大规模新能源并网惯量及调频建模研究

国网新疆电力有限公司 王 衡 李 渝 印 欣 宋朋飞 亢朋朋 杨桂兴

随着新能源并网比例的逐年提高，电力系统安全稳定性受到了前所未有的挑战，研究新能源惯量控制建模方法是当前亟需解决的难题。本文首先分析同步发电机的自然惯量响应规律。基于电流源型和电压源型两种主流虚拟惯量控制方案，分别建立风力发电和光伏单元的虚拟惯量控制模型。最后总结两种控制方案的优点和缺点，为新能源场站惯性及调频技术的后续研究提供了参考思路。

图1 系统频率的动态响应特性

1 新能源并网频率稳定特性规律

大规模风力发电和光伏单元并网导致系统整体惯性下降，当电网受到扰动或故障时，系统频率会面临不同程度的跌落过程。图1所示为不同新能源比例并网方式下系统频率的动态响应特性。

图1中，系统初始频率都设定在50Hz。可以看出，随着新能源并网占比的增加，系统频率最低点越小，基本与正比例函数规律特性拟合，即使理想电网频率也会由于缺少惯量产生一定的跌落。经过系统的动态调节，频率最终平衡于稳定值，且频率动态稳定时间与新能源并网占比成正比。

2 同步发电机的自然惯量响应

通过同步发电机的外特性，使风力发电和光伏单元具备为电网主动提供惯量支撑能力。同步发电机的惯量支撑本质是转子的状态变量(功角、频率)在不平衡转矩下以转子运动方程形式进行自发响应，其外在表现形式为系统频率变化时发电机转子动能以发电机输出电磁功率形式注入电网。……