王正伟1 周军1 周鹏2 赵文强3
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摘要：常规能源发电成本日趋增加，太阳能光伏发电迎来飞速发展，但是发电能力容易受到外部环境影响，为确保大电网系统频率稳定，需要开展光伏电站快速频率响应改造工作，本文针对两种现行的改造方式，阐述了相关技术要点。
关键词 太阳能 光伏发电 快速频率响应 高精度测频模块
1概述
我国太阳能资源丰富，分布广泛，开发利用前景广阔。太阳能光伏发电作为太阳能利用的重要方式，已经得到了突飞猛进的发展，装机容量不断增加，取得了良好的经济和社会效益。
然而光伏电站属于间歇式可再生能源，受外部环境变化影响很大。随着我国特高压骨干网架的不断投运，电网运行特性发生了重大变化，波动性和不确定性显著增强，频率扰动不断增大，暂态过电压时有发生，电网运行的安全风险显著增大。新能源的大规模接入替代了大量常规电源，系统的转动惯量和一次调频容量呈下降趋势，电网频率调节能力降低，在大容量不平衡功率扰动下，更易引发频率越限甚至低频减载动作，为确保电网安全稳定运行需开展大型并网光伏电站快速频率响应技术研究工作。
2 光伏电站快速频率响应技术原理
现有的光伏电站在设计阶段未考虑快速频率响应功能，需要完成相应技术改造，实现光伏电站有功频率控制（有功下垂控制见图1），根据电网频率按照下垂特性曲线调整有功功率输出，实现光伏电站参与电网一次调频功能。
图1 光伏电站频率下垂特性曲线示意图
光伏电站快速频率响应能力需要在场站并网点开展现场测试，验证快速频率响应滞后时间、响应时间、测频精度等指标是否满足要求，检验场站的快速频率响应功能是否与二次调频（AGC）协调配合。
3两种快速频率改造方案及优缺点
3.1 AGC改造方式
改造方案：增加高精度测频模块，在光伏电站AGC控制策略增加快速频率相应模块，通过修改光伏电站有功控制策略，实现有功下垂控制，改造方式如图2所示。
图2 AGC改造方式
现有光伏电站通讯单元与逆变器多采用串行通讯方式，响应时间较长，满足快速调频要求需结合光伏电站实际情况进行通讯网络优化，并在AGC控制策略中加入快速频率相应控制模块，还要做好AGC反向闭锁功能，严重依赖AGC厂家技术能力，改造周期长，改造风险较高。快速频率响应控制逻辑如图3所示。
图3 快速频率响应控制逻辑图
3.2 加装快速频率响应装置改造方式
改造方案：增加快速频率响应装置（内置高精度测频模块），不改变光伏电站AGC控制策略实现，无需改动光伏电站有功控制系统架构，即可实现有功下垂控制，改造方式见图4。
图4 加装快速频率响应装置改造方式
该方案需结合光伏电站实际情况进行通讯网络优化，当出现频率越限时，快速频率响应装置启动调节，通过叠加AGC指令，将命令发送到通信单元，然后由通信单元完成对逆变器的指令下发，并在规定的时间内监测功率调节结果，形成闭环控制。该方案对于现有电站和新建站可以做到兼容，改造周期短，直接与现有通信单元连接，频率异常时可在一定程度上缩减系统的通讯时间，提高响应速率。
4.改造效果及对未来的展望
随着新能源高占比电网越来越多，电网对新能源场站的调频要求将进一步提高，两种改造方式均可以满足技术规范要求，现行最常用的改造方式为加装快速频率响应装置。当大型新能源电站具备快速频率响应功能后，可以改善电网频率控制特性的结构性困境，填补常规水、火电机组停运后系统转动惯量的不足，保障大电网安全稳定运行和新能源持续健康发展。
参考文献：
[1]魏学业.光伏发电技术及应用[M].机械工业出版社.2018年07月第二版
[2]马宁.太阳能光伏发电概述及发展前景[J].智能建筑电气技术.2011年02期
[3]吴萍.大规模光伏并网发电系统拓扑结构的