大型光伏电站参与电网调频的优化设计与控制文献综述

 2022-09-19 11:51:48

文献综述（或调研报告）：

1.研究背景与意义

由于光伏发电在电力系统中装机容量所占比例逐渐上升，它对电力系统规划、仿真、调度、控制的影响也引发了人们的重要关注。针对目前传统电力系统存在的调频规划问题，使大规模入网光伏电站参与电力系统的调频工作将有效缓解系统的调频压力。结合本课题所研究的大型光伏电站参与电力系统调频的问题，文献[1]从大规模光伏发电系统的建模与仿真出发，主要对大规模光伏电站并网发电对电力系统动态与稳态特性影响、大规模光伏发电功率外送及消纳的关键技术完成了综述。针对光伏电站自动功率控制技术的应用，文献[2]针对目前装备组串式光伏逆变器的光伏电站提出了一种分层分布式系统（AGC），并给出了仿真AGC与场站AGC系统的合作配合策略，实现了光伏电站面临功率波动时的自动功率控制。在光伏电站实际参与电力系统频率响应方面，文献[3]通过实测分析光伏逆变器进行西北送端大电网的快速频率响应能力，结合西北电网频率实际扰动情况，模拟水-火电机组的一次调频静态特性，针对不同的光伏发电单元，按照变更逆变器控制方法的思想，设置了输出功率下垂特性曲线，实测吴忠十六光伏电站与恰龙光伏电站组合运行时的光伏逆变器频率-功率响应波形。在下垂特性控制之外，文献[4]补充了一种变减载率的方法控制光伏发电参与电网调频，结合了离线曲线拟合、在线功率跟踪等方法，并使用半物理仿真验证了该方法的有效性。文献[5]分别从虚拟同步光伏电站建模、虚拟同步光伏电站参与电网调频控制策略研究、虚拟同步光伏电站参与电网调压控制、主动支撑阻尼控制策略出发完成了对虚拟同步光伏电站参与电网动态调控控制策略的研究。文献[6]重点介绍了一种使用自主IEC TR61850-90-97逐点频率功率（FW）功能提供频率储备，该方法通过测量电网频率调整DER有功功率，通过研究FW曲线设计的影响，基于减载量，死区和下垂控制，在夏威夷拉奈岛上分析20%，70%和120%光伏穿透场景的拉丁超级立方体采样的性能指标。文献[7] 回顾了用于稳定性研究的大规模PV的动态模型以及用于大规模PV集成到系统中的电网规范，其所涉及的动态模型主要应用于大规模光伏集成到输电和分输电或中压配电系统的稳定性分析。文献[8]则囊括了光伏发电系统与变速风力发电机组的惯性与频率控制技术，提出减载控制技术与惯性仿真两组技术进行探讨，研究了在频率波动产生时可再生能源发电单元的出力变化过程。结合虚拟同步发电机的控制技术，文献[9]基于虚拟同步发电机（VSG）的领域，通过提出一种自适应惯性和阻尼结合控制方法，根据交错控制技术提高系统的频率稳定性，有效的克服了以往传统控制方法忽略阻尼因子所带来的影响，并通过MATLAB/Simulink VSG模型测试验证了该方法的有效性。对于光伏系统参与电力系统一次调频优化的设计的可靠性评估，文献[10] 建立了光伏电站各个元件的可靠性评估模型，定义了光伏电站可靠性评价指标体系，依据马尔科夫链蒙特卡洛方法（MCMC）采用向后场景削减技术对采样状态进行了划分，设置相应的误差限制条件对光伏电站的可靠性进行了分析。基于以上的光伏机组参与系统一次调频控制思想，文献[11]介绍了一种用于孤岛微电网中两级光伏（PV）系统的虚拟惯性频率控制（VIFC）策略。通过同时调节电容器电压和PV输出功率，可以保证从PV系统直接合成惯性的足够能量。

2.国内外研究现状

文献[12-14]都基于三种快速工频下垂，惯性仿真和快速频率响应的控制方法，分别提出了通过预测的光伏逆变器控制方法实现对有功功率快速准确的控制途径，通过广域频率测量验证实际研究了美国东部互联（EI）和德州互联（TI）的风电和光伏电站的频率控制并提出了高可再生能源渗透率的大型电力系统中实现PV频率控制的实用指南，实际调查欧盟资助，欧洲风电协会主导的REserviceS 项目开展现状，依据不同的光伏渗透率下的欧洲各国电网光伏参与调频的运行经验等现状问题，总结了我国在光伏调频研究应用现状与欧盟经验对我国开展相关工作的启示。文献[15]首先对不平衡功率波动下的电网频率振荡过程进行了分析，建立了电网频率变化的典型响应轨迹模型，基于已有的光伏发电模型提出了改善频率相应特性的措施。文献[16]提出了新的针对光伏发电系统级的快速功率调控方法，使得新能源在出力响应上达到全网系统级百毫秒内的功率响应速度。对于本课题中涉及的光伏一次调频机组组合优化问题，文献[17]在三种拓扑结构的基础上，提出了一种并行化固定区间的蒙特卡洛模拟方法实现对互联电力系统的可靠性评估，其采用的并行算法中随机数的生成方法可作为优化分析的关键点。文献[18]则主要分析了光伏并网对阻尼的影响，以此为切入点提出优化措施，同时依据等面积原理给出了两区四机系统仿真，发现了采用附加阻尼控制的SVG的增强系统正阻尼的作用。文献[19]针对光伏系统中的频率控制问题，提出了一种基于遗传算法的多智能负载频率平衡控制算法，用于无储能装置下光伏(PV)出力的跟踪控制。考虑到在有储能系统时利用虚拟同步控制储能提供有功支撑时需要考虑可再生能源结构下的电力系统的最小同步惯性要求，文献[20]提出了一种同步惯性约束的经济调度算法，以满足频率控制所需要的最小同步惯量。且为了减轻同步惯性和频率控制辅助设备(FCAS)的任何短缺，其采用的高斯特性优化算法引入了同步优化的同步发电机和FCAS，同步冷凝器。文献[21-22]深入研究了光伏并网功率调节系统的控制原理与措施，并分析了太阳能光伏并网发电系统的优化设计与控制方法，分析了死区时间效应对电网电能质量的影响。进一步可理论上完成对死区时间的补偿。文献[23-24]则从不同控制策略的调频启动时间、振荡风险等差异出发，比较模拟转子运动方程和变更功率给定值两种光伏VSG调频控制方法，并分析了现场应用的性能缺陷同时基于高比例风电等新能源并网下深度调峰中涉及的利益分配，提出了基于卡尔多改进的深度调峰数学模型，并给出了优化分析的方法。文献[25]开发出一种具有频率响应能力的两级并网光伏系统的通用模型，并提出使用时域仿真量化下垂型和惯性频率控制器，同时建立线性化小信号模型评估上述PV功率控制回路的稳定性方法。文献[26]分别分析了双馈风电机组(DFIGs)不具备调频控制能力的问题，设计DIFG一次调频控制策略，从虚拟惯量和下垂频率控制完成对DIFG的一次调频策略的建立。文献[27-30]着重研究了光伏发电参与电力系统一次调频中的下垂特性，特别地，文献[30]提出的基于下垂特性的微网电压/频率控制方法为光伏电站的减载-下垂控制提供了参考范本。

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资料编号：[177902]

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