分布式光伏发电系统的主动支撑电网频率控制技术.pdfVIP

分布式光伏发电系统的主动支撑电网频率控制技术1

分布式光伏发电系统的主动支撑电网频率控制技术

摘要

随着全球能源结构转型和可再生能源渗透率的不断提高，分布式光伏发电系统在

电力系统中的占比持续攀升。然而，光伏发电的间歇性和波动性对电网频率稳定带来了

严峻挑战。本报告系统研究了分布式光伏发电系统的主动支撑电网频率控制技术，从理

论基础、技术路线、实施方案等多个维度进行了深入分析。研究表明，通过采用先进的

控制策略和协同优化方法，分布式光伏系统可以有效参与电网频率调节，提高电力系统

的稳定性和可靠性。报告提出了基于虚拟同步发电机(VSG)技术的主动频率控制方案，

并结合实际案例验证了其有效性。研究结果显示，该技术可使光伏电站的频率响应时间

缩短至200毫秒以内，频率调节精度提高30%以上。本报告为分布式光伏发电系统的

频率控制提供了系统化的解决方案，对推动可再生能源大规模并网具有重要意义。

引言与背景

1.1研究背景与意义

随着全球气候变化问题日益严峻，能源结构向清洁化、低碳化转型已成为各国共

识。根据国际能源署(IEA)数据，2022年全球可再生能源发电量占比已达到28%，其

中光伏发电增长最为迅速，年增长率超过20%。中国作为全球最大的光伏市场，截至

2022年底，分布式光伏装机容量已突破150GW，占光伏总装机容量的40%以上。这种

分布式能源的大规模接入，虽然有助于减少碳排放，但也给电网运行带来了新的挑战。

传统电网中，频率稳定主要由大型同步发电机组通过惯量响应和一次调频功能来

维持。而光伏发电系统通过电力电子变流器并网，缺乏旋转惯量，无法自然响应电网频

率变化。随着光伏渗透率的提高，系统等效惯量下降，频率波动加剧，严重时可能导致

频率失稳。因此，研究分布式光伏发电系统的主动频率支撑技术，对保障电网安全稳定

运行具有重要意义。

1.2国内外研究现状

国际上，欧美等发达国家较早开展了光伏参与电网频率调节的研究。德国在2017

年就修订了并网标准，要求100kW以上的光伏系统必须具备频率支撑能力。美国加州

独立系统运营商(CAISO)则通过市场机制激励分布式资源参与辅助服务。学术研究方

面，虚拟同步发电机(VSG)技术被认为是解决新能源并网稳定性问题的有效途径，欧

洲多国已开展了示范工程。

国内研究起步较晚，但发展迅速。国家电网公司于2020年发布了《分布式电源并

网技术要求》，明确提出了频率支撑的技术指标。清华大学、浙江大学等高校在VSG控

分布式光伏发电系统的主动支撑电网频率控制技术2

制策略方面取得了重要进展。然而，现有研究多集中于单点控制，缺乏系统性的协同优

化方案，且实际工程应用案例较少。因此，亟需开展系统化的分布式光伏频率控制技术

研究，推动技术成果转化应用。

1.3研究内容与框架

本报告围绕分布式光伏发电系统的主动频率支撑技术展开研究，主要内容包括：分

析分布式光伏并网对电网频率的影响机理；研究基于VSG的频率控制策略；设计多逆

变器协同优化方案；开发适用于工程应用的实施路径；评估技术经济性和风险。报告采

用理论分析与仿真验证相结合的方法，构建了完整的研究框架，为技术推广提供理论支

撑和实践指导。

研究项目概述

2.1项目目标与定位

本项目旨在开发一套完整的分布式光伏发电系统主动频率控制技术体系，实现光

伏电站从”被动适应”到”主动支撑”的转变。具体目标包括：建立光伏并网系统频率响应

模型，揭示影响频率稳定的关键因素；提出基于VSG的先进控制策略，使光伏系统具

备类似同步发电机的惯量响应和调频能力；设计分布式光伏集群协同优化方法，提升区

域电网频率稳定性；开发工程化实施方案，推动技术成果转化应用。

项目定位为应用基础研究，面向电力行业实际需求，注重技术创新与工程实用的平

衡。研究成果可为电网企业提供技术解决方案，为政策制定提供科学依据，为设备制造

商提供产品设计参考。项目实施周期为3年，分为理论研究、技术开发和示范应用三个

阶段。

2.2技术难点与创新点

项目面临的主要技术难点包括：如何准确模拟光伏系统的频率响应特性；如何在变

流器控制中实现惯量模拟；如何解决多逆变器并联运行的稳定性问题；如何协调控制与

经济性之间的矛盾。针对这些难点，项目提出了