通过改变光伏减载率，来参与电网调频的新方法
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联合主办
中国电工技术学会
北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室
联合承办
中国电工技术学会轨道交通电气设备技术专委会
国家高速列车技术创新中心
《电气技术》杂志社
会议日期/地点
2019年10月25-27日/山东青岛
东北电力大学电气工程学院、宁夏电力公司的研究人员钟诚、周顺康、严干贵、丁茂生，在2019年第5期《电工技术学报》上撰文（论文标题为“基于变减载率的光伏发电参与电网调频控制策略”）指出，新能源机组大量接入电网降低了电力系统旋转惯性和一次调频资源，导致电网运行时频率波动增大。
新能源机组主动参与频率调节是缓解该问题的途径之一，为此提出一种基于变减载率的光伏发电机组参与电网调频控制策略，依据电网频率改变光伏机组减载运行水平，使其能够参与向上/向下的电网频率调节。该策略结合离线曲线拟合、在线功率跟踪和实时光照强度估算，能与最大功率跟踪算法无缝融合，并对曲线拟合误差有一定的鲁棒性。基于RT-LAB的半物理仿真结果验证了该方法的有效性。
近年来，以风电、光伏为代表的新能源发电得到迅速发展，接入电网的容量不断增大，减少了化石能源的使用和环境污染。但是，新能源机组通常采用变流器接入电网，无法像传统机组一样向系统提供惯性，且通常工作在最大功率跟踪（Maximum Power Point Tracking, MPPT）模式，不参与电网调频。随着接入系统容量的不断增大，降低了系统整体惯性和调频资源，导致频率波动增大，影响系统频率稳定。针对该问题，部分高渗透国家/地区已明确要求新能源发电机组必须具备一定的参与电网调频的能力。
由于光伏发电系统自身不具备惯性，为了实现参与电网频率调节，目前通常有两类方法：一类为光-储联合发电系统；另一类为光伏减载运行。光-储联合发电系统的缺点是储能造价和维护成本较为昂贵。而光伏减载运行需要损失部分捕获光能。文献[11]通过对比指出，在正常功率波动范围下，光伏减载运行为更经济性的方式，尤其是现在光伏电站还存在“弃光”现象。本文主要关注光伏减载运行参与电网调频。
文献[12]通过仿真验证，大型光伏电站通过减载参与电网调频，可以改善系统的频率响应。而文献[13]通过西北电网现场实验验证，光伏发电机组能够提供与传统同步机组类似的调频能力。但是这两篇文献并没有涉及具体的光伏逆变器减载控制策略。
文献[14]依据开路电压来设置系统参考电压，使其低于最大功率电压来实现减载运行。但该控制方法较为粗放，无法实现较精确的减载功率控制。文献[15,16]采用牛顿二次插值，通过迭代求解二次多项式实现光伏减载控制，但是外部环境变化时算法的迭代收敛性有待进一步考证。文献[17,18]采用二次线性函数来估算最大功率值，设置参考功率为部分最大估算功率来实现减载控制。
但是由于光伏阵列为非线性函数，采用二次函数进行估算功率误差较大。为此，文献[19]采用单二极管模型来进行最大功率估算，通过纹波控制获得估算模型的输入数据，但是估算过程中存在非线性运算，不易于工程实现。
综上所述，本文提出一种基于减载控制光伏机组调频控制策略，依据电网频率改变光伏减载运行水平参与电网频率调节。该策略通过离线拟合和在线跟踪相结合，提高减载控制的容错性，并可以与现有最大功率跟踪方法无缝融合。基于RT-LAB的半物理仿真验证了本文所提控制策略的有效性。
图1 所提控制策略整体框图
图16 RT-LAB半物理仿真系统实物图
本文提出一种基于变减载控制的光伏发电参与电网频率调节的控制方法，该控制方法结合离线拟合和在线功率跟踪，依据电网频率改变减载率，能够同时参与向上/向下的电网频率调节。基于RT-LAB的半物理仿真表明本文方法的有效性和一定的容错性，在离线曲线拟合不准确时，也能够确保调频输出功率趋势的正确性，且功率偏差不大。
但是，本文控制方法针对光伏阵列单峰值功率曲线进行设计，而光伏发电系统在实际运行中存在多峰值功率（局部阴影条件下）的情况，如何实现多峰值功率下的光伏发电系统减载调频控制，是本文后续需要开展的工作。