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在化石能源逐渐枯竭和提倡可持续发展的背景下，以光伏、风电为代表的新能源发电技术得到了广泛的应用。受出力特性的制约，新能源一般通过电力电子接口装置并网。因此风电场并网稳定性技术，光伏、风电也通常被归类为基于逆变器的电源。根据“BP能源展望”，到2040年新能源发电将占世界能源总消耗量的25%。因此，新能源对于传统能源的部分替代将使电力系统有功-频率控制特性由单一同步机特性转变为包含同步机和电力电子接口的综合特性。

传统电网的电源由几十甚至成百上千台特性相近的同步发电机组成，同步发电机是实现有功平衡和频率稳定的基础。

首先，同步发电机具有机电耦合特性，有功的不平衡会立即反映为转矩的不平衡和系统频率的改变。当发生功率不平衡扰动后，同步机通过旋转设备（包含汽轮机、发电机、轴）释放（或吸收）动能，阻碍频率的变化，称为同步机的惯性响应。

其次，同步发电系统包含的原动机、调速器之间具有下垂控制机制，当系统功率不平衡导致频率偏移超出规定值时，同步机自动改变其有功出力，重新建立有功平衡并使频率恢复稳定，称为同步机的一次频率响应。

与同步发电机相比，新能源并网逆变器接口的电力电子器件的开关频率远高于系统运行频率，几乎不具备惯性。新能源在运行时往往以最大化利用可用发电能力为目标，不具备发电裕度风电场并网稳定性技术，不能参与一次调频。随着新能源渗透率的增加和相应的同步发电机的退出，系统惯性水平和一次调频资源逐渐减少。

在同等强度的扰动下，惯性水平的降低将使扰动后的最大频率变化率、最大频率偏移更加恶化；一次调频资源的减少将使进入稳态之后的频率偏移更大。因此，新能源的大规模接入降低了系统的频率稳定性。同时，同步发电机和电力电子接口响应特性、速度不一致，给不同电源的并联运行和负荷的自动分配造成了困难。

值得注意的是，新能源并网引起的电力系统频率稳定性降低问题的实质是并网逆变器接口与同步发电机之间特性的不兼容。在利用电压源逆变器原有快速、精确控制性能的基础上，解决上述问题应综合考虑逆变器控制性能、响应能力和灵活性问题：一方面需使新能源具备提供惯性响应、一次调频响应的辅助服务能力，参与全网有功平衡和频率稳定调节；另一方面应使新能源在保证自身稳定运行的前提下，自适应不同工况而改变响应特性，提高系统运行的灵活性。

本文摘编自2021年《电工技术学报》增刊1，论文标题为“基于虚拟同步机的电压源逆变器频率响应时域特性和自适应参数设计”，作者为颜湘武、张伟超 等。