一種構(gòu)造雙饋風(fēng)機虛擬慣性的自適應(yīng)風(fēng)功率跟蹤策略

周凌輝，谷志華，彭曉濤

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一種構(gòu)造雙饋風(fēng)機虛擬慣性的自適應(yīng)風(fēng)功率跟蹤策略

周凌輝1，谷志華2，彭曉濤2

（1.武漢船用電力推進裝置研究所，武漢430064；2.武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，武漢 430072）

風(fēng)電機組的虛擬慣性對于改善風(fēng)電系統(tǒng)的頻率動態(tài)穩(wěn)定性具有重要作用。本文首先分析了雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制器跟蹤最大風(fēng)功率的工作原理，在此基礎(chǔ)上分析了最大風(fēng)功率跟蹤對并網(wǎng)風(fēng)機的頻率響應(yīng)特性及對雙饋風(fēng)機常規(guī)附加虛擬慣性控制的影響。接著，研究了雙饋風(fēng)機基于最大風(fēng)功率跟蹤曲線線性調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方法及其特點。同時利用轉(zhuǎn)子運動方程推導(dǎo)了聯(lián)系電網(wǎng)頻率與雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子動能的虛擬慣性表達式，在此基礎(chǔ)上提出了雙饋風(fēng)機基于風(fēng)功率跟蹤自適應(yīng)調(diào)節(jié)的虛擬慣性控制策略。最后，通過仿真驗證了該控制策略的有效性。

雙饋感應(yīng)發(fā)電機 最大風(fēng)功率跟蹤 虛擬慣性 頻率響應(yīng)

0 引言

本文在分析雙饋風(fēng)機跟蹤最大風(fēng)功率的轉(zhuǎn)速控制原理及其對附加虛擬慣性控制影響的基礎(chǔ)上，研究了雙饋風(fēng)機基于最大風(fēng)功率跟蹤曲線線性調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)子調(diào)速方法，進而根據(jù)雙饋風(fēng)電機組的虛擬慣量表達式，提出了構(gòu)建雙饋風(fēng)電機組虛擬慣性的風(fēng)功率跟蹤自適應(yīng)控制策略。該控制策略能夠根據(jù)頻率偏差動態(tài)調(diào)整雙饋風(fēng)機的轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速，從而為虛擬慣性構(gòu)建提供額外的轉(zhuǎn)子動能。最后利用仿真驗證了所提出虛擬慣性控制策略的合理有效性。

1 雙饋風(fēng)機跟蹤最大風(fēng)功率的轉(zhuǎn)速控制

1.1 雙饋風(fēng)機跟蹤最大風(fēng)功率的轉(zhuǎn)速控制原理

如圖1所示，并網(wǎng)運行雙饋風(fēng)機的發(fā)電機轉(zhuǎn)子通過齒輪箱與風(fēng)機轉(zhuǎn)子耦合，同時，轉(zhuǎn)子的三相對稱繞組通過雙向PWM變流器RSC和GSC與電網(wǎng)連接，定子三相對稱繞組則與電網(wǎng)直接連接。

圖1 DFIG的并網(wǎng)運行原理圖

P為風(fēng)機輸入雙饋感應(yīng)發(fā)電機DFIG的機械功率；ω為DFIG的轉(zhuǎn)子角速度；J為風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子的固有機械轉(zhuǎn)動慣量；=(ω-ω)/ ω，為ω與電網(wǎng)同步電角速度ω(ω=2πff為電網(wǎng)頻率)的轉(zhuǎn)差率；SP為雙饋風(fēng)機經(jīng)雙向變流器向DFIG轉(zhuǎn)子三相繞組輸入的轉(zhuǎn)差頻率功率。若忽略DFIG定子的電阻和磁鏈變化，同時將RSC矢量控制的坐標系的軸定向在定子磁鏈上，則由定子側(cè)有功、無功和電磁轉(zhuǎn)矩方程可知，DFIG可通過轉(zhuǎn)子電流的i分量控制定子側(cè)電磁功率P，通過轉(zhuǎn)子電流的i分量控制定子側(cè)無功，進而實現(xiàn)風(fēng)電機組有功無功的解耦控制[23]。

正常運行時，功率外環(huán)控制中的有功指令由圖2所示雙饋風(fēng)機的轉(zhuǎn)速控制器按照最大風(fēng)功率跟蹤控制確定。圖2所示轉(zhuǎn)速控制包括兩個過程：一個是P指令的產(chǎn)生過程，該控制利用實測P根據(jù)最大風(fēng)功率跟蹤曲線的擬合函數(shù)ω=AP+BP+、ω≤ω≤ω確定轉(zhuǎn)速參考值ω，通過ω和實際反饋轉(zhuǎn)速ω的比較，經(jīng)電磁轉(zhuǎn)矩PI調(diào)節(jié)器確定消除ω和ω偏差，產(chǎn)生電磁功率指令P；另一個是i的產(chǎn)生過程，該控制利用指令P和實測P的比較偏差，經(jīng)電磁功率PI調(diào)節(jié)器確定使P跟蹤P的i。

1.2 雙饋風(fēng)機跟蹤最大風(fēng)功率的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程

雙饋風(fēng)機最大風(fēng)功率跟蹤的目標就是通過調(diào)節(jié)i使P趨于P。其利用轉(zhuǎn)速控制器實現(xiàn)最大風(fēng)功率跟蹤的過程可由圖3分析。圖中，ω和ω分別為雙饋風(fēng)機并網(wǎng)運行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍的下限和上限；P和P分別為最大風(fēng)功率跟蹤曲線擬合函數(shù)中對應(yīng)ω和ω的P取值下限和上限；P為風(fēng)電機組的額定輸出功率。曲線為風(fēng)電機組在額定風(fēng)速內(nèi)實現(xiàn)最大風(fēng)功率跟蹤的運行區(qū)間。曲線上的、、分別風(fēng)電機組在風(fēng)速v3、v2和v1下跟蹤最大風(fēng)功率的穩(wěn)定運行點。

圖2 雙饋風(fēng)機跟蹤最大風(fēng)功率的轉(zhuǎn)速控制原理

假設(shè)風(fēng)機初始最優(yōu)運行點為，若風(fēng)速突然由v2改變?yōu)関1，則風(fēng)機輸出機械功率將由曲線v2的點風(fēng)功率P突變?yōu)榍€v1的點風(fēng)功率P。由于P大于風(fēng)機在初始運行點b的電磁功率P，因此轉(zhuǎn)速ω增加，并大于由P依據(jù)擬合函數(shù)確定的轉(zhuǎn)速指令ω=ω。ω和ω的偏差將進一步引起P增加，并通過調(diào)節(jié)i增加P，進而使P趨于P。由于雙饋風(fēng)機在v1曲線段輸入的P大于最大風(fēng)功率跟蹤曲線段所對應(yīng)P，因此，轉(zhuǎn)速控制器沿著曲線不斷增大風(fēng)機的P和ω，直至使P等于P的運行點處。同理可分析風(fēng)速由v2改變?yōu)関3時，風(fēng)電機組由穩(wěn)定運行點改變至點的最大風(fēng)功率跟蹤過程。

此外，當風(fēng)速下降使ω小于ω，風(fēng)機的最大風(fēng)功率跟蹤將運行在曲線所示的低風(fēng)速恒轉(zhuǎn)速區(qū)間，此時ω恒等于ω，風(fēng)電機組通過降低P使ω趨于ω；當風(fēng)速上升使ω大于ω，風(fēng)機將運行在曲線所示的高風(fēng)速恒轉(zhuǎn)速區(qū)間，此區(qū)間ω恒等于ω，風(fēng)機通過增加P使ω趨于ω，當風(fēng)速增大到使P≥P時，為了能繼續(xù)使ω趨于ω,且P≤P，需要通過調(diào)節(jié)槳距角以減小風(fēng)功率輸入。

2 最大風(fēng)功率跟蹤對雙饋風(fēng)機頻率響應(yīng)的影響

雙饋風(fēng)機并網(wǎng)后，當忽略同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子的阻尼作用，同步發(fā)電機的頻率動態(tài)特性和風(fēng)電系統(tǒng)的有功平衡可由式(1)表示：

式中，P、P和H分別為同步發(fā)電機的機械功率、電磁功率和慣量常數(shù)；n、n分別為風(fēng)電系統(tǒng)中同步發(fā)電機和風(fēng)電機組的并網(wǎng)數(shù)量；P為風(fēng)機輸出的電磁功率；∑P和∑P分別表示風(fēng)電系統(tǒng)的有功需求和有功損耗。

若不考慮同步發(fā)電機的一次調(diào)頻，當系統(tǒng)有功需求變化△P，則由式(1)可知：

式中，△P為同步發(fā)電機的電磁功率增量；△P為風(fēng)機的電磁功率增量。對式(2-1)積分可得有功需求變化所導(dǎo)致的系統(tǒng)頻率偏差：

(3)

依據(jù)式(3)可知，隨著風(fēng)電滲透率的增加，系統(tǒng)中同步發(fā)電機的并網(wǎng)數(shù)量n下降，系統(tǒng)慣性時間常數(shù)總和也將下降。同時，由風(fēng)機的最大風(fēng)功率跟蹤原理可知，其輸出功率P由最大風(fēng)功率跟蹤曲線與風(fēng)功率曲線的交點確定，與電網(wǎng)頻率的變化無關(guān)。因此當f變化時，由于△P=0，頻率偏差f將隨著風(fēng)電滲透率的增加而增大。

圖4 雙饋風(fēng)電機組的附加虛擬慣性控制

若按圖4在最大風(fēng)功率跟蹤指令值上附加與df/成正比的有功調(diào)節(jié)指令△P，由式(1)和式(3)分析可知該附加有功調(diào)節(jié)指令將使風(fēng)機提供阻尼系統(tǒng)頻率變化的虛擬慣性。但由最大風(fēng)功率跟蹤的轉(zhuǎn)速控制原理可知，當f變化，附加虛擬慣性控制雖然會改變P輸出，并使ω改變，但變化的P又將使ω向ω改變的反方向逐漸變化，則ω與ω之間的增大偏差將反作用P，使其變化減小并逐漸恢復(fù)至初始狀態(tài)，從而影響用于改善風(fēng)機頻率響應(yīng)特性的調(diào)頻有功輸出。圖5通過仿真圖4所示并網(wǎng)雙饋風(fēng)機在△P等于正負0.5MW階躍指令作用下的電磁功率和轉(zhuǎn)速動態(tài)響應(yīng)過程，驗證了最大風(fēng)功率跟蹤對附加虛擬慣性控制的制約作用。

3 基于自適應(yīng)跟蹤風(fēng)功率的虛擬慣性控制

3.1 最大風(fēng)功率跟蹤曲線的線性調(diào)節(jié)

對圖3所示最大風(fēng)功率跟蹤曲線進行比例調(diào)節(jié)：若比例調(diào)節(jié)系數(shù)滿足βx≥>1時，則曲線將會改變?yōu)閳D6中；若比例調(diào)節(jié)系數(shù)滿足：

β≤<1，則曲線將會改變?yōu)閳D6中。β是使曲線與線段相交的最小比例調(diào)節(jié)值；βx則是使曲線與線段相交且與線段無交點的最大比例調(diào)節(jié)值。如果在最大風(fēng)功率跟蹤穩(wěn)定運行點c，將最大風(fēng)功率跟蹤曲線通過比例調(diào)節(jié)改變?yōu)榍€，則轉(zhuǎn)速控制器的ω將突然改變?yōu)?i>ω。由于ω小于實際轉(zhuǎn)速ω，因此它們的比較偏差將使P突然增加，從而使轉(zhuǎn)速控制器增加P，以使ω增加。同時，由于逐漸增大的P大于曲線對應(yīng)的風(fēng)功率，因此ω會由ω不斷下降，這個過程中P隨之減小，當P減小到使P大于P，在轉(zhuǎn)速控制器的作用下，風(fēng)機將開始逐漸減小P。由于電磁功率大于風(fēng)功率，所以持續(xù)下降的ω將使轉(zhuǎn)速控制器持續(xù)減小電磁功率直至點，此時，ω=ω，P=P，風(fēng)機穩(wěn)定運行在點。同理，如果在最優(yōu)運行點c處，最大風(fēng)功率跟蹤曲線通過比例調(diào)節(jié)改變?yōu)椋瑒t轉(zhuǎn)速控制器的ω將突然改變?yōu)?i>ω。由于ω大于實際轉(zhuǎn)速ω，因此它們的比較偏差將使Peref突然減小，從而使得轉(zhuǎn)速控制器減小P，以使ω減小。同時，由于逐漸減小的P大于曲線對應(yīng)的風(fēng)功率，因此ω會由ω沿曲線上升，這個過程中P不斷增加，當P增加到使P小于P，在轉(zhuǎn)速控制器的作用下，風(fēng)機將開始逐漸增加P。由于電磁功率小于風(fēng)功率，所以持續(xù)上升的ω將使轉(zhuǎn)速控制器持續(xù)增加電磁功率直至點，此時，ω=ω，P=P，風(fēng)電機組穩(wěn)定運行在點。

設(shè)ω=ω，P= P，對上述調(diào)節(jié)過程的運行點進行分析可知，穩(wěn)定運行點和處的轉(zhuǎn)速和電磁功率分別滿足：

式中，x和x為方程AP+BP+=0的根。設(shè)P=P-ε，ω=ω+ω，則由式(4)可得比例系數(shù)β表達式：

(5)

式中，ε是調(diào)速前后兩個穩(wěn)態(tài)運行點之間電磁功率偏差?？紤]風(fēng)電機組風(fēng)功率在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的較小漸變特點，因此若忽略轉(zhuǎn)速變化ω內(nèi)的功率偏差ε，則可得β近似表達式：

將式(6)和P=P-ε分別代入式(4)可得：

因此，利用β近似表達式進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的調(diào)速誤差ε為：

依照個體選擇概率對所有個體進行排序，根據(jù)精英保留法直接復(fù)制遺傳選擇概率最優(yōu)的個體，產(chǎn)生符合[0,1]范圍的隨機數(shù)與重組概率Pc比較。當前研究多用概率設(shè)置算子設(shè)置重組概率[18]，過度保護了高適應(yīng)度個體。本文基于自適應(yīng)原理改進概率設(shè)置算子，將高適應(yīng)度個體賦予較高的重組概率，以遺傳更多高質(zhì)量基因：

式(8)表明，利用式(6)對最大風(fēng)功率跟蹤曲線進行調(diào)節(jié)，可在保證風(fēng)電機組穩(wěn)定運行的前提下實現(xiàn)調(diào)速。雖然調(diào)速存在誤差，但隨著比例調(diào)節(jié)系數(shù)接近1，由于調(diào)速前后穩(wěn)態(tài)運行點之間的功率偏差減小，因此調(diào)速誤差也將減小。此外，即使調(diào)速前后穩(wěn)態(tài)運行點間的功率偏差較大，比例調(diào)節(jié)系數(shù)的減小也將起到衰減轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)誤差的作用。同理可分析穩(wěn)態(tài)運行點。

圖7通過仿真圖2所示并網(wǎng)雙饋風(fēng)機在=1.05和=0.95時的電磁功率和轉(zhuǎn)速動態(tài)響應(yīng)過程，驗證了上述雙饋風(fēng)機對線性調(diào)節(jié)最大風(fēng)功率跟蹤曲線的響應(yīng)分析。對比圖7所示雙饋風(fēng)機電磁功率和轉(zhuǎn)速的初始穩(wěn)態(tài)和最終穩(wěn)態(tài)可知，即使風(fēng)速不變，由于最大風(fēng)功率跟蹤曲線發(fā)生變化，因此雙饋風(fēng)機的穩(wěn)定運行點發(fā)生改變，不僅使風(fēng)機的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速和輸出功率發(fā)生改變，而且對比圖5的輸出功率暫態(tài)響應(yīng)過程可知，系統(tǒng)頻率變化時，通過線性調(diào)節(jié)最大風(fēng)功率曲線能夠更好改善雙饋風(fēng)機的頻率響應(yīng)特性。

3.2 構(gòu)建虛擬慣性的自適應(yīng)風(fēng)功率跟蹤控制策略

若忽略圖1中風(fēng)機和DFIG間傳動齒輪的功率損耗，則由動力學(xué)原理可得雙饋風(fēng)電機組的轉(zhuǎn)子運動方程：

對上式積分可得：

(10)

式中，t和t分別是積分結(jié)束和起始時刻。雖然雙饋風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子的ω與電網(wǎng)ω被其雙向PWM變流器解耦，但是通過假設(shè)風(fēng)電機組的虛擬轉(zhuǎn)動慣量J，可建立系統(tǒng)頻率與其轉(zhuǎn)子動能的聯(lián)系，即：

假設(shè)t為虛擬轉(zhuǎn)動慣量控制的起始時刻，t為虛擬轉(zhuǎn)動慣量控制的當前時刻，對式(11)進行積分，則依據(jù)式(10)可得：

(12)

令J/J=，則由式(12)可得當前虛擬轉(zhuǎn)動慣量控制的風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)目標：

式中，ω(t)和ω(t)分別為虛擬轉(zhuǎn)動慣量控制初始時刻的風(fēng)電系統(tǒng)同步電角速度和風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子角速度。若令ω(t)= ω、ω(t)= ω，同時令當前檢測的電網(wǎng)同步電角速度ω(t)= ω(t)，則可確定當前虛擬轉(zhuǎn)動慣量控制的風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)目標值ω(t)，進而依據(jù)式(6)可得實現(xiàn)當前虛擬轉(zhuǎn)動慣量控制的最大風(fēng)功率跟蹤曲線比例調(diào)節(jié)系數(shù)：

(14)

考慮系統(tǒng)頻率向上波動和向下波動情況相似，且向上波動的范圍小于向下波動，因此可通過分析頻率向下波動的情況，確定式中的取值范圍。

將J=αJ代入式(12)可得：

進一步整理式(15)可得：

(16)

一般電力系統(tǒng)頻率安全運行下限為48Hz，在調(diào)頻過程中同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速變化范圍通常為0.96~1p.u.，則-0.0392ω≤ω(t)-ω≤0。忽略初始轉(zhuǎn)差率S，且為了減小調(diào)速誤差令1≥，則依據(jù)式(16)可得取值范圍為0≤2.42。

基于上述分析，當不考慮風(fēng)功率變化，由式(11)可知，通過對最大風(fēng)功率跟蹤曲線進行比例調(diào)節(jié)，能夠通過調(diào)節(jié)雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)速改變電磁功率輸出，進而為雙饋風(fēng)機提供構(gòu)建頻率慣性的率慣性特性的調(diào)頻有功。由此，本文提出了圖8所示的雙饋風(fēng)機基于風(fēng)功率跟蹤自適應(yīng)調(diào)節(jié)的虛擬慣性控制策略。由圖可見，該策略通過檢測當前系統(tǒng)同步電角速度，根據(jù)風(fēng)電機組轉(zhuǎn)子初始角速度和式(14)確定修正最大風(fēng)功率跟蹤曲線的比例調(diào)節(jié)系數(shù)得以實現(xiàn)。

4 仿真分析

利用圖9所示仿真模型對比研究G1不采用虛擬慣性控制、采用附加虛擬慣性控制、采用基于自適應(yīng)風(fēng)功率跟蹤的虛擬慣性控制時，系統(tǒng)狀態(tài)對頻率變化的動態(tài)響應(yīng)。圖中，雙饋風(fēng)機G1為100 MW風(fēng)電場，分別與額定功率200MW的同步發(fā)電機G2和額定功率150 MW的同步發(fā)電機G3連接，L1為100 MW有功負荷，可經(jīng)開關(guān)CB1進行投切控制，L2為200MW有功負荷。仿真中，風(fēng)電場風(fēng)速設(shè)為9 m/s，雙饋風(fēng)機最大風(fēng)功率跟蹤曲線擬合公式為:ω=0.8669P+1.916P+0.3298、ω=0.67ω=1.5，P=20MW、P=100MW，圖8中=2，圖4中k=50，通過在2s時刻操作開關(guān)CB1接入負荷L1和切除L1設(shè)置系統(tǒng)頻率擾動。兩種頻率擾動下的系統(tǒng)狀態(tài)響應(yīng)如圖10和圖11所示。

對比圖10(a)和圖11(a)的可知，采用所提虛擬慣性控制，發(fā)生負荷增加擾動時，頻率的最大下降幅度由無慣性控制時的49.87Hz上升到49.93Hz，降低幅度減少46.15%；切除負荷擾動時，頻率的最大上升速幅度由無慣性控制的50.14Hz下降到50.08 Hz，上升幅度減少42.86%。

同時，對比圖中系統(tǒng)頻率在兩種虛擬慣性控制作用下的響應(yīng)可知，所提虛擬慣性控制能夠更好改善系統(tǒng)的頻率慣性，減小系統(tǒng)頻率偏差幅度。對比圖10(b)、圖10(c)和圖11(b)、圖11(c)可知，當雙饋風(fēng)機G1采用無虛擬慣性控制時，風(fēng)電場對系統(tǒng)頻率變化幾乎沒有響應(yīng)；當采用虛擬慣性控制后，對于系統(tǒng)頻率擾動可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，存儲或釋放轉(zhuǎn)子動能為系統(tǒng)提供一定的調(diào)頻有功支持，有效減小系統(tǒng)的頻率變化。

注：實線(黑色)-無慣性；虛線(藍色)-附加虛擬慣性控制; 點化線(紅色)-風(fēng)功率跟蹤自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

圖10(d)、圖10(e)和圖11(d)、圖11(e)描述了風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)中同步發(fā)電機G2和G3的有功動態(tài)調(diào)節(jié)過程。如圖，當風(fēng)電機組G1不采用虛擬慣性控制，由于G1對系統(tǒng)頻率變化不能提供有功支持，并且同步發(fā)電機G2和G3的調(diào)速器調(diào)節(jié)較慢，因此負荷的突然變化將導(dǎo)致G2和G3電磁功率的迅速變化，進而使同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速迅速發(fā)生變化并導(dǎo)致系統(tǒng)頻率的快速變化。而當G1采用虛擬慣性控制時，對于負荷變化引起的系統(tǒng)頻率變化，G1通過虛擬慣性控制調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子速度，利用轉(zhuǎn)子動能的儲存或釋放補償系統(tǒng)有功缺額，因此G2和G3電磁功率的變化在頻率變化初期有所減小，進而減小了同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速變化并使系統(tǒng)頻率變化減小。同時，對比G1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、電磁功率和G2、G3電磁功率在兩種虛擬慣性控制作用下的響應(yīng)可知，所提虛擬慣性控制由于克服了最大風(fēng)功率跟蹤對風(fēng)機穩(wěn)定運行點的約束，因此較附加虛擬慣性控制能夠?qū)崿F(xiàn)更大范圍的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和阻尼頻率變化的有功輸出。

(a)增加L 1負荷時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及其指令值

(b)切除L 1負荷時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及其指令值

上述仿真中ω的指令值、實際值和最大風(fēng)功率跟蹤曲線比例調(diào)節(jié)系數(shù)的變化過程如圖12所示。圖12(c)仿真結(jié)果表明，與頻率偏差變化保持同步，當頻率偏差不為零，也將偏離穩(wěn)態(tài)值1，若>1則轉(zhuǎn)速上升、功率減小，若<1則轉(zhuǎn)速下降、功率增加，當頻率恢復(fù)初始穩(wěn)態(tài)值，則=1，風(fēng)電機組恢復(fù)最大風(fēng)功率跟蹤運行方式。同時，的變化范圍和取值驗證了所提出參數(shù)設(shè)計方法的合理性。圖12(a)、(b)的仿真結(jié)果則表明所提調(diào)速方法存在調(diào)速誤差，并且調(diào)速誤差隨著比例調(diào)節(jié)系數(shù)的增大而增加、減小而減少，因此可通過參數(shù)的選擇，適當限制比例調(diào)節(jié)系數(shù)的變化范圍，進而降低調(diào)速誤差的范圍。

5 結(jié)論

本文從充分利用雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子動能改善其頻率響應(yīng)特性的角度出發(fā)，研究了雙饋風(fēng)機的非最大風(fēng)功率跟蹤的調(diào)速方法，并基于此提出了雙饋風(fēng)機基于自適應(yīng)風(fēng)功率跟蹤的虛擬慣性控制策略。通過研究和仿真得到如下結(jié)論：

1)風(fēng)電滲透率的增加，電網(wǎng)的頻率慣性將下降，暫態(tài)響應(yīng)的頻率偏差將增大；

2)所研究虛擬慣性控制策略有效克服了最大風(fēng)功率跟蹤對雙饋風(fēng)機附加虛擬慣性控制的影響，并且能夠在改變風(fēng)機穩(wěn)定運行點的前提下，通過大范圍調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子速度構(gòu)建風(fēng)機的虛擬轉(zhuǎn)動慣量，從而使風(fēng)電機組具備響應(yīng)頻率變化的虛擬慣性；

3)所研究虛擬慣性控制策略具有控制器結(jié)構(gòu)簡單、易于工程實現(xiàn)、控制器參數(shù)少且便于設(shè)計的特點。

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An Adaptive Wind Power Tracking Strategy for Constructing Virtual Inertia of Doubly-fed Induction Generator-based Wind Turbine

Zhou Linghui1, Gu Zhihua2, Peng Xiaotao2

(1.Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064,China; 2.School of Electrical Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, China)

TM614

A

1003-4862（2017）03-0051-07

2016-09-15

周凌輝（1977-），男，高級工程師。研究方向：船舶電力推進、電力電子技術(shù)。