光伏发电主动参与电网频率调节的机理分析

光伏发电主动参与电网频率调节的机理分析摘要：在能源领域，随着风、光、充、储的发展，促使能源管理系统综合运用嵌入式计算技术、边缘计算技术、物联网通信技术、能源优化协调控制技术、能量转换存储技术，将风力、光伏等间隙性可再生能源与储能系统、各类可控负载的友好互动，实现能源的稳定、高效、经济利用。一种多能物联协调控制装置在能源管理系统中作为区域级“协管员”，在区域范围内承担场景进程推进的细粒度任务。关键词：光伏发电；频率调节；电力系统；频率响应；等效转动惯量引言在未来高比例可再生能源以及高比例电力电子化主导的电力系统中，传统同步机组所占比例降低，系统呈现出弱惯性的特点。当系统内出现不平衡功率时，低惯性以及可控调频资源较少导致系统面临严重的频率安全问题。众多由频率安全引发的电力事故表明，未来电网亟需一种快速调频资源。储能具有可控性好，短时充放电能力强的特点，在频率安全事故中展现出了出色的调频能力，因而是一种优质的调频资源。储能的合理规划利用可以在系统发生功率扰动时提供紧急支撑，提升系统的频率稳定性。系统结构AI插件实现模拟量信号采集。AI插件采集协调控制终端覆盖的区域电网与上级电网公共连接点的电压、电流、频率等工频信号量，实时测量区域电网的总的有功、无功负荷。I/O插件实现开关量的采集和控制。I/O插件采集各个分布支路及并网支路的开关位置信息，作为区域电网及多能物联管控中区域控制的辅助依据。区域性电网内部系统在发生故障时，协调控制终端执行电网异常响应控制逻辑，通过I/O插件自动断开PCC处的控制器开关切除分布式电源，停止供电

并对供电系统进行故障维护和检修，防止了停电区域范围的扩大，保证了配电网安全、稳定地正常运行;当上级电网侧线路发生短路故障或者停电时，协调控制终端迅速检测到孤岛，在上级电网线路自动重合闸之前切断PCC处的开关。在上级电网故障消除和恢复供电，或重点区域性电网故障消除后，根据多能物联管控平台下达的指令，通过I/O插件控制重新并网或恢复供电。通信插件实现与区域电网内各层设备通信以进行信息交互和数据共享。通信插件设计HPLC高速电力载波通信接口，与多能物联通信终端连接;提供以太网口及光纤通信接口，可以经过交换机与区域内的设备实现以太网通信。通信插件核心是物联网通信技术，通过ModBus-RTU、HPLC高速电力载波等通信协议，协调控制终端借此实现对各类电力设备的通信和控制。传统电力系统频率响应特性) rIl卜2L1丄上兀s传统电力系统的频率响应模型(systemfrequencyresponse，SFR)如图1所示，图1中：H为同步发电机组惯性时间常数；D为同步发电机组等效阻尼系数;R为转速调节器的调差系数；TRH为原动机再热时间常数；FHP为原动机高压缸做功比例；Psp为系统的冲击负荷占系统总负荷的比重；) rIl卜2L1丄上兀s不同惯性时间常数、不同阻尼系数下，电网频率变化率初始值、电网频率最低跌落值、超调量以及稳定时间。随着惯性时间常数H的增加，电网频率变化率初始值降低，频率最低跌落值和稳定时间增加，超调量减小；随着阻尼系数D的增加，稳定时间和超调量减小，频率最低跌落值增加；阻尼系数D对频率变化率无影响。由于光伏发电呈弱惯性或零惯性，普遍不参与电网频率调节，随着其占比的不断提高，同步发电机组被大量替代，降低了系统等效惯量，将逐渐恶化电力系统的频率特性，使得系统在负荷扰动下的电网频率变化率初始值增加、频率最低跌落值减小、超调量s增加以及稳定时间减小，严重威胁系统安全稳定运行。双级式光伏发电结构及调频控制策略调节微电源的输出阻抗微电网中微电源种类较多，电网阻抗特性发生了较大变化，需要各微电源协调控制。当微电网连接到电网时，微电源仍然采用恒定功率控制策略，来检测并计算功率变化量，因此主电源有足够的功率裕度，来提供负载或平衡输出功率。在孤岛工况下，用下垂控制的分布式电源参与系统内负荷供电。调节微电源的目的是，实现系统内分布式电源的稳定运行，以及完成电压同步。由于外部环境的不同导致微电网变流器控制方法的差别，微电网系统中可能存在的旋转电机接口在低压配电网网络中，线路阻抗以阻性为主。通过无功功率补偿的方法，对电压的运行水平进行提升，合理分布有功功率值，减小线路压降，达到提高电压运行水平的目的。应用要点分析（1）谐波方面。通过光伏发电并网技术，可以直接将太阳能转换成电能，将电能接入公共电网中，但实际并网期间系统内部电流、相位等需要和系统保持同步，并网和电网双方互相影响，会出现一定的谐波污染。（2）电压波动。对光伏系统而言，阳光强度对后续功率输出存在一定影响。因此，设备故障、气候条件、阳光强度等因素能够对系统后续的功率输出产生影响，工作人员需要精准计算电压，全面清晰地做好记录，最大程度保证电压的稳定。（3）无功平衡。光伏系统在功率〉0.98时状态为纯输出，根据分区平衡原则，光伏系统需要确保无功补偿，减少线损概率，提高电力质量。明确不同电压等级下的线路参数微电网系统中线路形式多样，能源包括微型燃气轮机、光伏发电，同时微电网系统中还配有储能系统，根据不同的控制目标和实现形式，微电网的控制模式为PQ控制模式，该模式能够控制微电网有功和无功的恒定功率。该实现方法可以大致分为电流控制和电压控制，电流控制方法具有良好的动态性能。协调系统中的分布式电源和负载，以实现稳定的运行，并保证并网连接不会受到影响。如果负载波动，那么电压和频率也会波动。当负载很小时，导致输出电压的幅度和频率偏离额定电压的频率和幅度。在频率偏差和电压偏差不同时，电源质量会下降。电压下降可以在一定程度上调节电压和频率，因此，有必要明确不同电压水平下的线路参数。能量管理调度系统设计能量管理控制系统是智能微电网系统较为核心的控制单元，为保证系统在最佳状态下运行，相关人员在一体化方案设计过程中，充分考虑充电站用电情况，系统可将多余的电能通过储能系统灵活地调动起来，进而保证光伏发电系统运行的经济性。在以太网和光伏发电系统逆变器支持下，更好地控制通信系统运行，对接收到的信息数据集中进行控制管理，并有效调动相关设备执行控制器。结束语本文建立含光伏发电的电力系统频率响应模型，定性分析光伏发电参与电网频率调节的动态过程，揭示了3种调频控制策略对系统惯性时间常数和阻尼系数的影响机理。研究结果表明：1)常规虚拟惯量控制和基于P-U外特性的调频控制策略II,影响的是同步发电机的惯性时间常数H；这2种调频控制策略均阻止系统频率的过快变化，减缓了系统频率变化率，提高了频率最低跌落值，有效的改善了系统频率响应特性。2)基于P-U外特性调频控制策略I影响的是同步发电机的阻尼系数D,相比于其他2种控制策略，改变了系统最终稳态频率偏差。参考文献刘锐杰•新型光伏发电主动参与电网频率调节控制策略[J].当代化工研究,2019(15):119-120.杨英勃.储能技术在电力系统调频领域的应用[J].电子元器件与信息技术,2019,3(11):113-114.林海艺.光伏电站参与电网调频的控制策略研究[D]