文|三分观寰宇 编辑|三分观寰宇
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针对以同步机为主体的传统电力系统，已经构建了完整的频率控制框架以保障电网安全稳定运行。随着电网的不断发展，持续增加的新能源装机和大容量直流输电恶化了电网频率稳定性[‘一3]。2019年英国“8"9", 2016年澳洲“9"28”等停电事故以及2015年华东电网“9"19"锦苏直流双极闭锁事件}4_7}r均是由偶发故障造成的新能源无序脱网或直流大功率损失导致的大频差扰动事件，频率安全己经成为制约电网发展的瓶颈问题之一。
根据《电力系统安全稳定导则》f81，电网已经针对很严重的故障采取了保持稳定的措施，但配置第三道防线频率校正控制仍是必要的。目前己有较多针对高比例新能源电网频率校正控制策略的研究f9_isl，并己经将新能源切机纳入电网频率校正控制系统的提前论，但频率校正控制方法的适应性研究鲜有涉及。
针对某实际电网给出了第三道防线的配置方法，但是未给出频率校正控制各轮次的影响关系。文献【13]提出了自适应的频率校正控制策略，对低频减载首轮动作前各母线频率曲线所蕴含的系统信息进行挖掘，使用母线频率偏移面积计算系统功率缺额。但是没有给出低频减载方案的适用范围。文献【14]利用改进频率响应模型，适当考虑了无功一电压变化对系统动态频率的影响，提出了低频减载优化方案。文献【15]针对高比例新能源送端电网，考虑直流闭锁后线路有功功率的变化，提出了一种高频切机的整定方案。
固定策略的频率校正控制方案对电网运行方式的适应范围是有限的。在高比例新能源电网中，新能源出力主要由风速、光照等自然享赋决定，在电力平衡约束下，电网运行方式需要根据自然享赋和负荷变化进行大范围调整。以西北电网为例，从日发电特征看，2019年新能源日波动最大幅度达34.35GW，接近当日负荷的一半[i 6}。因此，堕需对固定策略的频率校正控制方案开展适应性研究。
需要指出的是，第三道防线频率校正控制只是保证电网安全稳定运行的环节之一，工程上频率校正控制策略的制定需要考虑电网结构、电源负荷分布情况、新能源控制参数等多种因素。目前不同电网适应的极限新能源接入比例受到的制约因素也不同，多类制约因素之间相互影响，电网的极限新能源接入比例目前主要通过仿真计算给出。
在高比例接入的新能源发电不引发电力系统进入暂态稳定运行状态时，从传统频率校正控制方法适应性的角度，计算了电网接入新能源的比例限制。首先给出了研究频率校正控制的电网运行场景域描述方法，计算了任一轮次适应的电网运行场景域。其次针对频率校正控制适应性研究缺少评价方法的问题，根据频率校正控制的控制目标，提出利用控制量可整定范围评价频率校正控制轮次的适应性，频率校正控制系统的适应性使用各轮次最小可整定范围评价。最后利用实际电网参数建立分析模型，计算了传统频率校正控制方法适应的极限新能源接入比例。
1传统电网频率校正控制
电网频率特性受电网电源负荷分布情况、新能源控制参数、电网结构等多类因素影响。随着新能源占比不断提高，新能源高低穿特性和控制参数、频率保护定值等多类因素都会影响电网频率变化。国标GBT 19963.1-2021规定了风电机组频率保护的最低要求，但部分风电机组在频率适应性方面远超规范要求。光伏机组也有类似的规定。新能源频率保护的频率偏移定值、动作延时大于电网频率校正控制定值。因此，电网频率校正控制暂不考虑新能源的频率脱网影响。
如图1所示，考虑电网频率特性的主要因素，建立考虑新能源占比和调频能力的电网单机等值仿真系统，分析电网在不同功率缺额下的频率响应模型忽略发电机之间的频率差异性，以计算得到的
系统平均频率作为整个电网的频率，将系统中所有机组的频率动态特性等值成一台发电机组[17]。单机等值模型综合考虑了发电机组的惯性响应、调速器动作以及负荷的频率特性等因素。
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图中，T}为调速系统综合时间常数，K表示调速器最大可调功率，Tz为新能源调频综合时间常数，yK表示新能源最大可调功率，Y为新能源相对于调速器最大可调功率的系数。K:为负荷综合调节效应系数，4c}为发电机转速偏差，D为系统阻尼，M为系统广义惯量，4Pc为系统有功功率缺额，粉为常规电源发电占总发电的比例。则系统频率的频域响应△}(s)为:
电网频率校正控制不是针对具体的故障事件采取措施，而是根据电网频率响应曲线，按照预先给定的策略对难以预计的大功率盈余(缺额)故障进行防御。频率校正控制的防御目标是在一定的电网功盈余(缺额)范围内，频率都能够恢复至允许范围内。电网频率校正控制通过离散的频率定值
(轮次)，将总控制量分配至不同轮次。不同轮次的控制量和轮次设置的频率值经过精心的计算，控制量保证最大频率偏差在当前轮次和下一轮次之间的场景时，频率都能够恢复至允许范围内。
电网频率偏差超过预设定值后，电网频率校正控制系统触发相应控制量永久执行。频率定值和控制量采用离线方式提前确定，并需要适应较长时间
(例如一年)电网实际运行方式的变化。2电网运行场景域描述和频率校正控制系统适应性评价2.1电网运行场景域描述
频率校正控制系统适应性评价首先需要对电网运行方式变化和电网功率盈余(或缺额)范围进行描述，然后给出适应性的评价方法。
电网运行方式的特征量较多，例如关键节点的频率电压支撑能力、频率的分布特点、新能源脱网等。但频率校正控制系统仅关注在一定功率盈余(或缺额)时的频率偏差程度，因此通过功率盈余(或缺额)和频率偏差用于描述电网运行场景。
系统过渡到最大暂态频率偏差4fma、的过程中，机组和新能源调频可简化为Cl和C2 }18}，计算方式为:。一(}1一tmin:一(1一)yKCl一Tz n-e T ))tmintmin一r} M式中，tmi。为最大频率偏差出现的时间(S}o
使用迭代数值解法可以找到公式(2)的解，根据公式(1}}可得到系统最大频率偏差4fmax o
，，、_，，、__，，呱._4f，与有功功率缺额△pr的比值k=代max(以下
/ max、’‘/、~’一‘~L曰‘r一’一△I'c简称频率缺额比)为常数。
k的变化范围与调速器最大可调功率K、新能源最大可调功率yK、系统负荷综合调节效应系数Kz，系统阻尼D等因素相关。相同功率缺额下，k最大值为最差的频率缺额比，同理k取最小值时为最好的频率缺额比。
电网频率校正系统防御的电网功率盈余(或缺额)最大值△pma、可以通过最大防御故障确定，例如西北电网按照两条直流同时闭锁，其中一条直流安控拒动作为高频切机的最严重故障。电网频率校正控制防御的功率盈余最小值是不确定的，可通过频率缺额比k和第一轮定值鱿确定。
如图2所示，构建电网运行场景域的描述坐标系，横坐标为电网功率盈余(或缺额)，纵坐标为频率偏差。电网运行场景域通过第一轮定值4f} ,最大功率盈余△pma、和电网最差、最好的频率缺额比曲线围成的多边形进行刻画。频率校正控制系统应将电网运行场景域的所有场景均控制在频率要求范围带【Ofz} Ofx}内。
2.2电网运行场景域的频率校正控制
为保证在运行场景域内的任意点，电网频率校正控制系统均能够将频率控制在频率范围带【毓，编」内，需要对所有场景域内的点进行校核。由于运行场景域是欧式空间的多面体集，实际上仅将场景域的顶点控制在频率要求范围内即可，具体证明如下。
如果能够证明任意线段的端点满足控制要求，线段上的任意点也满足控制要求，则完
成证明。5结语
随着新能源接入比例的不断提高，电网稳定特性逐步转变，依据传统电网运行控制特点设置的三道防线适应性不断降低。新能源出力具有较强随机性，在电力约束下的电网运行方式变化频繁，日内电网频率特性随着新能源出力变化己有较大程度的改变。频率校正控制策略的制定主要通过单机频率模型和时域仿真分析给出，离线计算的控制策略己越来越难以适应电网运行特性的大范围变化。因此，堕需开展频率校正控制在高新能源占比电网下的适应性研究。
}1}提出了研究频率校正控制适应性的电网运行场景域描述方法，电网运行场景域为欧式空间的多面体集。计算了频率校正控制任一轮次适应的电网运行场景域，为双曲线和直线围成的区域。
(2)为研究频率校正控制在运行场景域的适用性，提出利用控制量可整定范围评论轮次的适应性，频率校正控制系统的适应性使用各轮次最小可整定范围评价。
(3)使用某实际电网参数建立分析模型，研究频率校正控制有效的极限新能源接入比例。在不引发电力系统进入暂态稳定运行状态，以某区域电网的单机等值模型参数为例，新能源接入比例大于67%时，传统频率校正控制方法失效。考虑电网频率的动态特性，频率校正控制适用范围会进一步降低。为提高频率校正控制的适应性，堕需规范电网新能源一次调频能力，同时开展新的控制方法研究。