考慮光伏電站高滲透接入的火電機(jī)組一次調(diào)頻參數(shù)優(yōu)化

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(1．華北電力大學(xué)，河北省保定市071003;2．中國電力科學(xué)研究院，北京市100192;3．國網(wǎng)新疆電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，烏魯木齊市830016)

考慮光伏電站高滲透接入的火電機(jī)組一次調(diào)頻參數(shù)優(yōu)化

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(1．華北電力大學(xué)，河北省保定市071003;2．中國電力科學(xué)研究院，北京市100192;3．國網(wǎng)新疆電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，烏魯木齊市830016)

隨著局部地區(qū)光伏并網(wǎng)容量的增加、光伏電站滲透率不斷增大，光伏波動(dòng)對系統(tǒng)電壓波動(dòng)和穩(wěn)定特性的影響逐漸凸顯，可考慮應(yīng)用火電機(jī)組良好的調(diào)峰調(diào)頻特性來滿足更高滲透率的光伏接入。首先，通過建立非標(biāo)準(zhǔn)工況下光伏發(fā)電系統(tǒng)模型，分析了光伏發(fā)電的功率輸出特性，闡述了不同滲透率下，光伏出力波動(dòng)對系統(tǒng)特性的影響機(jī)理;其次，通過仿真遍歷測試的方法，依據(jù)響應(yīng)性能差異對比，確定優(yōu)化火電機(jī)組一次調(diào)頻放大倍數(shù)和時(shí)間常數(shù)的整定原則，以提高光伏電站高滲透率的接納能力;最后，對新疆喀什地區(qū)電網(wǎng)進(jìn)行了實(shí)際仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明優(yōu)化火電機(jī)組的一次調(diào)頻參數(shù)有助于系統(tǒng)接納光伏電站后維持其穩(wěn)定運(yùn)行，為光伏并網(wǎng)規(guī)劃提供了有力支撐。

光伏電站;高滲透率;火電機(jī)組;放大倍數(shù);時(shí)間常數(shù)

0 引言

隨著全球能源消耗的不斷增長，世界范圍內(nèi)化石燃料等不可再生能源正在日益枯竭［1］。新能源因其清潔、可再生等優(yōu)勢受到人們的廣泛關(guān)注［2］。目前，以風(fēng)電、太陽能為代表的新能源已經(jīng)成為解決能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)的有效途徑。作為可再生能源開發(fā)利用的重要形式之一，近年來光伏發(fā)電發(fā)展迅猛。在我國，光伏發(fā)電主要采取“分散開發(fā)、低壓就地接入”與“大規(guī)模集中開發(fā)、中高壓接入”并行的發(fā)展方式［3］，而后者因并網(wǎng)規(guī)模和容量的不斷增大，對電力系統(tǒng)的影響愈加不容忽視［4］。眾所周知，光伏出力受天氣影響很大，在陰雨或多云天氣都會(huì)出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，且光伏發(fā)電系統(tǒng)自身并不具備調(diào)頻調(diào)峰能力。局部并網(wǎng)的光伏裝機(jī)容量不斷增大，接入系統(tǒng)的光伏滲透率越來越高，這使得光伏出力波動(dòng)對系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的影響以及系統(tǒng)接納光伏的能力等問題成為阻礙光伏發(fā)電大規(guī)模發(fā)展的技術(shù)瓶頸。

光伏波動(dòng)對系統(tǒng)特性的影響，目前的研究主要基于2方面。一是模型的搭建改進(jìn)，從原理上改善光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能以抑制光伏波動(dòng)。文獻(xiàn)［5］構(gòu)建了一種基于混合儲能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)模型，以平抑并網(wǎng)功率的波動(dòng);文獻(xiàn)［6］利用Buck/Boost雙向變換器的多變量前饋控制策略在負(fù)荷劇烈變化情況下有效實(shí)現(xiàn)了對直流母線電壓的控制。二是從系統(tǒng)側(cè)入手，分析光伏接入后出力波動(dòng)對系統(tǒng)的影響，并提出有效的措施以改善系統(tǒng)特性。文獻(xiàn)［3］在基于光伏發(fā)電模型的基礎(chǔ)上，綜合分析了光伏出力波動(dòng)對系統(tǒng)頻率、電壓、功角穩(wěn)定、小擾動(dòng)穩(wěn)定等方面的影響，并提出了發(fā)展建議;文獻(xiàn)［7］對國內(nèi)外大型并網(wǎng)光伏電站在運(yùn)行過程中凸顯出來的問題進(jìn)行了總結(jié)分析;文獻(xiàn)［8］從電能質(zhì)量、孤島效應(yīng)、可靠與穩(wěn)定、電網(wǎng)效益等方面闡述了規(guī)?；夥l(fā)電對電網(wǎng)影響，其可作為研究分析并網(wǎng)光伏電站接入系統(tǒng)的參考;文獻(xiàn)［9］基于光伏發(fā)電單元暫態(tài)功率特性，提出了改善匯集線暫態(tài)無功的技術(shù)措施;文獻(xiàn)［10］采用特征值分析法提出光伏發(fā)電系統(tǒng)阻尼控制策略，進(jìn)一步提升了互聯(lián)電力系統(tǒng)對光伏并網(wǎng)的接納能力;文獻(xiàn)［11］以玉樹電網(wǎng)為例，分析了光伏電站出力和光伏接入地點(diǎn)對安全穩(wěn)定控制策略的影響，提出采用低頻減載方案解決頻率穩(wěn)定問題。

綜上所述，目前對于光伏接入后系統(tǒng)特性的研究及其改善措施的文獻(xiàn)雖多，但卻缺少基于實(shí)際電網(wǎng)的仿真驗(yàn)證，也鮮有文獻(xiàn)從系統(tǒng)常規(guī)機(jī)組的角度出發(fā)，研究改善光伏波動(dòng)對系統(tǒng)安全穩(wěn)定的負(fù)面影響。

本文首先建立非標(biāo)準(zhǔn)工況下光伏發(fā)電系統(tǒng)模型，并對光伏發(fā)電的功率特性進(jìn)行描述，在此基礎(chǔ)上分析不同光伏滲透率對系統(tǒng)特性的影響;其次通過仿真測試遍歷的方法，依據(jù)響應(yīng)性能差異對比，確定優(yōu)化電網(wǎng)中火電機(jī)組一次調(diào)頻能力的方法，提升系統(tǒng)接納光伏的水平;最后對大容量光伏接入南疆電網(wǎng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)模型

本節(jié)首先建立了光伏發(fā)電系統(tǒng)各部分模型，并將其轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程或微分方程的形式，然后將各部分聯(lián)立，即可得到光伏發(fā)電系統(tǒng)的模型。

1.1光伏陣列工程用U-I模型

光伏陣列模型用于模擬在不同環(huán)境因素下，光伏方陣的光電轉(zhuǎn)化特性［12］。實(shí)際中常利用開路電壓和短路電流等參數(shù)對電池外特性擬合來建模。

在標(biāo)準(zhǔn)溫度Tref和標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度Sref下，光伏陣列的U-I特性可由式(1)—(3)表示。

式中:Ipv為光伏陣列輸出電流;Isc為光伏陣列的短路電流;Ud為光伏陣列直流工作電壓;Uoc為開路電壓; Im為最大功率電流;Um為最大功率電壓。

若輸入環(huán)境量為當(dāng)前工況的太陽輻照度S，當(dāng)前工況的工作溫度T，輸入電氣量為當(dāng)前光伏陣列直流工作電壓U'd，輸出電氣量為光伏陣列輸出電流Ipv，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工況下的參數(shù)，可推導(dǎo)出任意輻照度和溫度下，光伏陣列U-I模型，如式(4)—(11)所示。

式中:I'sc為非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下光伏陣列的短路電流;U'oc為非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的開路電壓;I'm為非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的最大功率電流;U'm為非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的最大功率電壓;I'pv為非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下光伏陣列輸出電流;a、b、c分別為計(jì)算常數(shù)，光伏陣列由硅材料構(gòu)成時(shí)，典型值分別為0.002 5、0.000 5、0.002 88。

1.2逆變器控制模型

逆變器控制保護(hù)部分模擬逆變器的電氣控制功能。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，逆變器雙環(huán)控制，其中外環(huán)控制與其控制目標(biāo)和參考坐標(biāo)相關(guān)，如圖1所示。逆變器輸入電氣量為廠站級控制指令有功功率設(shè)定值Pord和無功功率設(shè)定值Qord;逆變器通過外環(huán)控制輸出相應(yīng)d軸和q軸參考電流Id_ref和Iq_ref;內(nèi)環(huán)控制輸出電流的d軸和q軸分量Id、Iq，與外環(huán)控制輸出Id_ref和Iq_ref進(jìn)行比較，通過 Pmd和 Pmq實(shí)現(xiàn)對 Id和 Iq的無偏差控制。

圖1 逆變器控制環(huán)節(jié)Fig.1 Invertercontrollink

圖1中:TP為直流電壓或有功功率外環(huán)控制積分時(shí)間常數(shù);KP為直流電壓或有功功率外環(huán)控制比例系數(shù);TQ為無功功率外環(huán)控制積分時(shí)間常數(shù);KQ為無功功率外環(huán)控制比例系數(shù);Tid為電流d軸分量內(nèi)環(huán)控制積分時(shí)間常數(shù);Kid為電流d軸分量內(nèi)環(huán)控制比例系數(shù);Tiq為電流q軸分量內(nèi)環(huán)控制積分時(shí)間常數(shù); Kiq為電流q軸分量內(nèi)環(huán)控制比例系數(shù)。

1.3光伏發(fā)電系統(tǒng)模型

光伏發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括多個(gè)光伏發(fā)電單元、集電線路、匯集母線、無功補(bǔ)償裝置和升壓變壓器［13］。其中光伏發(fā)電單元由光伏方陣、逆變器、單元升壓變壓器組成。

圖2 光伏發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.2 PVsystemtopologydiagram

光伏陣列在接收太陽能后，利用其光電轉(zhuǎn)換特性，輸出直流電流到逆變器;逆變器在實(shí)現(xiàn)逆變的同時(shí)，對有功功率和無功功率進(jìn)行控制，輸出交流功率;交流功率經(jīng)單元升壓變壓器輸出到集電線路，多條集電線路進(jìn)一步匯入站內(nèi)匯集母線，經(jīng)站內(nèi)升壓變壓器并入電網(wǎng)。

2 光伏發(fā)電功率特性

基于光伏電站的數(shù)學(xué)模型［14-15］，某裝機(jī)容量為100 MW的并網(wǎng)光伏電站在夏季高溫天氣和多云天氣的輸出功率變化曲線如圖3所示。

圖3 光伏電站的出力特性Fig.3 OutputcharacteristicscurveofPVpower

晴天光伏電站日輸出功率隨太陽的朝升夕落有所不同，一般在13:00左右達(dá)到輸出功率的峰值;而多云天氣光伏出力曲線波動(dòng)較大，這是由于太陽能受溫度和光照強(qiáng)度等環(huán)境因素的綜合影響，其出力情況并不確定;在某些特殊天氣下，光伏有功出力可能在短時(shí)內(nèi)從90%Pm下降到10%Pm～20%Pm。

根據(jù)裝機(jī)容量的不同，光伏電站最大輸出功率變化率為每分鐘20%Pm～80%Pm［16］，受外界因素的影響，光伏出力波動(dòng)頻繁，波動(dòng)量較大，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定造成了一定的影響。

3 不同滲透率光伏波動(dòng)對電力系統(tǒng)影響分析

光伏發(fā)電的功率輸出特性受溫度等環(huán)境因素的影響，難以預(yù)測。本文以光伏接入系統(tǒng)為例，分析隨著光伏波動(dòng)，系統(tǒng)電壓和輸電能力的變化。

3.1典型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)

根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)通過匯集線路接入電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，構(gòu)造光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，如圖4所示。

圖4 光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡化模型Fig.4 Simplifiedmodelofgridconnected PVpowergeneration

光伏發(fā)電和常規(guī)機(jī)組出力經(jīng)公共接入點(diǎn)(point of common coupling，PCC)并入功率匯集支路，再經(jīng)230 kV外送長線路接入電網(wǎng)。局部電網(wǎng)中光伏電站額定電壓為 0.4 kV，常規(guī)機(jī)組運(yùn)行額定電壓為13.8 kV。假設(shè)光伏電站裝機(jī)容量為150 MW，參考文獻(xiàn)［17］定義某地區(qū)光伏滲透率等于該地區(qū)光伏裝機(jī)容量對該地區(qū)總裝機(jī)容量的占比。通常，間歇性電源滲透率達(dá)到或超過20%就可認(rèn)為達(dá)到高滲透率水平。以下分析在不同光伏滲透率下，光伏波動(dòng)對電力系統(tǒng)的影響。

3.2光伏波動(dòng)對電力系統(tǒng)影響機(jī)理分析

由式(12)—(13)可知，當(dāng)光伏出力P1增多時(shí)，電壓降落增加，系統(tǒng)側(cè)電壓降低;反之，若光伏出力減少，相應(yīng)地，電壓升高。當(dāng)波動(dòng)值較大時(shí)，系統(tǒng)側(cè)電壓可能越限。式(14)為遠(yuǎn)距離輸電線路的輸送功率與線路始末端電壓的關(guān)系。式(14)表明在線路兩側(cè)電壓一定時(shí)，線路的靜態(tài)電壓穩(wěn)定極限與線路阻抗成反比。因此，線路靜穩(wěn)電壓極限受光伏滲透率的影響不大。

3.3不同滲透率光伏出力對電力系統(tǒng)影響驗(yàn)證

假設(shè)局部電網(wǎng)常規(guī)機(jī)組總裝機(jī)容量為150 MW，若光伏出力分別為總裝機(jī)容量的0～100%，利用PSD-BPA軟件仿真得到不同滲透率下的光伏波動(dòng)曲線，如圖5所示。其中滲透率為10%、50%和100%時(shí)光伏出力變化如圖5(a)所示，對應(yīng)母線3電壓變化如圖5(b)所示。

圖5 不同光伏滲透率下波動(dòng)曲線Fig.5 FluctuationcurvesunderdifferentPVpenetration

如圖5所示，母線3電壓波動(dòng)量隨光伏滲透率的改變有所不同。根據(jù)《電能質(zhì)量、電壓波動(dòng)和閃變:GB 12326－2008》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，220 kV及以上電壓等級電壓，考慮隨機(jī)性不規(guī)則的電壓波動(dòng)，其電壓波動(dòng)不宜超過電壓額定值的2.5%，即母線3的電壓波動(dòng)值不超過5.75 kV。隨著光伏滲透率的增大，電壓波動(dòng)量變化見表1。由表1可知，該系統(tǒng)最大可接納光伏滲透率為50%。

表1 不同光伏滲透率下母線3電壓波動(dòng)情況Table1 Bus3voltagefluctuationunderdifferent PVpenetration

不同光伏滲透率下，母線節(jié)點(diǎn)3到母線節(jié)點(diǎn)4輸電線路的輸電能力變化如圖6所示。由圖6可知，光伏滲透率的改變對由靜態(tài)電壓穩(wěn)定極限確定的輸電能力的影響并不大。

圖6 不同光伏滲透率下輸電能力變化Fig.6 Changeoftransmissioncapacityunder differentPVpenetration

高滲透率光伏接入系統(tǒng)，雖然對線路輸電能力的影響不大，但卻會(huì)引起母線電壓波動(dòng)加劇，這是由于光伏發(fā)電受天氣等環(huán)境因素影響很大。考慮光伏發(fā)電的日出力，晴天時(shí)發(fā)電相對平穩(wěn)，隨太陽的晝升夜降呈現(xiàn)規(guī)律性變化;多云天氣時(shí)，云層遮擋使得太陽能輻射變化較大，使得光伏出力驟升驟降，造成光伏的快速波動(dòng)和難以預(yù)測，這種不可人為控制的光伏波動(dòng)對系統(tǒng)調(diào)峰能力提出了更高要求。

4 優(yōu)化火電機(jī)組調(diào)速特性的電壓影響分析

圖7為汽輪機(jī)調(diào)速器模型的傳遞函數(shù)。其中T0為油動(dòng)機(jī)開啟時(shí)間常數(shù)，油動(dòng)機(jī)開啟時(shí)間常數(shù)與汽輪機(jī)增減進(jìn)氣量調(diào)節(jié)頻率有關(guān)，該參數(shù)的選取將采用仿真遍歷測試。K為轉(zhuǎn)速放大倍數(shù)，即系統(tǒng)速度變動(dòng)率α的倒數(shù)。其中，速度變動(dòng)率α由式(15)給出:

式中:n1是汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)未帶負(fù)荷時(shí)的轉(zhuǎn)速;n2是汽輪發(fā)電機(jī)達(dá)到滿負(fù)荷時(shí)的轉(zhuǎn)速;n為汽輪發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速。當(dāng)電網(wǎng)故障或者發(fā)電廠內(nèi)部故障造成汽輪機(jī)跳閘時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)出現(xiàn)一個(gè)動(dòng)態(tài)飛升，最高轉(zhuǎn)速由速度變動(dòng)率決定，通常α在3%至6%范圍內(nèi)取值［18］，考慮裕度，本文速度變動(dòng)率取2% ～10%，即放大倍數(shù)取10～50。放大倍數(shù)可利用二分法進(jìn)行選擇，其選擇流程圖如圖8所示。

圖7 汽輪機(jī)調(diào)速器模型傳遞函數(shù)Fig.7 Transferfunctionofturbinegovernormodel

圖8 放大倍數(shù)選擇流程圖Fig.8 Magnificationselectionflowchart

4.1放大倍數(shù)對母線電壓影響

由表1可知，當(dāng)放大倍數(shù)取20、油動(dòng)機(jī)開啟時(shí)間常數(shù)取2時(shí)，系統(tǒng)可接納光伏的最大滲透率為50%;放大倍數(shù)分別取10、30時(shí)，母線3電壓波動(dòng)情況見表2。

表2 不同放大倍數(shù)和光伏滲透率下電壓波動(dòng)情況Table2 Voltagefluctuationunderdifferent magnificationsandPVpenetration

當(dāng)放大倍數(shù)取10時(shí)，系統(tǒng)可接納光伏滲透率為40%;當(dāng)放大倍數(shù)取30時(shí)，系統(tǒng)最大光伏滲透率為60%。若光伏滲透率為50%，放大倍數(shù)分別取10、30、50時(shí)，常規(guī)機(jī)組機(jī)械功率變化如圖9所示。由圖9可知，光伏出力的波動(dòng)，相應(yīng)地影響著同步發(fā)電機(jī)調(diào)速器的控制輸出。當(dāng)光伏出力減少時(shí)，常規(guī)機(jī)組出力增加，以重建系統(tǒng)的功率平衡，反之亦然。但是，當(dāng)光伏波動(dòng)劇烈時(shí)，對常規(guī)機(jī)組調(diào)節(jié)能力的要求較高。由圖9可知，當(dāng)調(diào)速器的放大倍數(shù)增大時(shí)，常規(guī)機(jī)組對系統(tǒng)中功率變化的跟蹤更為密切，且發(fā)電機(jī)機(jī)械功率的變化幅度較大，對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡的調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)。但是，相比于放大倍數(shù)取30的曲線，放大倍數(shù)為50時(shí)發(fā)電機(jī)頻率變化較快，引起系統(tǒng)中電壓和頻率的劇烈波動(dòng)，反而不利于系統(tǒng)穩(wěn)定。

圖9 不同放大倍數(shù)下火電機(jī)組機(jī)械功率示意Fig.9 Mechanicalpowerofthermalgenerator underdifferentmagnifications

4.2時(shí)間常數(shù)對母線電壓影響

取放大倍數(shù)20，改變油動(dòng)機(jī)開啟時(shí)間常數(shù)為0.2和20時(shí)，不同滲透率下母線3電壓波動(dòng)情況見表3。

在不同的油動(dòng)機(jī)開啟時(shí)間常數(shù)下，系統(tǒng)可接納光伏的最大滲透率均為50%。但是，比較同一滲透率下，不同時(shí)間常數(shù)對應(yīng)的電壓波動(dòng)量，可得當(dāng)油動(dòng)機(jī)開啟時(shí)間常數(shù)取2時(shí)，電壓波動(dòng)量較小。

圖10為放大倍數(shù)取20，油動(dòng)機(jī)開啟時(shí)間常數(shù)T0分別取0.2、2和20時(shí)發(fā)電機(jī)機(jī)械功率的變化情況。時(shí)間常數(shù)取0.2和20時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出機(jī)械功率基本不變，當(dāng)時(shí)間常數(shù)取2時(shí)，常規(guī)機(jī)組對光伏波動(dòng)的調(diào)節(jié)能力略優(yōu)于時(shí)間常數(shù)取0.2和20的情況，但調(diào)節(jié)油動(dòng)機(jī)開啟時(shí)間常數(shù)的效果并不理想。

5 仿真分析

新疆南部地區(qū)幅員遼闊，太陽能年輻射量高，這些都為光伏發(fā)電提供了有利條件。南疆地區(qū)為我國光伏發(fā)電的1級區(qū)域。中國規(guī)劃到2020年，在新疆等地區(qū)建設(shè)多個(gè)百萬 MW 級光電基地［16］。隨著國家對南疆光伏項(xiàng)目的大力支持，有關(guān)光伏并網(wǎng)及其對新疆主網(wǎng)的影響越來越受到人們的關(guān)注。

表3 不同時(shí)間常數(shù)和光伏滲透率下電壓波動(dòng)情況Table3 Voltagefluctuationunderdifferenttime constantandPVpenetration

圖10 不同時(shí)間常數(shù)下火電機(jī)組機(jī)械功率示意Fig.10 Mechanicalpowerofthermalgenerator underdifferenttimeconstant

基于PSD-BPA潮流和暫態(tài)穩(wěn)定程序，本文對有大容量光伏接入的新疆喀什地區(qū)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證?？κ驳貐^(qū)光伏接入的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖11所示。各光伏電站通過功率匯集母線并入?yún)R集站，再通過高壓線路接入主網(wǎng)。其中，喀什—巴楚斷面由750 kV喀什—巴楚單回線、220 kV伽師—巴楚單回線和麥蓋提—金鹿單回線組成。

圖11 喀什地區(qū)光伏接入網(wǎng)架結(jié)構(gòu)Fig.11 PVaccessnetworkstructureinKashgar

喀什電廠共有4臺機(jī)組、總裝機(jī)容量為800 MW。以喀什750 kV母線為例，光伏波動(dòng)分別為100、200、300 MW時(shí)，母線電壓變化見表4，可知，隨著光伏波動(dòng)量的增大，母線電壓波動(dòng)加劇。

喀什750 kV母線可接受電壓波動(dòng)為2.5%，即母線電壓波動(dòng)量為20 kV。改變喀什常規(guī)機(jī)組的放大倍數(shù)，其對光伏波動(dòng)的接納能力如表5所示。放大倍數(shù)取 1時(shí)，喀什地區(qū)可接納光伏波動(dòng)量為480 MW，即光伏滲透率為60%;調(diào)節(jié)放大倍數(shù)到30，可接納光伏波動(dòng)量增加到497 MW，此時(shí)喀什地區(qū)光伏滲透率達(dá)到62.1%。改變機(jī)組油動(dòng)機(jī)開啟時(shí)間常數(shù)，其可接納光伏滲透率并沒有明顯變化。

表4 不同光伏波動(dòng)下喀什母線電壓波動(dòng)情況Table4 Kashgarvoltagefluctuationunder differentPVfluctuation

表5 不同放大倍數(shù)下可接納光伏波動(dòng)量Table5 AdmissiblePVfluctuationunder differentmagnifications

6 結(jié)論

本文在搭建光伏發(fā)電系統(tǒng)模型、分析光伏輸出功率特性的基礎(chǔ)上，首先研究了不同滲透率光伏接入對系統(tǒng)特性的影響。隨著光伏滲透率的增加，母線電壓波動(dòng)加劇，但靜態(tài)穩(wěn)定輸電極限受光伏滲透率的影響不大。接著通過優(yōu)化火電機(jī)組調(diào)速器的放大倍數(shù)和油動(dòng)機(jī)開啟時(shí)間常數(shù)，提高了系統(tǒng)接納光伏的能力。最后以新疆喀什地區(qū)電網(wǎng)為例，仿真驗(yàn)證機(jī)組一次調(diào)頻特性。優(yōu)化后光伏滲透率提高了2.1個(gè)百分點(diǎn)。本文結(jié)論可為進(jìn)一步增強(qiáng)電網(wǎng)光伏接納能力提供技術(shù)支撐。

［1］胡斌，婁素華，李海英，等．考慮大規(guī)模光伏電站接入的電力系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用需求評估［J］．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，39(18):15-19．HU Bin，LOU Suhua，LI Haiying，et al．Spinning reserve demand estimation in power system integrated with large-scale photovoltaic power plants［J］．Automation of Electric Power Systems，2015，39 (18):15-19．

［2］DING Yi，OSTERGAARD Jacob，SORENSEN Poul Ejnar，et al．基于智能電網(wǎng)構(gòu)建的歐洲可再生能源電力系統(tǒng)現(xiàn)狀和前景展望［J］．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35(22):12-17．DING Yi，OSTERGAARD Jacob，SORENSEN Poul Ejnar，et al．Towards a European renewable-based energy system enabled by smart grid:status and prospects［J］．Automation of Electric Power Systems，2011，35(22):12-17．

［3］丁明，王偉勝，王秀麗，等．大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)影響綜述［J］．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34(1):1-14．DING Ming，WANG Weisheng，WANG Xiuli，et al．A review on the effect on large-scale PV generation on power system［J］．Proceedings of the CSEE，2014，34(1):1-14．

［4］胡波，野中佑斗，橫山隆一．大規(guī)模光伏系統(tǒng)并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響［J］．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36(3):34-38，96．HU Bo，NONAKA Yuto，YOKOYAMA Ryuichi．Influence of largescale grid-connected photovoltaic system on distribu-tion networks［J］．Automation of Electric Power Systems，2012，36(3):34-38，96．

［5］張冰冰，邱曉燕，劉念，等．基于混合儲能的光伏波動(dòng)功率平抑方法研究［J］．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41(19):103-109．ZHANG Bingbing，QIU Xiaoyan，LIU Nian，et al．Research on the method for balancing fluctuant PV power based on hybrid energy storage system［J］．Power System Protection and Control，2013，41 (19):103-109．

［6］王海波，楊秀，張美霞．平抑光伏系統(tǒng)波動(dòng)的混合儲能控制策略［J］．電網(wǎng)技術(shù)，2013，37(9):2452-2458．WANG Haibo，YANG Xiu，ZHANG Meixia．A control strategy of hybridenergy storage system capable of suppressing output fluctuation of photovoltaic generation system［J］．Power System Technology，2013，37(9):2452-2458．

［7］趙爭鳴，雷一，賀凡波，等．大容量并網(wǎng)光伏電站技術(shù)綜述［J］．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35(12):101-107．ZHAO Zhengming，LEI Yi，HE Fanbo，et al．Overview of large-scale grid-connected photovoltaic power plants［J］．Automation of Electric Power Systems，2011，35(12):101-107．

［8］陳煒，艾欣，吳濤，等．光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響研究綜述［J］．電力自動(dòng)化設(shè)備，2013，33(2):26-32，39．CHEN Wei，AI Xin，WU Tao，et al．Influence of grid-connected photovoltaic system on power network［J］．Electric Power Automation Equipment，2013，33(2):26-32，39．

［9］鄭超，林俊杰，趙健，等．規(guī)模化光伏并網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)功率特性及電壓控制［J］．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015，35(5):1059-1071．ZHENG Chao，LIN Junjie，ZHAO Jian，et al．Transient power characteristic of scaled photovoltaic grid-connected system and its voltage control［J］．Proceedings of the CSEE，2015，35(5): 1059-1071．

［10］索江鐳，胡志堅(jiān)，劉宇凱，等．大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)對互聯(lián)電力系統(tǒng)阻尼特性的影響及其阻尼控制策略［J］．西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，49(2):99-105．SUO Jianglei，HU Zhijian，LIU Yukai，et al．Influence of large-scale photovoltaic system integration on damping characteristics of interconnected grid and damping control［J］．Journal of Xi’an Jiaotong University，2015，49(2):99-105．

［11］周俊，丁劍，王青，等．光伏接入對玉樹電網(wǎng)安全穩(wěn)定性影響及控制策略［J］．電力自動(dòng)化設(shè)備，2014，34(6):25-29，43．ZHOU Jun，DING Jian，WANG Qing，et al．Impact of PV integration on safety and stability of Yushu grid and control strategy［J］．Electric Power Automation Equipment，2014，34(6):25-29，43．

［12］孫航，杜海江，季迎旭．適用不同尺度光伏陣列的數(shù)值建模方法［J］．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，38(16):35-40．SUN Hang，DU Haijiang，JI Yingxu．A numerical modeling method suitable for photovoltaic arrays with different scales［J］．Automation of Electric Power Systems，2014，38(16):35-40．

［13］李晶，許洪華，趙海翔，等．并網(wǎng)光伏電站動(dòng)態(tài)建模及仿真分析［J］．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32(24):83-87．LI Jing，XU Honghua，ZHAO Haixiang，et al．Dynamic modeling and simulation of the grid-connected PV power station［J］．Automation of Electric Power Systems，2008，32(24):83-87．

［14］RODRIGUEZ C，AMARATUNGA G A J．Dynamic stability of gridconnected photovoltaic systems［C］//2004 IEEE Power Engineering Society General Meeting．Denver，Colorado，USA:IEEE，2004: 2193-2199．

［15］李乃永，梁軍，趙義術(shù)．并網(wǎng)光伏電站的動(dòng)態(tài)建模與穩(wěn)定性研究［J］．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31(10):12-18．LI Naiyong，LIANG Jun，ZHAO Yishu，et al．Research on dynamic modeling and stability of grid-connected photovoltaic power station［J］．Proceedings of the CSEE，2011，31(10):12-18．

［16］薛峰，?？?，汪寧渤．大規(guī)模間歇式能源發(fā)電并網(wǎng)集群協(xié)調(diào)控制框架［J］．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35(22):45-53．XUE Feng，CHANG Kang，WANG Ningbo．Coordinated control frame of large-scale intermittent power plant cluster［J］．Automation of Electric Power Systems，2011，35(22):45-53．

［17］黃裕春，文福栓，楊甲甲，等．含高滲透率間歇性電源的電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃評價(jià)體系初探［J］．電力建設(shè)，2015，36(10):144-153．HUANG Yunchun，WEN Fushuan，YANG Jiajia，et al．A preliminary investigation on power network planning evaluation system with highpenetration intermittent generation［J］．Electric Power Construction，2015，36(10):144-153．

［18］劉全社．汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)速度變動(dòng)率和遲緩率的探討［J］．汽輪機(jī)技術(shù)，2001，43(4):244-245，247．LIU Quanshe．Research on vertiginous rate and stagnant rate of turbine’s variable system［J］．Turbine Technology，2001，43(4): 244-245，247．

(編輯 景賀峰)

Primary Frequency Parameter Optimization of Thermal Power Units Considering High-Penetration Access of Photovoltaic Power Plant

LI Yuan1，ZHANG Zhiqiang2，ZHENG Chao2，REN Jianwen1，LI Xiaojun2，LYU Pan3，SONG Xinfu3

(1．North China Electric Power University，Baoding 071003，Hebei Province，China; 2．China Electric Power Research Institute，Beijing 100192，China; 3．Economic Research Institute of State Grid Xinjiang Electric Power Company，Urumchi830016，China)

With the increasing photovoltaic(PV)grid capacity as well as permeability of PV power，the fluctuation of PV output has obviously affected the system voltage fluctuation and the stability of the system．In addition，the good features of conventional units in peak and frequency regulation should also be considered to meet the higher permeability of PV system．Firstly，this paper analyzes the power output characteristics of PV power through the establishment of PV system model under non-standard conditions，and investigates the effects of the PV output fluctuation with different penetration rates on the bus voltage as well as its mechanism．Secondly，using the simulation traversal test method，according to the difference contrast of response performance，this paper proposes the adjust principle of optimizing the magnifications and time constant of thermal power unit to follow the PV fluctuation and improve the stability of the system with a highpenetration PV power plant access．Finally，simulation verification is also conducted on the grid of Kashgar，Xinjiang and the results show that the optimization of the primary frequency parameters can contribute to the system stability when it accepts PV power plant，which can provide a strong support for the planning of PV grid network．

photovoltaic power plant;high-penetration rate;thermal power unit;magnification;time constant

TM 615

A

1000－7229(2017)03－0115－08

10.3969/j．issn.1000－7229.2017.03.016

2016-11-01

李媛(1991)，女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定與控制、光伏并網(wǎng)技術(shù);

張志強(qiáng)(1978)，男，高級工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)仿真分析及運(yùn)行控制技術(shù);

鄭超(1977)，男，博士，教授級高級工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定與控制;

任建文(1961)，男，博士，教授，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析與控制;

李曉珺(1985)，女，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)安全穩(wěn)定分析與控制;

呂盼(1983)，男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃與分析;

宋新甫(1984)，男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃與分析。

國家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(XTB11201601985)