本文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

作者与机构
本研究由张剑云和李明节共同完成，两人均来自国家电力调度控制中心。研究发表于《中国电机工程学报》（Proceedings of the CSEE）2020年第40卷第11期，具体发表日期为2020年6月5日。

学术背景
随着风电和光伏发电的快速发展，火电和水电在发电结构中的比重显著下降，这可能导致未来电力系统的频率特性发生显著变化。频率特性是电力系统稳定运行的关键指标之一，其变化可能对系统的安全性和可靠性产生深远影响。因此，研究新能源高渗透率下电力系统的频率特性具有重要的理论和实践意义。
本研究的主要目标是分析新能源高渗透率对电力系统频率特性的影响，并提出相应的解决方案。研究基于频率传递函数模型，通过稳态和动态性能指标，量化分析了新能源渗透率对系统频率特性的影响，并提出了新能源参与频率控制的两种方式。研究的核心问题包括：新能源渗透率如何影响系统频率特性，以及新能源发电如何参与系统调频。

研究流程
研究分为以下几个主要步骤：
1. 建立频率模型
研究首先建立了新能源高渗透率电力系统的简化频率模型。该模型基于经典文献中的同步发电机频率模型，通过引入常规同步机组发电系数k来表征新能源的渗透率。模型忽略了具体的调速器控制、涡轮机模型等非线性环节，重点研究系统的总体频率特性。
2. 稳定性分析
研究对系统的闭环控制稳定性进行了详细分析。通过劳斯判据，推导了系统稳定的条件，并针对火电和水电系统分别进行了讨论。
3. 稳态性能分析
研究定义了两种稳态频率误差：参考频率阶跃响应的稳态频率误差（e1）和功率阶跃响应的稳态频率误差（e2）。通过频域分析和终值定理，推导了e1和e2的表达式，并分析了它们随新能源渗透率的变化趋势。
4. 动态性能分析
研究定义了动态频率响应系数（βd），并通过拉普拉斯变换推导了系统的动态频率响应特性。通过时域分析，研究了系统在功率扰动下的动态频率变化，并给出了新能源渗透率上限的估计方法。
5. 新能源频率控制方式分析
研究提出了新能源参与频率控制的两种方式：功率闭环方式和参考频率闭环方式。通过传递函数运算，分析了两种方式对系统稳态和动态频率特性的影响。
6. 时域仿真验证
研究使用MATLAB对三种场景下的新能源高渗透电力系统进行了数字仿真，验证了理论分析的正确性，并揭示了未来电力系统频率特性的发展趋势。

主要结果
1. 频率模型与稳定性分析
研究成功建立了新能源高渗透率电力系统的简化频率模型，并通过劳斯判据证明了系统的稳定性条件。对于火电系统，当k > 0时，系统稳定；对于水电系统，当k满足特定条件时，系统稳定。
2. 稳态性能分析
研究结果表明，随着新能源渗透率的提高，稳态频率误差e1和e2显著增大。当k从1降至0时，e1从0.0005增大到1.0，e2从0.05增大到100，表明系统频率维持工频同步和抗扰动能力显著下降。
3. 动态性能分析
动态频率响应系数βd随k的降低而下降，表明系统频率抗扰动的动态特性随新能源渗透率提高而变差。研究还给出了新能源渗透率上限的估计值，约为52%。
4. 新能源频率控制方式分析
研究结果表明，功率闭环方式可以降低e2，但会增大e1；参考频率闭环方式可以同时降低e1和e2，是更为优越的频率控制方式。
5. 时域仿真验证
仿真结果验证了理论分析的正确性，并表明随着新能源渗透率的提高，系统频率特性将更主要地取决于新能源发电的调频能力。

结论
本研究通过理论分析和时域仿真，系统性地研究了新能源高渗透率对电力系统频率特性的影响，并提出了新能源参与频率控制的优化方案。研究结果表明，新能源渗透率的提高将显著影响系统频率特性，而新能源采用参考频率闭环方式参与调频是遏制频率特性下降的有效手段。该研究为未来高比例新能源电力系统的规划和运行提供了重要的理论依据。

研究亮点
1. 建立了新能源高渗透率电力系统的简化频率模型，为量化分析频率特性提供了理论基础。
2. 定义了稳态频率误差和动态频率响应系数，系统性地分析了新能源渗透率对频率特性的影响。
3. 提出了新能源参与频率控制的两种方式，并通过理论分析和仿真验证了参考频率闭环方式的优越性。
4. 揭示了未来高比例新能源电力系统频率特性的发展趋势，为系统规划和运行提供了重要参考。

其他有价值的内容
研究还讨论了新能源高渗透率下电力系统频率特性的未来发展趋势，指出系统频率可能会像电压那样易于闪变，并提出了必要的虚拟惯量和控制策略以降低频率闪变。这一发现对未来电力系统的设计和优化具有重要的指导意义。

以上是本文档的详细学术报告。