针对如何解决电网频率波动及偏差问题，传统调频行为会留有一定容量以供备用，系统发生功率缺额时，能够通过系统备用容量的释放来快速增加供给输出有功；在不同时间尺度上由同步发电机调速器实现一次调频、采用自动发电控制调节（AGC）的二次调频以及由经济调度实现的三次调频等不同手段来对频率波动进行调整。随着光伏发电渗透率的不断提高，挤占了部分常规机组空间，降低了电网一次调频资源储备容量，削弱了电网调频能力，考虑到大量 PV 的投入或退出时，PV 本身所固有的随机、波动及不可控性都会导致其功率输出也具有此类特性，这就制约了电网中 PV 与负荷间的功频平衡，从而引发电网调频压力，对应明显增加了电网中频率发生波动及偏差的可能性，也不可避免地给电网电能质量问题带来了诸多挑战。
根据所检索到的专利文献，当前针对光伏发电系统参与电网调频的研究方向，主要分为一次调频、光储联合调频、VSG（虚拟同步发电机）调频三个方面。
光伏发电系统调频专利申请概况
1.1 一次调频
通过发电机组调节系统的自身频率修正电网频率的波动，这个过程即可称为发电机组的一次调频。但是光伏发电机组通常采用电力电子变换器并网，并网变换器响应速度快，不具备维持系统安全稳定运行所需的惯性和阻尼，因此缺乏一种与配电网有效的“同步”机制，当大规模的光伏机组并入电网后，系统总转动惯量相对下降，从而影响到系统的快速频率响应速度，促使电网的稳定性大大降低。光伏电站的特性使得其不具备频率控制能力，基本不能响应电网有功功率变化。因而开发并网光伏电站的控制潜力，使其参与电网一次调频，是保障光伏电站向常规能源转化的重要技术支撑。
CN108054770A公开了一种光伏发电厂及其一次调频控制方法，被配置为当光伏发电厂的并网点的频率值满足预设的一次调频触发条件时，根据光伏逆变器的运行状态确定单机有功功率变化量，调整光伏逆变器输出的有功功率。
DE102011078895A1公开了一种具备光伏能源的能量管理系统，包含有调频控制单元，具有快速性并可实现自动调节，通过响应当前电网的需求自动控制网络频率。
由此可以看出，目前光伏发电系统参与一次调频的主要方式都是通过对当前电网频率的监测，输出有功功率以对其进行反馈调节。
1.2 光储联合调频
储能系统具有快吐纳能量的能力，可以有效抑制新能源电力的随机波动，与传统发电机组相比，储能系统尤其是电池储能具有响应速度快、调节精度高等优势，非常适合提供调频服务。在国外，利用储能参与频率调节技术的运行成熟及示范较多。尤其是美国、巴西及芬兰等，对频率控制的研究已经从基于传统调频用电源、模型仿真、动态建模及分析等方面，逐渐向储能参与调频方向发展，更具体地研究在储能电源参与调频时对其经济、环境及可行性等多方面作评估和分析。
CN109494768A公开了一种光伏+储能系统参与电网调频的控制方法及系统，模拟传统电力系统调频的主要过程，充分利用光伏电站中储能系统和光伏发电单元的调频容量，使光伏电站具备与传统同步发电机类似的调频能力，具体方法包括(1)检测电网频率，判断电网频率是否等于额定频率，若是则结束；若否则由第一储能系统提供惯性响应；(2)判断电网频率是否超出光伏发电单元动作的频率死区，若是则由光伏发电单元根据频率变化情况逐个参与电网的一次频率调节；若否，则返回步骤(1)；(3)判断电网频率是否超出正常运行允许的变化范围，若是则由第二储能系统输出有功功率，提供频率的紧急控制；若否返回步骤(1)。
US2017102675A1公开了一种具备斜坡速率控制的光伏能源系统，配置为将电池储能与光伏电源结合使用，在满足斜坡速率要求的同时进行频率调节，并将电池储能的充电状态保持在预定的理想范围内。斜坡速率控制器可以确定斜坡速率功率URR的值，该值将光伏功率的斜坡控制速率保持在合理限值内，并同时允许控制器调节电网频率。如图3-2-3所示为本申请中光储联合发电系统参与调频斜坡速率控制图。
由此可以看出，目前光储联合发电系统参与调频的方式一种是采用优先投入光伏进行调频，当容量不够时则采用储能设备进行进一步的调节，另一种则是储能装置的供电来源为光伏，但由其独自承担调频功能。
1.3 VSG（虚拟同步发电机）调频
受传统电力系统运行的启发，出现了虚拟同步发电机 (VSG) 的思想，通过对逆变器的合理控制，可以使逆变电源具有同步发电机的优良特性。VSG 使新能源发电能够以类似同步发电机的方式接入电网，提高了电网对新能源的消纳能力，因此，在以新能源的大量接入为特点的新一代电网中，VSG 技术有广阔的应用前景。
CN108923462A提出了一种光伏发电系统虚拟同步机控制方法，在光伏逆变器与光伏组件连接的直流侧接入储能设备及储能变流器；采集光伏组件的电压、电流并执行最大功率点追踪算法，获取直流电压目标值，根据所述直流电压目标值控制储能变流器以恒输出直流电压模式运行；将光伏组件输出的直流功率乘以光伏逆变器转换效率，叠加储能设备的SOC优化调节功率分量作为光伏逆变器的有功功率指令，根据所述有功功率指令控制光伏逆变器按虚拟同步机模式运行。本发明在光伏逆变器中实现了真正意义上电压源型虚拟同步机的控制，具备自主调频、自主调压、惯性、阻尼等优良特性，对电网提供了支撑。
JP2013162623A公开了一种光伏能源系统，采用虚拟同步机计算方式获得所需补偿的功率，并经过储能装置实现功率输出的补偿。如图3-3-3所示为本申请中光伏虚拟同步机的结构图。
由此可以看出，目前虚拟同步发电机调频主要应用于光储联合发电系统中，由储能系统实现功率输出。
结语
频率是电网电能质量和安全状态的一项重要指标，频率的监测与控制对于保障电网系统的安全、经济、可靠运行具有重要的现实意义。电网的频率由系统中的有功功率平衡决定，系统发出的有功功率不足，就会导致频率偏低。本文研究的目的主要是针对当前日益发展的光伏发电系统实现电网频率控制的各研究方向，为今后相关技术的研究与发展提供一定的参考。我国电网网架与能源结构与国外有诸多不同，故亟待进一步深入地探索研究符合我国实情、具有鲜明特色的电网控制技术。
参考文献
【1】专利公开号：CN108054770A
【2】专利公开号：DE102011078895A1
【3】专利公开号：CN109494768A
【4】专利公开号：US2017102675A1
【5】专利公开号：CN108923462A
【6】专利公开号：JP2013162623A
作者简介：第一作者：曹玮，1988年9月出生，女，硕士研究生，从事电力电子领域专利审查工作；郭丽雅，1985年12月出生，女，硕士研究生，从事电力电子领域专利审查工作；金海琴，1986年10月出生，女，硕士研究生，从事电力电子领域专利审查工作；郭丽雅、 金海琴等同于第一作者。
