近年來，以風(fēng)電、光伏為代表的新能源發(fā)電得到迅速發(fā)展，接入電網(wǎng)的容量不斷增大，減少了化石能源的使用和環(huán)境污染。但是，新能源機(jī)組通常采用變流器接入電網(wǎng)，無法像傳統(tǒng)機(jī)組一樣向系統(tǒng)提供慣性，且通常工作在最大功率跟蹤（Maximum Power Point Tracking, MPPT）模式，不參與電網(wǎng)調(diào)頻。隨著接入系統(tǒng)容量的不斷增大，降低了系統(tǒng)整體慣性和調(diào)頻資源，導(dǎo)致頻率波動(dòng)增大，影響系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。針對(duì)該問題，部分高滲透國家/地區(qū)已明確要求新能源發(fā)電機(jī)組必須具備一定的參與電網(wǎng)調(diào)頻的能力。

由于光伏發(fā)電系統(tǒng)自身不具備慣性，為了實(shí)現(xiàn)參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)，目前通常有兩類方法：一類為光-儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)；另一類為光伏減載運(yùn)行。光-儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的缺點(diǎn)是儲(chǔ)能造價(jià)和維護(hù)成本較為昂貴。而光伏減載運(yùn)行需要損失部分捕獲光能。文獻(xiàn)[11]通過對(duì)比指出，在正常功率波動(dòng)范圍下，光伏減載運(yùn)行為更經(jīng)濟(jì)性的方式，尤其是現(xiàn)在光伏電站還存在“棄光”現(xiàn)象。本文主要關(guān)注光伏減載運(yùn)行參與電網(wǎng)調(diào)頻。

文獻(xiàn)[12]通過仿真驗(yàn)證，大型光伏電站通過減載參與電網(wǎng)調(diào)頻，可以改善系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。而文獻(xiàn)[13]通過西北電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，光伏發(fā)電機(jī)組能夠提供與傳統(tǒng)同步機(jī)組類似的調(diào)頻能力。但是這兩篇文獻(xiàn)并沒有涉及具體的光伏逆變器減載控制策略。

文獻(xiàn)[14]依據(jù)開路電壓來設(shè)置系統(tǒng)參考電壓，使其低于最大功率電壓來實(shí)現(xiàn)減載運(yùn)行。但該控制方法較為粗放，無法實(shí)現(xiàn)較精確的減載功率控制。文獻(xiàn)[15,16]采用牛頓二次插值，通過迭代求解二次多項(xiàng)式實(shí)現(xiàn)光伏減載控制，但是外部環(huán)境變化時(shí)算法的迭代收斂性有待進(jìn)一步考證。文獻(xiàn)[17,18]采用二次線性函數(shù)來估算最大功率值，設(shè)置參考功率為部分最大估算功率來實(shí)現(xiàn)減載控制。

但是由于光伏陣列為非線性函數(shù)，采用二次函數(shù)進(jìn)行估算功率誤差較大。為此，文獻(xiàn)[19]采用單二極管模型來進(jìn)行最大功率估算，通過紋波控制獲得估算模型的輸入數(shù)據(jù)，但是估算過程中存在非線性運(yùn)算，不易于工程實(shí)現(xiàn)。

綜上所述，本文提出一種基于減載控制光伏機(jī)組調(diào)頻控制策略，依據(jù)電網(wǎng)頻率改變光伏減載運(yùn)行水平參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)。該策略通過離線擬合和在線跟蹤相結(jié)合，提高減載控制的容錯(cuò)性，并可以與現(xiàn)有最大功率跟蹤方法無縫融合。基于RT-LAB的半物理仿真驗(yàn)證了本文所提控制策略的有效性。

圖1 所提控制策略整體框圖

圖16 RT-LAB半物理仿真系統(tǒng)實(shí)物圖

結(jié)論

本文提出一種基于變減載控制的光伏發(fā)電參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的控制方法，該控制方法結(jié)合離線擬合和在線功率跟蹤，依據(jù)電網(wǎng)頻率改變減載率，能夠同時(shí)參與向上/向下的電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)。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錯(cuò)性，在離線曲線擬合不準(zhǔn)確時(shí)，也能夠確保調(diào)頻輸出功率趨勢(shì)的正確性，且功率偏差不大。

但是，本文控制方法針對(duì)光伏陣列單峰值功率曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)，而光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中存在多峰值功率（局部陰影條件下）的情況，如何實(shí)現(xiàn)多峰值功率下的光伏發(fā)電系統(tǒng)減載調(diào)頻控制，是本文后續(xù)需要開展的工作。