雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)虛擬慣量響應(yīng)控制技術(shù)分析

摘 要：我國(guó)風(fēng)電滲透率不斷提高，風(fēng)力發(fā)電對(duì)電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定控制影響不斷增加。然而，目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流機(jī)型為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它通過(guò)變頻器控制實(shí)現(xiàn)了有功功率和無(wú)功功率的解耦，對(duì)它們進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，但也使得風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率失去了耦合關(guān)系。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了補(bǔ)充有功功率的虛擬慣量響應(yīng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)力機(jī)的調(diào)頻功能，并通DIgSILENT/Powerfactory進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)；電網(wǎng)頻率；虛擬慣量響應(yīng)控制

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

目前，我國(guó)環(huán)境污染問(wèn)題嚴(yán)重，發(fā)展新能源是解決環(huán)境問(wèn)題與化石能源緊缺的關(guān)鍵。我國(guó)風(fēng)能資源豐富，風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)容量與累計(jì)裝機(jī)容量不斷快速增長(zhǎng)，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電早在“十二五”期間就繼火電、水電之后步入1億千瓦俱樂(lè)部行列，成為了我國(guó)電力市場(chǎng)的重要組成部分。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于其具有可實(shí)現(xiàn)有功和無(wú)功解耦、功率因數(shù)高、交流勵(lì)磁等優(yōu)點(diǎn)，是目前我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流機(jī)型，有著很大的裝機(jī)容量。但雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于變頻器的解耦作用使得電網(wǎng)頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速失去了耦合的關(guān)系，因此在很大程度上失去了調(diào)頻的能力。但是雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的動(dòng)能不容小覷，我們可以通過(guò)控制策略與變頻器的功能實(shí)現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)慣量響應(yīng)調(diào)頻的功能，即本文所研究的有功功率補(bǔ)償?shù)奶摂M慣量響應(yīng)控制。

1 虛擬慣量響應(yīng)控制

當(dāng)發(fā)生頻率偏移時(shí)，根據(jù)頻率測(cè)量值與頻率參考值的差值得到DFIG有功功率補(bǔ)充控制參考值，然后將補(bǔ)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(zhuǎn)矩補(bǔ)充方式，上支路為引入Δf 的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)充方式，C為電網(wǎng)額定頻率。

2 仿真結(jié)果

在DIgSILENT/PowerFactory軟件下搭建小型系統(tǒng)模型，該模型含150臺(tái)1.5MW等值雙饋風(fēng)機(jī)、一臺(tái)50MW同步發(fā)電機(jī)、270MW負(fù)荷，并在20s時(shí)設(shè)置20MW的擾動(dòng)負(fù)荷，設(shè)置同步發(fā)電機(jī)為SL節(jié)點(diǎn)。當(dāng)引入有功功率補(bǔ)償后的仿真結(jié)果如下圖所示。

根據(jù)仿真結(jié)果可知：雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制策略中不添加任何頻率輔助控制措施時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷功率增加，頻率波動(dòng)時(shí)，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)無(wú)法對(duì)系統(tǒng)頻率波動(dòng)做出任何響應(yīng)，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?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)頻率變化率減小，頻率跌落最低點(diǎn)有所抬升，但將兩者同時(shí)引入到控制策略中效果最好。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)容量將會(huì)進(jìn)一步增加，且風(fēng)電機(jī)組多建在偏遠(yuǎn)地區(qū)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)電網(wǎng)頻率的影響力將不斷增加，研究雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)控能力意義深遠(yuǎn)。雖然有功補(bǔ)償?shù)奶摂M慣量響應(yīng)控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)頻率的控制，但是尋求響應(yīng)速度更快的方法是下一步研究的重點(diǎn)。

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作者簡(jiǎn)介：

董鵬程（1990-），男，漢族，山東濱州人，青島大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院在讀研究生，研究方向：電力系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)及故障診斷。