高滲透率條件下考慮功率協(xié)調(diào)性的可再生能源調(diào)頻方式

高啟瑄，呂世軒，鄭麗君，張文杰

(煤礦電氣設(shè)備與智能控制山西省重點實驗室(太原理工大學(xué))，太原市 030024)

0 引 言

可再生能源因其無污染、分布廣、具備規(guī)?；脙r值等優(yōu)勢而受到重視，對于我國的能源發(fā)展以及建設(shè)良好的經(jīng)濟與生態(tài)，清潔能源發(fā)展顯得尤其重要[1-2]。隨著“雙碳”目標(biāo)不斷推進，可再生能源發(fā)電滲透率會不斷提高，截至2022年2月底，全國發(fā)電裝機容量約23.9億kW，同步增長7.8%；其中風(fēng)電裝機容量約3.3億kW，同比增長17.5%；太陽能發(fā)電裝機容量約3.2億kW，同比增長22.5%[3-5]。可再生能源大多以最大功率點跟蹤的方式并網(wǎng)發(fā)電，并不參與電力系統(tǒng)的調(diào)頻和轉(zhuǎn)動慣量支撐。然而，電力系統(tǒng)中頻率響應(yīng)的能力，主要是由不同電源出力決定，細(xì)化到不同電源出力的慣量大小以及一次調(diào)頻能力等不同性能來決定[6-9]。因此，隨著可再生能源發(fā)電占比的不斷提高，系統(tǒng)頻率響應(yīng)能力越低，故障擾動引發(fā)的電力系統(tǒng)頻率波動不斷增大，電力系統(tǒng)頻率安全受到威脅[10-11]。

隨著可再生能源滲透率不斷提高，對其參與電力系統(tǒng)調(diào)頻產(chǎn)生的各種問題受到了越來越多學(xué)者的關(guān)注，文獻[12]以頻率偏差與頻率變化率作為性能指標(biāo)，對比新能源在下垂、慣性、PD控制下的不同性能，分析新能源滲透率對系統(tǒng)頻率特性產(chǎn)生的影響。文獻[13]通過假設(shè)新能源參與調(diào)頻與模擬慣量不一定是充要條件，提出對新能源簡化聚合模型的改進方法，但并沒有進一步分析對新能源滲透率帶來的影響。文獻[14]從電網(wǎng)供需平衡的角度出發(fā)，結(jié)合可再生能源出力不確定性以及波動性的特點，分析高滲透率下可再生能源出力波動對電網(wǎng)造成的影響。文獻[15]分析了可再生能源通過虛擬同步機控制在大型同步電網(wǎng)頻率事故中采用不同控制功能對系統(tǒng)頻率變化的作用，明確了可再生能源參與調(diào)頻與模擬慣量的功能定位需求。文獻[16]在建立新能源滲透率的電力系統(tǒng)頻率傳遞函數(shù)的條件下，提出了新能源參與調(diào)頻的2種方式，并從頻率特性的角度對動穩(wěn)態(tài)性能進行分析。

對可再生能源而言不能只簡單地考慮高占比影響以及系統(tǒng)頻率特性，應(yīng)同時考慮在利用可再生能源發(fā)電時，傳統(tǒng)同步機組依舊在出力并參與著整個系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)[17-18]，文獻[19]通過對并聯(lián)逆變器之間功率共享引起的動態(tài)功率不協(xié)調(diào)問題，提出利用分散的自適應(yīng)下垂控制對有功功率進行均分。文獻[20]發(fā)現(xiàn)虛擬同步機孤島并聯(lián)在系統(tǒng)參數(shù)不等時功率穩(wěn)定性會降低，提出利用引入虛擬電感以及動態(tài)阻尼的方法對有功分配進行優(yōu)化。文獻[21]為了解決光伏并網(wǎng)逆變器并聯(lián)動態(tài)功率協(xié)調(diào)性不佳的問題，提出一種預(yù)估光伏最大功率點并添加有功儲備的控制系統(tǒng)。文獻[22]對微網(wǎng)內(nèi)逆變器類電源與同步機類電源并列運行過程分析，由于二者的并列運行差異可能引起系統(tǒng)崩潰，提出對逆變器類電源頻率特性進行重塑，但沒有對不同調(diào)頻方式的頻率特性進行系統(tǒng)地對比。

以上文獻僅明確了新能源需要參與系統(tǒng)調(diào)頻的功能性要求，均未詳細(xì)分析可再生能源滲透率不同時，對系統(tǒng)頻率特性的影響，以及新能源與傳統(tǒng)同步發(fā)電機功率不協(xié)調(diào)的問題，驗證可再生能源在電網(wǎng)中參與調(diào)頻的必要性。本文通過分析可再生能源參與調(diào)頻時不同方式的頻率和功率特性的動穩(wěn)態(tài)性能，提出并驗證可再生能源需要通過模擬同步發(fā)電機中渦輪機延遲以及適量慣性來參與電網(wǎng)調(diào)頻。最后，在RTDS仿真平臺上搭建系統(tǒng)模型，用實驗結(jié)果驗證所提可再生能源參與系統(tǒng)調(diào)頻方法的有效性。

1 可再生能源滲透率對電力系統(tǒng)頻率特性的影響

1.1 考慮可再生能源高滲透的電力系統(tǒng)簡化模型

隨著可再生能源利用率不斷提高，不得不考慮由于可再生能源的投入而缺少系統(tǒng)慣量帶來的問題，譬如系統(tǒng)頻率特性變差，向電網(wǎng)傳輸?shù)墓β史€(wěn)定性不佳等一系列問題。含有可再生能源發(fā)電的電力系統(tǒng)簡化結(jié)構(gòu)如圖1所示，可再生能源、電壓源換流器以及控制系統(tǒng)構(gòu)成了可再生能源發(fā)電整體結(jié)構(gòu)，同步發(fā)電機模型作為參考對象對可再生能源的控制結(jié)構(gòu)進行分析。

圖1 可再生能源高滲透下系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.1 System structure under high penetration of new energy

在忽略了具體的調(diào)速器、渦輪機以及勵磁器等部分的控制后，不論是水電、火電等使用的同步發(fā)電機，其運行規(guī)律都遵循如下轉(zhuǎn)子搖擺方程：

(1)

(2)

式中：ωrn_pu、Pn_pu分別為轉(zhuǎn)子額定角速度標(biāo)幺值和轉(zhuǎn)子額定角速度所對應(yīng)的功率標(biāo)幺值；Rd為調(diào)速器下垂系數(shù)；TU為渦輪機等值時間常數(shù)；kT為渦輪機特征比例系數(shù)。

根據(jù)式(1)、(2)可得由若干同步發(fā)電機組成的電力系統(tǒng)的簡化小信號模型，以系統(tǒng)總負(fù)荷功率為基準(zhǔn)進行標(biāo)幺化后所得的數(shù)學(xué)模型如圖2所示。

圖2 同步發(fā)電機組成的電力系統(tǒng)簡化小信號模型Fig.2 Simplified small signal model of power system composed of synchronous generator

為了便于分析，設(shè)轉(zhuǎn)子額定角速度所對應(yīng)的功率定值標(biāo)幺值的變化量ΔPn_pu和電網(wǎng)頻率標(biāo)幺值變化量Δωg_pu均等于0。對于可再生能源發(fā)電高滲透的電力系統(tǒng)，需要在上述模型中引入表征可再生能源發(fā)電占比的變量。設(shè)可再生能源發(fā)電占比系數(shù)為：

(3)

式中：Kren為可再生能源發(fā)電占比，其取值范圍為0≤Kren≤1。引入可再生能源發(fā)電占比的可再生能源高滲透電力系統(tǒng)簡化小信號模型如圖3所示[13,16,23]，主要表示了可再生能源并網(wǎng)后但是發(fā)電不參與系統(tǒng)調(diào)頻的情況。

圖3 可再生能源高滲透的電力系統(tǒng)簡化小信號模型Fig.3 Simplified small signal model of power system with high penetration of new energy

1.2 對頻率特性穩(wěn)態(tài)性能的影響

根據(jù)圖3可得，可再生能源高滲透下電力系統(tǒng)頻率關(guān)于負(fù)荷功率的傳遞函數(shù)為：

(4)

由勞斯判據(jù)來判斷穩(wěn)定性，首先觀察系數(shù)的正負(fù)性：

(5)

由定義可知，D、H、TU和Rd均為正實數(shù)。如果系統(tǒng)穩(wěn)定的話則需要kT大于0，而對于渦輪機而言特征系數(shù)kT必然大于0。

運用終值定理并根據(jù)式(4)可得負(fù)荷功率單位階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)頻率誤差為：

Eω=Δωr_pu(t)|t→∞=

(6)

Eω越小表示系統(tǒng)頻率抗擾動能力越強。由式(6)可知，隨著可再生能源發(fā)電占比Kren的增大，Eω逐漸增大，系統(tǒng)頻率抗擾動能力下降。因此，如果可再生能源參與發(fā)電但不參與整個系統(tǒng)的一次調(diào)頻，系統(tǒng)頻率響應(yīng)的抗擾動能力會大幅下降[14]。

1.3 對頻率特性動態(tài)性能的影響

在研究了可再生能源發(fā)電高滲透對電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)態(tài)性能的影響后，進一步分析高滲透率對動態(tài)性能的影響。負(fù)荷功率擾動后頻率動態(tài)響應(yīng)為：

(7)

根據(jù)式(7)可求得峰值時間tp和超調(diào)σ表達(dá)式為：

(8)

(9)

從式(8)、(9)中可看出，峰值時間與超調(diào)量都與ωnat以及ζ有關(guān)，但在實際電力系統(tǒng)中二者只和系統(tǒng)參數(shù)有關(guān)，與Kren基本無關(guān)[14]。為了簡便地衡量系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)能力，本節(jié)借鑒了文獻[14]提出的頻率動態(tài)響應(yīng)系數(shù)βdy，其定義為：

(10)

由式(10)可以看出，βdy表示引起單位頻率最低點所需的負(fù)荷功率擾動值。βdy越小表示相同負(fù)荷功率擾動會導(dǎo)致更大的頻率波動和更長的調(diào)整時間。因此，隨著可再生能源發(fā)電占比Kren的增大，βdy逐漸減小，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性能逐漸下降[14]。

2 可再生能源參與調(diào)頻的不同方式

由前述分析可知，可再生能源發(fā)電時需要參與系統(tǒng)調(diào)頻，否則隨著可再生能源發(fā)電占比的不斷變大，電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)的抗擾動能力以及動態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo)將越來越差。為了可再生能源的發(fā)展以及大規(guī)模應(yīng)用，可再生能源需要參與電力系統(tǒng)一次調(diào)頻以及慣量支撐的能力。

2.1 可再生能源參與電力系統(tǒng)調(diào)頻和慣量支撐的方式分析

圖4給出了3種可再生能源發(fā)電參與電力系統(tǒng)調(diào)頻和慣量支撐的方式，圖中符號與上文描述一致，這里不再贅述。圖3為可再生能源不參與電力系統(tǒng)調(diào)頻的控制方式；圖4(a)為可再生能源發(fā)電參與電力系統(tǒng)調(diào)頻，但不模擬渦輪機動態(tài)和慣量支撐[24]；圖4(b)為可再生能源發(fā)電參與電力系統(tǒng)調(diào)頻且模擬渦輪機動態(tài)，但不模擬慣量支撐[25]；圖4(c)為可再生能源發(fā)電參與電力系統(tǒng)調(diào)頻且模擬渦輪機動態(tài)和慣量支撐[25]。為了便于描述，下文將圖3所示的可再生能源不參與調(diào)頻的發(fā)電方式命名為“可再生能源發(fā)電方式1”，簡稱“方式1”。圖4(a)、(b)和(c)分別簡稱為“方式2”、“方式3”和“方式4”。

圖4 3種可再生能源發(fā)電參與調(diào)頻和慣量支撐方式Fig.4 Three types of renewable energy power generation participating in frequency regulation and inertia support

設(shè)圖4中不同方式下的調(diào)速器和渦輪機支路的開環(huán)傳遞函數(shù)為Ai(s)；可再生能源調(diào)頻和虛擬渦輪機支路的開環(huán)傳遞函數(shù)為Bi(s)；發(fā)電機和慣量支撐模擬支路的開環(huán)傳遞函數(shù)為Ci(s)。下標(biāo)i表示對應(yīng)的方式編號?？稍偕茉刺摂M渦輪機動態(tài)表達(dá)式為：

(11)

式中：Gre(s)為虛擬渦輪機傳遞函數(shù)；kre為虛擬渦輪機比例系數(shù)；Tre為虛擬渦輪機時間常數(shù)。

方式2的轉(zhuǎn)子頻率關(guān)于負(fù)荷功率的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

(12)

方式3的轉(zhuǎn)子頻率關(guān)于負(fù)荷功率的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

GM3(s)=

(13)

方式4的轉(zhuǎn)子頻率關(guān)于負(fù)荷功率的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

GM4(s)=

(14)

基于不同方式的傳遞函數(shù)，接下來分析不同方式對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及動態(tài)性能的影響。

2.2 可再生能源參與調(diào)頻時穩(wěn)態(tài)性能分析

首先對比4種方式下負(fù)荷功率單位階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)頻率誤差，根據(jù)各個方式的傳遞函數(shù)和終值定理可知方式2—4的穩(wěn)態(tài)頻率誤差相同，是否模擬渦輪機動態(tài)和慣量支撐并不影響穩(wěn)態(tài)頻率誤差。方式2—4的穩(wěn)態(tài)頻率誤差為：

(15)

因為可再生能源調(diào)頻增益Rre和同步發(fā)電機調(diào)速器增益Rd均為正實數(shù)，對比式(6)和(15)可知，可再生能源發(fā)電參與電力系統(tǒng)調(diào)頻時的穩(wěn)態(tài)頻率誤差必然小于不參與系統(tǒng)調(diào)頻時的穩(wěn)態(tài)頻率誤差，并且Rre越大，穩(wěn)態(tài)誤差越小。

2.3 可再生能源參與調(diào)頻時動態(tài)性能分析

為了全面地對比不同方式的動態(tài)響應(yīng)性能，本文除了分析轉(zhuǎn)子頻率關(guān)于負(fù)荷功率的閉環(huán)傳遞函數(shù)動態(tài)響應(yīng)，進一步分析了同步發(fā)電機輸出功率和可再生能源發(fā)電輸出功率關(guān)于負(fù)荷功率傳遞函數(shù)的動態(tài)響應(yīng)。

方式2—4的同步發(fā)電機輸出功率ΔPin_pu關(guān)于負(fù)荷功率ΔPg_pu的傳遞函數(shù)GPin_i(s)和可再生能源發(fā)電輸出功率ΔPre_pu關(guān)于負(fù)荷功率ΔPg_pu的傳遞函數(shù)GPre_i(s)分別為：

GPin_i(s)=GMi(s)·Ai(s)

(16)

GPre_i(s)=GMi(s)·Bi(s)

(17)

2.3.1 頻率特性的動態(tài)響應(yīng)

由于GMi(s)、GPin_i(s)和GPre_i(s)均為三階系統(tǒng)，難以依靠符號計算求解出其動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的表達(dá)式。因此，本文利用Matlab軟件的Stepinfo函數(shù)求解，傳遞函數(shù)中各參數(shù)分別為：D=1，H=12，TU=6 s，Rd=Rre=5%，kT=kre=0.333。系統(tǒng)受到單位階躍響應(yīng)時，GMi(s)的頻率最大偏差和頻率變化率跟隨Tre變化如圖5所示。

圖5 GMi(s)單位階躍響應(yīng)動態(tài)性能指標(biāo)圖Fig.5 Unit step response waveform of GMi(s)

根據(jù)圖5(a)可看出，負(fù)荷功率階躍響應(yīng)時不同方式下頻率響應(yīng)的最大頻率偏差由大到小依次為：方式1>方式3>方式4>方式2?？梢钥闯?，可再生能源不論通過什么方式參與系統(tǒng)調(diào)頻，頻率響應(yīng)的抗擾動性能都比不參與調(diào)頻情況下更強。不模擬渦輪機動態(tài)和慣量支撐的方式2具有最強的頻率抗擾動性能，而模擬渦輪機動態(tài)和慣量支撐的方式4的頻率抗擾動性能略差，而方式3相較于方式2和4，頻率偏差最大，性能最差。由圖5(b)可知，相比方式1和3，在可再生能源滲透率相同的情況下，方式2和方式4具有更小的頻率變化率 (rate of change of frequency，ROCOF)。

因此，分析GMi(s)單位階躍響應(yīng)可得，可再生能源發(fā)電通過方式2和方式4參與電力系統(tǒng)調(diào)頻，能夠保證可再生能源發(fā)電高滲透情況下對電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性影響最小。

2.3.2 功率特性的動態(tài)響應(yīng)

假設(shè)可再生能源發(fā)電與同步發(fā)電機組占比相同，即可再生能源滲透率Kren=0.5。GPin_i(s)和GPre_i(s)的單位階躍響應(yīng)動態(tài)性能如圖6所示。

圖6 GPin_i(s)和GPre_i(s)的單位階躍響應(yīng)動態(tài)指標(biāo)圖Fig.6 Unit step response waveform of GPin_i(s) and GPre_i(s)

GPin_i(s)和GPre_i(s)的單位階躍響應(yīng)動態(tài)性能指標(biāo)能夠反映在負(fù)荷功率擾動時同步發(fā)電機組輸出功率Pin_pu和可再生能源發(fā)電輸出功率Pre_pu的變化情況。由圖6可知，可再生能源發(fā)電采用方式2參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)時，Pre_pu的超調(diào)量遠(yuǎn)大于Pin_pu，而Pre_pu的峰值時間遠(yuǎn)小于Pin_pu。這意味著在負(fù)載功率突增的初始階段，Pre_pu的響應(yīng)速度和出力均遠(yuǎn)大于Pin_pu，兩者對于頻率調(diào)節(jié)和慣量支撐的貢獻嚴(yán)重不匹配。但是，如果可再生能源發(fā)電采用方式3或4參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)，可以看出Tre越接近TU，Pre_pu和Pin_pu對于頻率調(diào)節(jié)和慣量支撐的貢獻越匹配。

2.4 頻率和功率的時域特性分析

負(fù)荷功率單位階躍時的ωr_pu、Pin_pu和Pre_pu的時域波形如圖7所示。

圖7 負(fù)荷功率單位階躍下ωr_pu、Pin_pu和Pre_pu的時域波形Fig.7 Time-domain waveforms of ωr_pu、Pin_pu and Pre_pu under load power unit step

首先從頻率響應(yīng)的角度看，方式2的ROCOF介于方式3和4之間，但相差不大，而頻率最低點降幅最小，所以性能最佳；方式3的ROCOF最大，頻率下降速率最快，而且頻率最低點降幅最大，所以性能最差；方式4的ROCOF最小，頻率下降最緩慢平滑，但頻率最低點低于方式2，所以性能相較于方式2略差。最終得到性能遞減的規(guī)律為：方式2>方式4>方式3。

再從功率特性的角度看，方式2的同步機與可再生能源出力極不協(xié)調(diào)，在出力暫態(tài)初期二者相差較大，可再生能源出力峰值較高，對功率變換器的要求相應(yīng)變高；方式3與方式4的同步機與可再生能源出力相較于方式2顯得更加協(xié)調(diào)，不存在暫態(tài)峰值較高的情況。

綜合頻率響應(yīng)與功率響應(yīng)的特性來看，為了在考慮功率協(xié)調(diào)性的同時保證頻率特性在穩(wěn)定范圍內(nèi)，方式4是可再生能源最佳的調(diào)頻方式。接下來對虛擬渦輪機的時間常數(shù)和模擬慣量的取值大小進行進一步分析。

據(jù)上述分析，可再生能源發(fā)電需要通過模擬同步機渦輪機與模擬慣量的方式參與系統(tǒng)調(diào)頻，通過改變渦輪機時間常數(shù)Tre，可再生能源功率與系統(tǒng)頻率特性曲線變化規(guī)律如圖8所示。隨著時間常數(shù)Tre的減小，可再生能源發(fā)電的暫態(tài)功率峰值越來越高，這會給功率變換器帶來較大壓力，增加了系統(tǒng)崩潰的風(fēng)險；但隨著Tre的增加，系統(tǒng)頻率曲線體現(xiàn)出了頻率最低點降低，ROCOF更大，使得頻率特性逐漸變差，同樣對系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性造成負(fù)面影響。

圖8 虛擬渦輪機取不同時間常數(shù)時可再生能源的功率和系統(tǒng)頻率特性曲線Fig.8 Power and frequency characteristic curves of renewable energy with different time constants for virtual turbines

改變可再生能源需要模擬的虛擬慣量大小，其頻率特性響應(yīng)如圖9所示。隨著轉(zhuǎn)動慣量J逐漸增大，可再生能源出力呈現(xiàn)出暫態(tài)峰值變高，震蕩幅度越大的特點；轉(zhuǎn)動慣量J越小，系統(tǒng)頻率的頻率最低點降低，ROCOF增大，系統(tǒng)頻率特性逐漸變差。

圖9 虛擬慣量取不同值時可再生能源功率和系統(tǒng)頻率特性曲線Fig.9 Power and frequency characteristic curves of renewable energy with different values of virtual inertia

綜上所述，考慮到可再生能源的功率特性和系統(tǒng)頻率特性都需要盡量保持較好的性能，可再生能源模擬虛擬渦輪機時間常數(shù)和轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)以并聯(lián)的傳統(tǒng)同步機組作為參考，使可再生能源呈現(xiàn)的功率與頻率特性盡量能與傳統(tǒng)機組保持一致，實現(xiàn)協(xié)調(diào)運行。

3 實驗驗證

在RTDS仿真平臺上搭建如圖10所示的系統(tǒng)模型，其中傳統(tǒng)同步機部分通過轉(zhuǎn)子搖擺方程控制功率轉(zhuǎn)換器來模擬同步發(fā)電機外特性，并以滲透率為50%作為目標(biāo)情況來分析，可再生能源通過逆變器接入電網(wǎng)，并與同步發(fā)電機并聯(lián)同時參與系統(tǒng)調(diào)頻，系統(tǒng)參數(shù)見表1。

圖10 仿真平臺上搭建的簡化電路模型Fig.10 Simplified circuit model built on the simulation platform

表1 以可再生能源為輸入與模擬同步發(fā)電機的逆變器控制參數(shù)Table 1 Inverter control parameters for simulating synchronous generators and using renewable energy as input

3.1 不同方式對系統(tǒng)頻率特性的影響

設(shè)定初始狀態(tài)下，可再生能源與傳統(tǒng)機組穩(wěn)定接入50 kW的負(fù)荷，2 s時負(fù)載突然增加10 kW，可再生能源通過3種不同方式參與系統(tǒng)調(diào)頻的系統(tǒng)頻率fr響應(yīng)波形如圖11所示。

圖11 不同方式下負(fù)荷階躍時系統(tǒng)頻率響應(yīng)波形Fig.11 System frequency response waveform under different load steps

由圖11可以看出，t1時刻，負(fù)荷突增，頻率開始跌落，各個方式頻率恢復(fù)至穩(wěn)態(tài)值的時間基本一致，而3種方式的頻率最低點依次為49.20、48.38、49.00 Hz?？梢钥闯龇绞?的頻率響應(yīng)最佳，方式4次之，方式3的頻率響應(yīng)相對較差，暫態(tài)跌落較嚴(yán)重。

3.2 不同方式對系統(tǒng)功率協(xié)調(diào)性的影響

可再生能源通過3種不同方式參與系統(tǒng)調(diào)頻的可再生能源與同步發(fā)電機的功率響應(yīng)波形如圖12所示。

圖12 不同方式下負(fù)荷階躍時可再生能源與傳統(tǒng)機組出力的功率變化量波形Fig.12 Waveforms of power variation of new energy and traditional unit output during load step in different ways

由圖12可以看出，當(dāng)可再生能源調(diào)頻不參與慣量以及渦輪機延遲的模擬時，即方式2，其與傳統(tǒng)機組的出力不協(xié)調(diào)程度較大，初期暫態(tài)可再生能源的波動幅度較大；可再生能源調(diào)頻不參與慣量模擬但原動機加入了渦輪機延遲后，即方式3，其與傳統(tǒng)機組的出力不協(xié)調(diào)程度較方式2有所優(yōu)化，但暫態(tài)還是存在了峰值較高的波動；可再生能源調(diào)頻參與模擬慣量和渦輪機延遲時，即方式4，二者的功率協(xié)調(diào)性最為匹配，不存在暫態(tài)波動，可以達(dá)到穩(wěn)定運行的目的。

綜上所述，為了保證可再生能源高滲透情況下電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，可再生能源發(fā)電應(yīng)參與電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)。此外，為了電力系統(tǒng)頻率具有較好抗擾動能力，可再生能源發(fā)電與傳統(tǒng)機組的出力能盡可能地協(xié)調(diào)，從而使可再生能源功率變換器接口的容量可在穩(wěn)態(tài)值附近設(shè)計，不用考慮到暫態(tài)功率超調(diào)，最終確定可再生能源發(fā)電應(yīng)采用模擬同步發(fā)電機中的渦輪機動態(tài)以及適量慣量支撐的方式參與電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)。

4 結(jié) 論

面對可再生能源滲透率日益提高的現(xiàn)狀，本文對可再生能源接入電力系統(tǒng)后參與調(diào)頻的方式以及與傳統(tǒng)機組的出力協(xié)調(diào)性進行了研究，并得出以下結(jié)論：

1)可再生能源需要參與電力系統(tǒng)整體調(diào)頻過程，否則會對系統(tǒng)頻率抗擾動性以及頻率響應(yīng)動態(tài)性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

2)分析了高滲透可再生能源通過不同方式參與調(diào)頻的頻率特性和功率響應(yīng)特性，提出了需要考慮傳統(tǒng)機組與可再生能源出力協(xié)調(diào)性的調(diào)頻方式。

3)實驗驗證了所提調(diào)頻方式可有效改善高滲透可再生能源與傳統(tǒng)機組的協(xié)調(diào)問題，減輕了功率變換器傳輸壓力，降低了因暫態(tài)功率不匹配而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰的風(fēng)險。