近年來，以風電、光伏為代表的新能源發電得到迅速發展，接入電網的容量不斷增大，減少了化石能源的使用和環境污染。但是，新能源機組通常采用變流器接入電網，無法像傳統機組一樣向系統提供慣性，且通常工作在最大功率跟蹤（Maximum Power Point Tracking, MPPT）模式，不參與電網調頻。隨著接入系統容量的不斷增大，降低了系統整體慣性和調頻資源，導致頻率波動增大，影響系統頻率穩定。針對該問題，部分高滲透國家/地區已明確要求新能源發電機組必須具備一定的參與電網調頻的能力。

由于光伏發電系統自身不具備慣性，為了實現參與電網頻率調節，目前通常有兩類方法：一類為光-儲聯合發電系統；另一類為光伏減載運行。光-儲聯合發電系統的缺點是儲能造價和維護成本較為昂貴。而光伏減載運行需要損失部分捕獲光能。文獻[11]通過對比指出，在正常功率波動范圍下，光伏減載運行為更經濟性的方式，尤其是現在光伏電站還存在“棄光”現象。本文主要關注光伏減載運行參與電網調頻。

文獻[12]通過仿真驗證，大型光伏電站通過減載參與電網調頻，可以改善系統的頻率響應。而文獻[13]通過西北電網現場實驗驗證，光伏發電機組能夠提供與傳統同步機組類似的調頻能力。但是這兩篇文獻并沒有涉及具體的光伏逆變器減載控制策略。

文獻[14]依據開路電壓來設置系統參考電壓，使其低于最大功率電壓來實現減載運行。但該控制方法較為粗放，無法實現較精確的減載功率控制。文獻[15,16]采用牛頓二次插值，通過迭代求解二次多項式實現光伏減載控制，但是外部環境變化時算法的迭代收斂性有待進一步考證。文獻[17,18]采用二次線性函數來估算最大功率值，設置參考功率為部分最大估算功率來實現減載控制。

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

綜上所述，本文提出一種基于減載控制光伏機組調頻控制策略，依據電網頻率改變光伏減載運行水平參與電網頻率調節。該策略通過離線擬合和在線跟蹤相結合，提高減載控制的容錯性，并可以與現有最大功率跟蹤方法無縫融合。基于RT-LAB的半物理仿真驗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半物理仿真系統實物圖

結論

本文提出一種基于變減載控制的光伏發電參與電網頻率調節的控制方法，該控制方法結合離線擬合和在線功率跟蹤，依據電網頻率改變減載率，能夠同時參與向上/向下的電網頻率調節。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性，在離線曲線擬合不準確時，也能夠確保調頻輸出功率趨勢的正確性，且功率偏差不大。

但是，本文控制方法針對光伏陣列單峰值功率曲線進行設計，而光伏發電系統在實際運行中存在多峰值功率（局部陰影條件下）的情況，如何實現多峰值功率下的光伏發電系統減載調頻控制，是本文后續需要開展的工作。