光伏电站参与大电网一次调频的控制增益研究/赵大伟，马进，钱敏慧，王万成，姚良忠，韩肖清
《电网技术》2019年第2期：425-433
1、研究的必要性
随着光伏发电等新能源并网渗透率的不断快速提高，国内外许多国家要求新能源具备参与系统一次调频的能力，其中，调频控制增益（调差系数的倒数）是一个关键参数，其数值设为多少比较合适？目前不同标准或机构给出的推荐参数差异较大，欠缺理论分析，不合适的参数可能导致频率调节不稳定，且该问题将随着新能源并网渗透率的不断增加而愈发突出，有必要开展理论分析。
2、研究方法及过程
建立含光伏电站、常规电源的电力系统一次调频控制分析模型，如图1所示，该模型基于描述函数法进行了等效表征。模型中存在饱和、死区等非线性环节，因其均为非时间的函数，且都是奇对称的，而一次调频控制模型中的线性部分可表示为多个一阶惯性环节的串联，具有较好的低通滤波特性，所以可以运用非线性奈奎斯特(Nyquist)稳定性判据来分析系统的稳定性，通过理论计算得到调频控制增益的稳定范围，然后建立算例系统进行仿真验证。
图1 含光伏发电和常规电源的电力系统一次调频控制模型框图
图1中：∆P为有功功率的变化量，G0(s)为表征系统惯性和阻尼的一阶惯性环节，∆f为频率的变化量，NTD(A)为常规电源的死区描述函数，NRD(A)为光伏的死区描述函数，kd为常规电源的一次调频控制增益，kRd为光伏的一次调频控制增益，GT(s)为常规电源的一次调频控制传递函数，GR(s)为光伏的一次调频控制传递函数，NTS(A)为常规电源的饱和描述函数，NRS(A)为光伏的饱和描述函数。
3、研究结果
（1）搭建了含光伏电站和常规电源的算例系统，调整光伏电站出力为所有电源总出力的45%，理论计算出此时调频控制增益kRd的临界值为521.6；设置负荷扰动进行仿真验证，仿真结果如图2所示：当光伏电站的调频控制增益设为510时(小于临界增益)，系统频率能够恢复稳定；当光伏电站的调频控制增益设为530时(大于临界增益)，系统频率最终呈现等幅振荡；而等于临界增益521.6时，系统频率仍然能够慢慢稳定下来，说明仿真计算和理论结果之间仍存在较小的偏差，由于理论计算模型与仿真分析模型之间不可避免地存在一定差异，因此该结果也是合理的。
（2）分析了不同的光伏出力占比（25%、35%、45%、55%、65%）情况下调频控制增益的临界值，初步发现：随着光伏并网渗透率的不断增大，调频控制增益的临界值不断减小。
图2 光伏电站不同调频控制增益时的仿真曲线
（1）本文所述分析方法在多机电力系统的应用及其在风电等电源的应用。
（2）基于工程实际的多类型电源一次调频控制参数协调整定研究。
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作者介绍
赵大伟(1981)，男，博士研究生，研究员级高级工程师，中国电力科学研究院“优秀技术专家”，CSEE高级会员，IEEE及IET会员，研究方向为可再生能源发电并网建模验证、运行控制与稳定性分析，E-mail： zhaodawei@epri.sgcc.com.cn。
马进(1975)，男，博士，教授，博士生导师，CIGRE负荷建模工作组、CIGRE/CIRED逆变器接口发电系统建模联合工作组成员，研究方向为电力系统建模验证、运行控制与稳定性分析。
钱敏慧(1982)，女，博士研究生，高级工程师，研究方向为可再生能源发电并网建模验证、运行控制。
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