雙饋風力發電機虛擬慣量響應控制技術分析

摘 要：我國風電滲透率不斷提高，風力發電對電網頻率的穩定控制影響不斷增加。然而，目前風力發電機的主流機型為雙饋風力發電機，它通過變頻器控制實現了有功功率和無功功率的解耦，對它們進行獨立調節，但也使得風機轉速與電網頻率失去了耦合關系。針對上述問題，本文提出了補充有功功率的虛擬慣量響應控制技術，實現雙饋風力機的調頻功能，并通DIgSILENT/Powerfactory進行了仿真驗證。

關鍵詞：雙饋風力發電機；電網頻率；虛擬慣量響應控制

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A

目前，我國環境污染問題嚴重，發展新能源是解決環境問題與化石能源緊缺的關鍵。我國風能資源豐富，風力發電新增裝機容量與累計裝機容量不斷快速增長，我國風力發電早在“十二五”期間就繼火電、水電之后步入1億千瓦俱樂部行列，成為了我國電力市場的重要組成部分。雙饋風力發電機由于其具有可實現有功和無功解耦、功率因數高、交流勵磁等優點，是目前我國風力發電機的主流機型，有著很大的裝機容量。但雙饋風力發電機由于變頻器的解耦作用使得電網頻率與轉子轉速失去了耦合的關系，因此在很大程度上失去了調頻的能力。但是雙饋風力發電機的動能不容小覷，我們可以通過控制策略與變頻器的功能實現同步發電機慣量響應調頻的功能，即本文所研究的有功功率補償的虛擬慣量響應控制。

1 虛擬慣量響應控制

當發生頻率偏移時，根據頻率測量值與頻率參考值的差值得到DFIG有功功率補充控制參考值，然后將補充控制參考值引入到DFIG控制策略中的功頻特性控制模塊中，控制框圖如下圖所示，其中下支路為引入df/dt的轉矩補充方式，上支路為引入Δf 的轉矩補充方式，C為電網額定頻率。

2 仿真結果

在DIgSILENT/PowerFactory軟件下搭建小型系統模型，該模型含150臺1.5MW等值雙饋風機、一臺50MW同步發電機、270MW負荷，并在20s時設置20MW的擾動負荷，設置同步發電機為SL節點。當引入有功功率補償后的仿真結果如下圖所示。

根據仿真結果可知：雙饋風力發電機控制策略中不添加任何頻率輔助控制措施時，當系統負荷功率增加，頻率波動時，雙饋風力發電機無法對系統頻率波動做出任何響應，頻率跌落深度最大；分別將Δf和df/dt引入到控制策略中都能夠實現系統頻率變化率減小，頻率跌落最低點有所抬升，但將兩者同時引入到控制策略中效果最好。

3 結語

我國的風電裝機容量將會進一步增加，且風電機組多建在偏遠地區，風力發電機對電網頻率的影響力將不斷增加，研究雙饋風力發電機的頻率調控能力意義深遠。雖然有功補償的虛擬慣量響應控制技術可以實現頻率的控制，但是尋求響應速度更快的方法是下一步研究的重點。

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作者簡介：

董鵬程（1990-），男，漢族，山東濱州人，青島大學自動化與電氣工程學院在讀研究生，研究方向：電力系統在線監測及故障診斷。