù)較長時間。導(dǎo)則明確要求計算時長應(yīng)足以觀察頻率的二次跌落及恢復(fù)至新的穩(wěn)態(tài)全過程，通常需要覆蓋擾動后數(shù)十秒至數(shù)分鐘，這比傳統(tǒng)計算的時間尺度要求更長，以確保能準(zhǔn)確評估各種控制措施的效果。02深度解構(gòu)頻率穩(wěn)定計算的核心框架：一場涵蓋全過程、全要素、全場景的精細(xì)化建模革命系統(tǒng)建模的完整性要求：發(fā)電、電網(wǎng)、負(fù)荷、控制保護(hù)裝置的精準(zhǔn)模擬原則01解讀：導(dǎo)則強(qiáng)調(diào)，頻率穩(wěn)定計算必須建立全系統(tǒng)的詳細(xì)模型。發(fā)電側(cè)需包含所有并網(wǎng)的新能源場站、小水電站及可能存在的其他電源的詳細(xì)機(jī)電或電磁暫態(tài)模型；電網(wǎng)側(cè)需包含計算范圍內(nèi)完整的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c參數(shù)；負(fù)荷模型需采用能夠反映頻率動態(tài)特性的模型；同時，各類繼電保護(hù)、安全自動裝置（如低頻減載）的動作邏輯必須精確模擬，因其對頻率軌跡有決定性影響。02初始運行方式的代表性選?。旱湫头绞健O端邊界與N-1安全校驗的結(jié)合01解讀：計算并非針對單一運行方式。導(dǎo)則要求選取具有代表性的典型運行方式（如大方式、小方式）、新能源出力及負(fù)荷的極端組合（如高新能源出力+低負(fù)荷、低新能源出力+高負(fù)荷）進(jìn)行計算。同時，還需考慮在滿足N-1安全準(zhǔn)則后的運行狀態(tài)下進(jìn)行頻率穩(wěn)定校驗，以評估在失去一個關(guān)鍵元件后系統(tǒng)是否仍能保持頻率穩(wěn)定，確保分析的全面性與嚴(yán)謹(jǐn)性。02計算流程的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計：從數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、模型搭建、仿真計算到結(jié)果分析的全鏈條規(guī)范01解讀：為確保計算工作的規(guī)范性和結(jié)果的可重復(fù)性，導(dǎo)則提出了標(biāo)準(zhǔn)化的計算流程。這包括：明確計算所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)清單與格式要求；規(guī)定模型驗證與參數(shù)校核的方法；制定具體的仿真計算步驟，包括擾動設(shè)置、仿真時長、采樣頻率等；最后，對計算結(jié)果的分析方法、報告內(nèi)容與格式也提出了指導(dǎo)性意見，形成了完整的閉環(huán)管理。02新能源與小水電的“個性”與“共性”：導(dǎo)則如何精準(zhǔn)刻畫其頻率響應(yīng)特性與關(guān)鍵參數(shù)？新能源發(fā)電的頻率響應(yīng)模型：差異化模擬風(fēng)電機(jī)組與光伏逆變器的控制策略01解讀：導(dǎo)則要求，不能將新能源場站簡單等效為負(fù)的負(fù)荷，而必須依據(jù)其實際控制策略建立頻率響應(yīng)模型。對于風(fēng)電機(jī)組，需區(qū)分是否具備慣量響應(yīng)（虛擬慣量）、一次調(diào)頻以及功率備用功能，并準(zhǔn)確模擬其控制回路、時間常數(shù)和限幅環(huán)節(jié)。對于光伏逆變器，同樣需模擬其可能參與調(diào)頻的控制邏輯。模型應(yīng)能反映其響應(yīng)延遲、調(diào)節(jié)速率和有功上限等關(guān)鍵特性。02小水電機(jī)組頻率特性建模：引水系統(tǒng)動態(tài)、調(diào)速器特性與并網(wǎng)方式的綜合考量解讀：小水電的頻率響應(yīng)能力受多重因素制約。建模時必須考慮引水管道的水錘效應(yīng)帶來的水力動態(tài)過程，這會限制機(jī)組的功率快速調(diào)節(jié)能力。調(diào)速器模型（機(jī)械液壓或微機(jī)調(diào)速器）及其參數(shù)（如暫態(tài)調(diào)差系數(shù)、緩沖時間常數(shù)）是決定一次調(diào)頻性能的核心。此外，機(jī)組是直接并網(wǎng)還是通過電力電子設(shè)備并網(wǎng)，其頻率響應(yīng)特性有本質(zhì)區(qū)別，需在模型中予以體現(xiàn)。12關(guān)鍵參數(shù)辨識與現(xiàn)場測試驗證：確保模型參數(shù)準(zhǔn)確性的必要手段與技術(shù)要求解讀：模型參數(shù)的準(zhǔn)確性直接決定計算結(jié)果的可靠性。導(dǎo)則強(qiáng)調(diào)，應(yīng)優(yōu)先采用制造商提供的經(jīng)過驗證的模型參數(shù)，或通過現(xiàn)場試驗（如階躍擾動試驗、頻率擾動試驗）進(jìn)行參數(shù)辨識與校核。對于新能源場站和小水電站，應(yīng)要求其提供符合標(biāo)準(zhǔn)格式的標(biāo)準(zhǔn)化模型與參數(shù)，并鼓勵開展聯(lián)合試驗，以獲取真實、可信的模型數(shù)據(jù)，減少計算誤差。當(dāng)不確定性成為常態(tài)：導(dǎo)則如何引領(lǐng)應(yīng)對源荷雙側(cè)隨機(jī)波動的頻率穩(wěn)定風(fēng)險評估新思路？概率性頻率穩(wěn)定評估方法的引入：基于時序生產(chǎn)模擬與大量場景的統(tǒng)計分析解讀：面對新能源出力和負(fù)荷的隨機(jī)性，導(dǎo)則倡導(dǎo)引入概率性評估思想。這需要通過長時間尺度的時序生產(chǎn)模擬，生成大量具有代表性的系統(tǒng)運行場景（考慮風(fēng)光資源變化、負(fù)荷波動、設(shè)備故障概率），并對每個場景進(jìn)行頻率穩(wěn)定計算。最終以統(tǒng)計指標(biāo)（如頻率越限概率、期望頻率最低值）來量化系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定風(fēng)險，為決策提供更豐富的信息。12最惡劣場景搜索與安全邊界刻畫：在不確定性中尋找確定性的防御底線A解讀：在概率評估的同時，導(dǎo)則也強(qiáng)調(diào)識別“最惡劣場景”的重要性。即通過優(yōu)化算法或經(jīng)驗分析，尋找在給定不確定性范圍內(nèi)，最容易引發(fā)頻率失穩(wěn)的新能源出力與負(fù)荷組合、故障位置與類型。通過對這些“邊界點”的分析，可以刻畫系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的邊界，為制定預(yù)防性控制措施、確定安全運行域提供明確依據(jù)。B考慮氣象關(guān)聯(lián)性與時空耦合的擾動集構(gòu)建：提升風(fēng)險評估的現(xiàn)實貼合度解讀：新能源出力具有很強(qiáng)的時空相關(guān)性和氣象關(guān)聯(lián)性。例如，一片區(qū)域的風(fēng)電場可能同時因無風(fēng)而低出力，而極端天氣也可能導(dǎo)致大面積設(shè)備同時故障。導(dǎo)則在構(gòu)建風(fēng)險評估的擾動集時，要求考慮這些關(guān)聯(lián)因素，模擬區(qū)域性或廣域性的相關(guān)擾動，而非完全獨立的隨機(jī)擾動，使得風(fēng)險分析更貼近實際氣象與電網(wǎng)運行條件，評估結(jié)論更具指導(dǎo)意義。12仿真工具的“標(biāo)尺”與“藍(lán)圖”：導(dǎo)則對計算工具、流程及結(jié)果校核提出了哪些權(quán)威規(guī)范？仿真軟件的功能與性能基準(zhǔn)：支持復(fù)雜模型、自定義控制與高效并行計算的能力要求01解讀：導(dǎo)則對用于頻率穩(wěn)定計算的仿真工具提出了明確的技術(shù)要求。軟件需具備搭建和模擬包含詳細(xì)新能源、小水電及電力電子設(shè)備模型的能力；支持用戶自定義控制策略模塊；能夠高效處理大規(guī)模電力系統(tǒng)的微分-代數(shù)方程組求解；并且，為支持概率評估和大規(guī)模場景計算，軟件應(yīng)具備良好的并行計算或高性能計算接口。這是保證計算可行性與準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)。02標(biāo)準(zhǔn)化計算流程與報告模板：確保工作規(guī)范性、過程可追溯及結(jié)果可比性解讀：為杜絕計算過程的隨意性，導(dǎo)則致力于推動計算流程的標(biāo)準(zhǔn)化。它詳細(xì)規(guī)定了從計算任務(wù)書下達(dá)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集與校驗、計算模型建立與驗證、仿真計算執(zhí)行、到結(jié)果分析與報告編制的各個環(huán)節(jié)的操作規(guī)范和要求。同時，推薦使用標(biāo)準(zhǔn)化的計算報告模板，確保關(guān)鍵輸入條件、計算過程、主要結(jié)論和圖表清晰呈現(xiàn)，便于不同機(jī)構(gòu)之間的技術(shù)交流與結(jié)果比對。12計算結(jié)果校核與驗證的“三道防線”：模型校驗、參數(shù)校核與對比分析解讀：導(dǎo)則構(gòu)筑了嚴(yán)格的結(jié)果質(zhì)量保障體系。第一道防線是模型校驗，通過對比仿真結(jié)果與簡單解析解、或已知標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)的結(jié)果，確保模型基本原理正確。第二道防線是參數(shù)校核，利用現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)或制造商提供的典型工況數(shù)據(jù)，調(diào)整模型參數(shù)使仿真曲線與實測曲線吻合。第三道防線是多工具/多方法對比分析，采用不同仿真軟件或不同建模方法對同一算例進(jìn)行計算，相互校驗，提升結(jié)果的可信度。超越計算：導(dǎo)則如何將頻率穩(wěn)定分析無縫嵌入規(guī)劃、運行與保護(hù)的實際決策閉環(huán)？在電網(wǎng)規(guī)劃階段的應(yīng)用：確定合理的新能源滲透率、儲能配置方案及網(wǎng)架加強(qiáng)需求01解讀：導(dǎo)則指導(dǎo)規(guī)劃人員，在編制電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃時，必須將頻率穩(wěn)定作為剛性約束進(jìn)行校核。通過計算分析不同新能源規(guī)劃裝機(jī)規(guī)模下的系統(tǒng)頻率特性，可以科學(xué)確定區(qū)域電網(wǎng)的新能源承載能力極限。同時，可以量化評估配置儲能（提供快速頻率響應(yīng)）、建設(shè)抽水蓄能電站或加強(qiáng)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線對改善頻率穩(wěn)定的效益，為規(guī)劃方案比選和投資決策提供關(guān)鍵量化依據(jù)。02在調(diào)度運行階段的應(yīng)用：制定合理的發(fā)電計劃、備用容量安排及預(yù)防性控制策略1解讀：運行人員可依據(jù)導(dǎo)則的計算方法，對次日或?qū)崟r的運行方式進(jìn)行頻率穩(wěn)定預(yù)評估。根據(jù)評估結(jié)果，可以優(yōu)化機(jī)組組合，確保有足夠的同步機(jī)在線提供慣量和一次調(diào)頻；合理安排旋轉(zhuǎn)備用和快速備用（如儲能）的容量與分布；在預(yù)判可能出現(xiàn)高風(fēng)險場景時，提前實施預(yù)防性控制，如調(diào)整新能源出力計劃、啟動備用機(jī)組等，將頻率失穩(wěn)風(fēng)險消滅在萌芽狀態(tài)。2在安全自動裝置整定階段的應(yīng)用：優(yōu)化低頻減載、低壓減載等裝置的配置與定值解讀：傳統(tǒng)低頻減載方案基于同步機(jī)主導(dǎo)的系統(tǒng)特性制定，在新能源高占比系統(tǒng)中可能不再適用。導(dǎo)則要求，必須基于詳細(xì)的頻率穩(wěn)定計算結(jié)果，重新校核甚至優(yōu)化低頻減載方案。這包括確定減載的總量、輪次、每輪切負(fù)荷量、頻率和延時定值。計算可以模擬不同故障下頻率跌落曲線，從而設(shè)計出既能有效阻止頻率崩潰、又避免過切負(fù)荷的精細(xì)化方案，提升安全控制的精準(zhǔn)性。前瞻未來電網(wǎng)形態(tài)：導(dǎo)則為高比例電力電子設(shè)備并網(wǎng)下的頻率穩(wěn)定研究預(yù)留了哪些演進(jìn)接口？構(gòu)網(wǎng)型（Grid-Forming）新能源技術(shù)的影響評估與模型準(zhǔn)備01解讀：未來，具備構(gòu)網(wǎng)能力（可自主建立電壓和頻率）的風(fēng)電、光伏及儲能變流器將逐步應(yīng)用，這將對系統(tǒng)頻率穩(wěn)定機(jī)制產(chǎn)生根本性改變。導(dǎo)則雖基于當(dāng)前主流的跟網(wǎng)型技術(shù)，但其建立的系統(tǒng)化分析框架具有包容性。它為構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的模型引入預(yù)留了接口，要求關(guān)注其虛擬同步機(jī)控制、功率同步控制等新策略的建模方法，并研究其對系統(tǒng)慣量、阻尼特性的新型貢獻(xiàn)方式。02多時間尺度資源協(xié)調(diào)的頻率支撐體系建模：從秒級響應(yīng)到分鐘級備用的協(xié)同解讀：未來的頻率穩(wěn)定將是多種資源跨時間尺度協(xié)調(diào)支撐的結(jié)果。導(dǎo)則引導(dǎo)研究從快速響應(yīng)的虛擬慣量（毫秒-秒級）、一次調(diào)頻（秒-十秒級），到二次調(diào)頻/自動發(fā)電控制AGC（十秒-分鐘級），乃至手動調(diào)度的分鐘級以上備用的全過程協(xié)同模型。需要建立涵蓋儲能、需求側(cè)響應(yīng)、可控水電/火電的聯(lián)合優(yōu)化控制模型，研究其在頻率事件中的有序動作邏輯與效果。12交直流混聯(lián)系統(tǒng)下的頻率耦合與緊急功率支援策略建模解讀：隨著特高壓直流輸電規(guī)模擴(kuò)大，送端電網(wǎng)（常為新能源基地）和受端電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性通過直流線路相互耦合。直流系統(tǒng)本身的故障（如閉鎖）也是巨大的功率擾動源。導(dǎo)則要求，在涉及直流輸電的系統(tǒng)進(jìn)行頻率穩(wěn)定計算時，必須詳細(xì)模擬直流的控制特性（如功率調(diào)制、頻率限制器），并研究利用直流功率快速可調(diào)能力進(jìn)行跨區(qū)頻率緊急支援的策略及其建模方法，這是應(yīng)對大功率缺額的關(guān)鍵。熱點與疑點辨析：關(guān)于慣量評估、一次調(diào)頻死區(qū)、小水電貢獻(xiàn)等關(guān)鍵議題的權(quán)威解讀與澄清系統(tǒng)“有效慣量”的評估：是否所有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量都能等同視之？01解讀：導(dǎo)則澄清了一個常見誤區(qū)：并非所有同步旋轉(zhuǎn)設(shè)備的動能都能同等有效地用于抑制頻率變化。小水電機(jī)組若遠(yuǎn)離擾動點，其動能受網(wǎng)絡(luò)傳輸限制可能無法及時釋放。新能源提供的虛擬慣量本質(zhì)是有功功率的快速注入，其效果受控制器參數(shù)和可用備用功率限制，與同步機(jī)慣量物理意義不同。因此，評估時應(yīng)計算“有效慣量”或“等效慣量”，綜合考慮設(shè)備位置、控制性能及網(wǎng)絡(luò)約束。02新能源參與一次調(diào)頻的死區(qū)與限幅設(shè)置：權(quán)衡安全性與經(jīng)濟(jì)性的藝術(shù)01解讀：死區(qū)設(shè)置是熱點爭議點。導(dǎo)則認(rèn)為，死區(qū)設(shè)置過小可能導(dǎo)致新能源設(shè)備在正常頻率波動下頻繁動作，影響壽命和經(jīng)濟(jì)性；設(shè)置過大則無法提供及時支撐。標(biāo)準(zhǔn)建議死區(qū)設(shè)置應(yīng)與系統(tǒng)頻率控制要求、其他調(diào)頻資源特性相協(xié)調(diào)，并需經(jīng)過嚴(yán)格計算驗證。同時，一次調(diào)頻的功率限幅值應(yīng)根據(jù)設(shè)備能力、運行工況（如風(fēng)速、光照）動態(tài)確定，確保指令可執(zhí)行且不過載。02小水電在頻率事件中的“雙刃劍”效應(yīng)：支撐潛力與潛在風(fēng)險的再平衡01解讀：小水電在擾動瞬間可利用水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)動能提供短暫慣性支撐，但其水力系統(tǒng)慣性可能導(dǎo)致后續(xù)功率反調(diào)（水錘效應(yīng)），加劇頻率二次跌落。此外，若其調(diào)速器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或處于孤島運行，可能引發(fā)自身穩(wěn)定問題。導(dǎo)則強(qiáng)調(diào)，必須通過精