基于模型預測的光伏參與電網調頻方法研究*

吳馥云 程 衛 李高寧 呂建國

(1.三江學院機械與電氣工程學院 南京 210012；2.南京理工大學自動化學院 南京 210094)

1 引言

為實現人類社會的可持續發展，風能、太陽能等可再生能源的應用得到了不斷擴展。根據國家能源局的統計數據，截至2020 年底，中國光伏發電裝機容量達到2.23 億kW，較上年新增1 870萬kW[1]，預計到2030 年，光伏發電裝機容量將達到1 050 GW[2]。

傳統電力系統的頻率由同步機的轉子轉速決定，轉子具有較大的旋轉慣量，可提供功率支撐，抑制電網頻率波動，具有較好的頻率響應特性[3]。但隨著光伏發電的逐漸增加，常規發電機組總容量在系統中的占比逐漸減小，降低了電網一次調頻資源儲備容量，導致傳統電力系統轉動慣量逐漸減小，削弱了電網調頻能力[4-6]。此外，由于光伏發電系統自身不具備慣性，光伏發電的功率輸出并不響應系統頻率的變化，不參與系統的一次調頻[7]。由于大規模光伏發電并網擠占了具有轉動慣量的同步發電機組空間，會導致電力系統慣量減小與調頻能力不足等問題。為此，迫切需要光伏發電主動參與電網頻率調節。

目前，國內外學者對光伏參與電網頻率調節的研究主要集中在減載控制策略[8-9]、虛擬同步控制[10-14]、光儲聯合調頻[15-19]等方面，如表1 所示。文獻[9]從經濟性方面表明，通過減載運行比加入儲能電池在售電收益中優勢明顯。文獻[20]提出了一種離線最大功率跟蹤與變系數下垂控制方法，實現兩級式光伏發電系統對電網的頻率支撐。文獻[21]提出了基于變減載率的減載控制策略，依據電網頻率改變光伏發電減載水平，使其主動參與電網頻率調節。……