大電網中虛擬同步發電機慣量支撐與一次調頻功能定位辨析

秦曉輝, 蘇麗寧, 遲永寧, 郭 強, 徐希望

(1. 中國電力科學研究院有限公司, 北京市 100192;2. 電網安全與節能國家重點實驗室(中國電力科學研究院有限公司), 北京市 100192)

0 引言

為滿足資源、環境的可持續發展需求,近年來中國大力發展新能源發電,風電、光伏裝機容量持續快速增長,部分地區電網新能源出力占比已超過50%[1-3]。風電、光伏并網逆變器本身屬于不具備轉動慣量的靜止元件,無法像同步機一樣自發響應頻率變化。并且為了最大化利用能源,新能源機組通常采用追蹤最大功率的控制方式,不提供有功備用,因此不具備類似同步機在系統頻率變化時的一次調頻能力。隨著新能源滲透率和直流受電比例的不斷提高,同步電網的慣量和一次調頻的能力不斷下降,給系統在大功率缺額沖擊下的頻率穩定性與恢復能力帶來了風險[3-10]。頻率問題在受端電網中表現尤為突出,2015年某饋入華東的特高壓直流發生雙極閉鎖,瞬時損失功率5 400 MW,導致系統頻率最低跌至49.56 Hz,為近10年來首次跌破49.8 Hz,頻率越限時間長達數百秒[3],給新形勢下的大電網頻率安全問題敲響了警鐘。

為應對上述風險,通過在新能源并網控制器中引入模擬同步機轉子運動方程和一次調頻等環節的設計,使新能源機組具有同步發電機組的慣量、阻尼、調頻和調壓等并網運行外特性,從而提高新能源高比例接入電網的運行適應性和安全穩定水平。此類控制方法可以統稱為“虛擬同步發電機(virtual synchronous generator,VSG)”控制[11-16]。……