適合風(fēng)電接入的直流輸電自抗擾控制策略研究

張銘體

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司大理供電局，云南 大理 671099）

0 前言

風(fēng)力發(fā)電由于技術(shù)成熟、成本較低且可大規(guī)模開發(fā)利用，因此成為可持續(xù)發(fā)展新能源中發(fā)展最快、最具有競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)電技術(shù)。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，普遍認(rèn)為風(fēng)力發(fā)電需具備有功控制和頻率調(diào)節(jié)等輔助服務(wù)功能。由于風(fēng)電出力時(shí)會(huì)受到風(fēng)速的隨機(jī)性和間歇性擾動(dòng)的影響，使系統(tǒng)有功功率和負(fù)載容量不平衡，間接導(dǎo)致系統(tǒng)頻率大規(guī)模擾動(dòng)。文獻(xiàn)[1-2]中針對(duì)不同風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的頻率響應(yīng)特性進(jìn)行研究，得出變速恒頻型風(fēng)機(jī)無法主動(dòng)響應(yīng)系統(tǒng)頻率的變化。文獻(xiàn)[3-4]提出了利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子慣性控制、超速控制和變槳控制組合控制并配合儲(chǔ)能輔助風(fēng)電調(diào)頻策略。文獻(xiàn)[5]提出區(qū)域控制誤差（area control error,ACE）信號(hào)經(jīng)過處理后疊加風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的有功功率，利用ACE誤差信號(hào)參與風(fēng)電并網(wǎng)頻率控制。文獻(xiàn)[6]提出了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與自動(dòng)發(fā)電控制AGC 機(jī)組分布式協(xié)同實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)頻率的策略，在消納風(fēng)電低頻分量和平衡系統(tǒng)有功功率中有較好效果。文獻(xiàn)[7]提出將風(fēng)電出力波動(dòng)部分作為負(fù)載處理的策略，能較好地平抑功率和頻率的波動(dòng)。文獻(xiàn)[8]中研究了基于高壓直流輸電頻率附加控制策略，結(jié)果表明利用高壓直流的短時(shí)過載能力和快速功率調(diào)制能力代替?zhèn)鹘y(tǒng)的風(fēng)電調(diào)頻儲(chǔ)能可以明顯改善系統(tǒng)頻率。文獻(xiàn)[9] 提出了基于AFC 的HVDC 配合基于PID 的AGC 輔助風(fēng)電并網(wǎng)頻率控制，并在各種隨機(jī)擾動(dòng)情況下取得了較好的效果，分析其仿真波形，得其魯棒性能如表1 所示。

表1 AFC配合AGC控制的魯棒性能

本文在文獻(xiàn)[9]研究基礎(chǔ)上，針對(duì)含大規(guī)模風(fēng)電接入的交直流輸電系統(tǒng)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行分析；基于風(fēng)力發(fā)電的調(diào)頻技術(shù)和自抗擾控制技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提出了HVDC 附加AFC 作為一次調(diào)頻和基于自抗擾的AGC 作為二次調(diào)頻配合基于自抗擾控制器的慣性響應(yīng)控制抑制風(fēng)電出力大幅度隨機(jī)擾動(dòng)引起的頻率波動(dòng)。最后利用MATLAB/SIMULINK 進(jìn)行仿真，并與無頻率附加控制直接并網(wǎng)、文獻(xiàn)[9]中AFC 和AGC 控制方式并網(wǎng)和基于經(jīng)典控制PID 控制技術(shù)的控制并網(wǎng)方案進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證基于自抗擾控制技術(shù)并網(wǎng)控制策略的優(yōu)越性及可行性。

1 風(fēng)電特性及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)特性

以自然界空氣流動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能為能量來源的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是通過風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再通過變速裝置將轉(zhuǎn)速提高至適合發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能，最后由發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，再通過電氣技術(shù)將電能并入電網(wǎng)中。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)相關(guān)知識(shí)可以得知：風(fēng)是由四個(gè)基本量線性疊加而成[10]；設(shè)實(shí)際風(fēng)速為v，則v由基本風(fēng)速：vb、陣風(fēng)風(fēng)速：vg、漸變風(fēng)速：vr、和隨機(jī)風(fēng)速：vn線性疊加而成；基本風(fēng)：vb反應(yīng)了平均風(fēng)速；陣風(fēng)vg：反應(yīng)了風(fēng)速的突變性；漸變風(fēng)vr：反應(yīng)了風(fēng)速的緩慢變化的特性；隨機(jī)風(fēng)vn：反應(yīng)了風(fēng)速的隨機(jī)性。由此建立數(shù)學(xué)模型如式所示：

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出功率PWTG會(huì)隨著實(shí)際風(fēng)速的變化而發(fā)生改變，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

在式中：ρ：空氣密度；R：風(fēng)葉半徑；λ：葉尖速比；θ：槳距角；Cp(λ,θ)：功率效率；Vw：風(fēng)速。根據(jù)能量守恒定律，在能量轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)有損失，因此實(shí)際利用系數(shù)Cp＜0.593（稱為貝茲極限Betz Limit）；查閱相關(guān)資料，得到風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)為：

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出功率，會(huì)受到風(fēng)電場(chǎng)匯集效應(yīng)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片慣性作用而受到一定程度抑制[11]；但風(fēng)能的持續(xù)性和間歇性波動(dòng)，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)輸出的有功功率持續(xù)擾動(dòng)，如果不經(jīng)過任何控制系統(tǒng)對(duì)其加以控制就直接并入電網(wǎng)，風(fēng)力發(fā)電輸出的有功擾動(dòng)會(huì)造成電力系統(tǒng)有功功率不平衡，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)頻率造成損害。

2 自抗擾控制器設(shè)計(jì)

自抗擾控制器是基于傳統(tǒng)控制技術(shù)PID 控制器基礎(chǔ)以誤差來消除誤差原理上發(fā)展起來用來代替PID 控制器的新型控制器，其保留了PID 控制技術(shù)控制精髓和控制優(yōu)點(diǎn)，并且對(duì)PID控制中存在的缺陷進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)現(xiàn)代化控制技術(shù)中對(duì)控制精度、響應(yīng)速度和抗干擾能力的要求[12]。主要由跟蹤微分器、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器、非線性誤差反饋控制器和擾動(dòng)補(bǔ)償裝置四個(gè)部分組成[13]。本文根據(jù)需要設(shè)計(jì)一個(gè)三階的自抗擾控制器，基于自抗擾控制技術(shù)的分離性原理設(shè)計(jì)了如圖1 的控制結(jié)構(gòu)框圖。本文設(shè)計(jì)的自抗擾控制器由過渡過程（TD）、擴(kuò)張觀測(cè)器（ESO）、非線性組合（NLSEF）三個(gè)部分構(gòu)成，其中擾動(dòng)補(bǔ)償控制部分隱藏于擴(kuò)張觀測(cè)器和非線性組合之間傳遞函數(shù)部分。TD 為輸入信號(hào)安排過渡過程，以產(chǎn)生設(shè)定值的跟蹤信號(hào)和微分信號(hào)；ESO 對(duì)受控對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)觀測(cè)，以及時(shí)獲得系統(tǒng)擾動(dòng)估計(jì)的動(dòng)態(tài)信號(hào)；NLSEF 是誤差的非線性組合，用來代替PID 控制技術(shù)中誤差的積分信號(hào)。

圖1 三階的自抗擾控制器結(jié)構(gòu)框圖

1）根據(jù)控制對(duì)象的承受能力和系統(tǒng)的控制能力，事先安排合理的過渡過程，解決超調(diào)與快速性之間的矛盾，使誤差反饋增益和誤差微分反饋增益選取范圍增大，從而使整定更為容易，控制器的魯棒性加強(qiáng)[14]：

其中v1是安排過渡信號(hào)，v2是該安排過渡過程的微分信號(hào)，v3是安排過渡過程2 階微分信號(hào)。

2）擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器是自抗擾控制器的核心部分，是通過外部變量即控制量和部分狀態(tài)變量或狀態(tài)變量的函數(shù)的觀測(cè)來確定系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變量信息的控制裝置[14]。其作用是根據(jù)估計(jì)出受控對(duì)象的各階狀態(tài)動(dòng)態(tài)特性和被控對(duì)象間的總擾動(dòng)實(shí)時(shí)作用量，通過誤差補(bǔ)償裝置加以補(bǔ)償，使系統(tǒng)線性化為積分器串聯(lián)型結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了控制對(duì)象，有利于提高控制器的控制性能。

其中z1，z2，z3為跟蹤對(duì)象狀態(tài)變量，z4為系統(tǒng)估計(jì)出來的擾動(dòng)。

3）非線性狀態(tài)誤差反饋是給定值過渡過程中產(chǎn)生的跟蹤信號(hào)與微分信號(hào)和被控對(duì)象狀態(tài)變量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)特性之間誤差（包括線性誤差和非線性誤差）的非線性控制方法與控制策略[14]。在已有的動(dòng)態(tài)特性中保留對(duì)控制器新產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)特性有利部分，只消除對(duì)新動(dòng)態(tài)特性不利部分，再用狀態(tài)反饋來補(bǔ)充新的動(dòng)態(tài)特性。

其中u0為提取信號(hào)的非線性組合，z4/b0為對(duì)擾動(dòng)的補(bǔ)償，u為控制器輸出的控制信號(hào)。

3 附加頻率輔助控制策略

3.1 一次調(diào)頻控制策略

本文中采用HVDC 附加頻率控制AFC 作為一次調(diào)頻控制策略，其原理是直流功率調(diào)制。利用高壓直流輸電的短時(shí)過載能力和快速功率調(diào)制能力，快速平衡風(fēng)電出力擾動(dòng)高頻分量[15]；用來代替風(fēng)電并網(wǎng)的調(diào)頻備用容量[8]。通過調(diào)節(jié)整流控制器IGBT 的觸發(fā)角，改變換流站電氣設(shè)備所消耗的無功功率，解決無功功率調(diào)節(jié)和交流電壓穩(wěn)定性的問題，間接的使交直流電力系統(tǒng)功率平衡。本文中換流器采用三相全控橋式整流、逆變電路，其控制方式采用整流側(cè)定電流控制，逆變側(cè)定熄弧角控制，其控制原理框圖如圖2 所示。

針對(duì)風(fēng)電出力受擾動(dòng)的影響引起交直流電力系統(tǒng)有功不平衡，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率發(fā)生偏移的現(xiàn)象，AFC 控制器根據(jù)系統(tǒng)反饋的交直流輸電線路各運(yùn)行狀態(tài)，快速改變整流側(cè)觸發(fā)角，通過改變直流輸電線路的電流值控制高壓直流輸電線路有功功率輸出，緩解交直流電力系統(tǒng)有功不平衡，實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻震蕩的頻率抑制，使系統(tǒng)頻率得到改善[16-17]。AFC 的采用文獻(xiàn)[9] 中提出的方案，其結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖2 換流器IGBT觸發(fā)電流控制方式

圖3 基于AFC的整流控制器輔助控制結(jié)構(gòu)圖

基于TLS-ESPRIT 算法[18]和改進(jìn)射影控制理論[19]，控制器傳遞函數(shù)Gc(s)為[9]：

3.2 AFC與AGC配合輔助頻率控制策略

自動(dòng)發(fā)電控制是電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)間電磁功率平衡的控制技術(shù)，從而解決電力系統(tǒng)由擾動(dòng)引起的系統(tǒng)有功功率不平衡導(dǎo)致系統(tǒng)頻率波動(dòng)的問題。AGC 的控制框圖如圖4 所示，測(cè)量模塊把直流聯(lián)絡(luò)線和交流聯(lián)絡(luò)線上的有功功率偏差信號(hào)和交流系統(tǒng)頻率偏差信號(hào)采集起來傳送到ACE 模塊；ACE 模塊利用 PID 控制器或自抗擾控制器計(jì)算出參考負(fù)荷設(shè)定值，然后通過調(diào)速系統(tǒng)控制發(fā)電機(jī)輸出機(jī)械功率，進(jìn)而參與系統(tǒng)頻率控制[5-6]。

圖4 自動(dòng)發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)原理框圖

交流異步發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用調(diào)壓調(diào)速方式，采用PWM 調(diào)制信號(hào)作為軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)雙向晶閘管導(dǎo)通[20]來實(shí)現(xiàn)交流調(diào)速。由于采用調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速方法，發(fā)電機(jī)的調(diào)速范圍很窄，當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，發(fā)電機(jī)的機(jī)械特性特別軟，很容易受到電網(wǎng)電壓、負(fù)載等擾動(dòng)的影響致使發(fā)電機(jī)受到損壞，因此在控制電路中加入帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)控制，如圖5 所示。

圖5 調(diào)頻發(fā)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)原理圖

文獻(xiàn)[9]中介紹了AFC 和AGC 配合的方案，其結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

圖6 AGC配合AFC控制原理圖

控制策略采用AFC 配合AGC，使區(qū)域偏差信號(hào)ACE 為0，達(dá)到交直流電力系統(tǒng)有功功率平衡，進(jìn)而使系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在系統(tǒng)額定頻率范圍內(nèi)[8]。ACE 由交流聯(lián)絡(luò)線有功功率偏差和直流聯(lián)絡(luò)線有功功率偏差加上用偏差因子加權(quán)的頻率偏差構(gòu)成[9]，即式

式中β為頻率偏差因子。

3.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)慣性響應(yīng)輔助頻率控制策略

大規(guī)模風(fēng)電接入電力系統(tǒng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)慣性降低[21]。當(dāng)異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子與系統(tǒng)頻率解耦時(shí)，無法在系統(tǒng)頻率變化時(shí)主動(dòng)提供慣性支撐，所以通過調(diào)整控制目標(biāo)和控制策略，使機(jī)組主動(dòng)響應(yīng)系統(tǒng)頻率的變化，具有一定的慣性響應(yīng)和頻率調(diào)節(jié)能力[22]。轉(zhuǎn)子慣性控制是在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中，通過改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)換流器的電流，控制轉(zhuǎn)子速度以得到合適的等效慣量，快速響應(yīng)系統(tǒng)頻率的暫態(tài)變化[23-24]，為電力系統(tǒng)提供慣性支持。在轉(zhuǎn)子慣性控制的方法上，通過增加輔助頻率控制環(huán)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組慣性響應(yīng)輔助系統(tǒng)頻率控制[25]，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖7[27]所示。

在控制環(huán)的設(shè)計(jì)上，實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的頻率變化率df/dt 作為慣性響應(yīng)控制的輸入量，經(jīng)過變頻控制系統(tǒng)模塊，輸出為風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)引起的電流變化量。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不能長(zhǎng)時(shí)間維持在速度連續(xù)大規(guī)模波動(dòng)狀態(tài)，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的趨于穩(wěn)定，有可能會(huì)造成慣性響應(yīng)控制系統(tǒng)誤動(dòng)作，引起電力系統(tǒng)頻率發(fā)生擾動(dòng)[26]，因此在頻率變化Δf的跟蹤微分權(quán)重信號(hào)之后加入高通濾波器，作用為避免持久的頻率偏差對(duì)變頻控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響；在頻率偏差的權(quán)重信號(hào)后加入低通濾波器，避免在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)頻率發(fā)生微小變化引起轉(zhuǎn)子慣性響應(yīng)頻率輔助控制系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)作[27]。

圖7 轉(zhuǎn)子慣性響應(yīng)輔助頻率控制原理圖

式中：Kdf：頻率偏差的微分權(quán)重系數(shù)；Kpf：頻率偏差的權(quán)重系數(shù)；Δf：系統(tǒng)頻率偏差。

4 仿真分析

4.1 仿真模型

在Matlab/simulink 平臺(tái)上搭建雙饋異步發(fā)電機(jī)基于改造的四機(jī)兩區(qū)域[28]的測(cè)試系統(tǒng)，控制方式均已在圖中標(biāo)出，其控制結(jié)構(gòu)如圖8 所示：

圖8 仿真模型結(jié)構(gòu)圖

選取額定風(fēng)速為12 m/s，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最大容量為800 MW，額定電壓575V，額定頻率為60 HZ，負(fù)荷為1745 KW，輸電線路全長(zhǎng)為30 KM；短路故障模擬電力系統(tǒng)故障中最為常見的單相接地短路，短路點(diǎn)位于距離發(fā)電機(jī)組10 KM 處；交流輸電線路電壓采用25 kV 來模擬，高壓直流輸電線路額定電壓為120 kV，換流器均采用PWM 調(diào)制波來控制IGBT 的觸發(fā)角；負(fù)荷突變接入的額外負(fù)荷的額定容量為500 MW；四臺(tái)發(fā)電機(jī)額定電壓為600 V，額定容量均為900 MW，額定轉(zhuǎn)速為120 rad/s,四臺(tái)發(fā)電機(jī)均裝有調(diào)速控制系統(tǒng)，只有G1 裝有自動(dòng)發(fā)電控制技術(shù)AGC 輔助系統(tǒng)調(diào)頻，G1 具有作為備用容量隨時(shí)為交直流系統(tǒng)彌補(bǔ)因風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)生擾動(dòng)導(dǎo)致有功功率輸出不足引起的系統(tǒng)有功不平衡狀況。

4.2 擾動(dòng)1：風(fēng)速持續(xù)擾動(dòng)

風(fēng)速持續(xù)性擾動(dòng)條件下，無頻率控制方式、基于PID 控制方式和基于ADRC 控制方式并網(wǎng)的頻率變化仿真曲線如圖9 ～11 所示。無頻率控制方式并網(wǎng)時(shí)頻率基本在58.5 HZ 處上下波動(dòng)，在7s ～8.2 s 有較大的向下降落情況，直至56 HZ，最大波動(dòng)量為2 HZ；基于PID 控制方式并網(wǎng)時(shí)系統(tǒng)頻率基本穩(wěn)定在60 HZ 處，隨著風(fēng)速隨機(jī)波動(dòng)產(chǎn)生微小波動(dòng)誤差，最大波動(dòng)為0.002 HZ；基于ADRC 控制方式并網(wǎng)時(shí)系統(tǒng)2 s 后達(dá)到穩(wěn)定，頻率穩(wěn)定為60 HZ。風(fēng)速持續(xù)擾動(dòng)過程中，本文重點(diǎn)分析不同控制方式的抗擾動(dòng)能力及頻率恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行的能力。

圖9 無附加控制并網(wǎng)系統(tǒng)頻率變化曲線

圖10 基于PID控制并網(wǎng)系統(tǒng)頻率變化曲線

圖11 基于ADRC控制并網(wǎng)系統(tǒng)頻率變化曲線

由圖9 ～11 在風(fēng)速持續(xù)擾動(dòng)情況下各種控制方式并網(wǎng)頻率變化仿真曲線，結(jié)合文獻(xiàn)[9]中的仿真曲線，得出各種控制方式在風(fēng)速持續(xù)擾動(dòng)情況下的抗擾動(dòng)性能如表2 所示，可直觀的看出各種控制方式下并網(wǎng)的魯棒性能。

表2 不同控制方式并網(wǎng)在風(fēng)速持續(xù)擾動(dòng)頻率曲線分析

4.3 擾動(dòng)2：風(fēng)速間歇性擾動(dòng)

圖12 無附加控制并網(wǎng)系統(tǒng)頻率變化曲線

圖13 基于PID控制并網(wǎng)系統(tǒng)頻率變化曲線

圖14 基于ADRC控制并網(wǎng)系統(tǒng)頻率變化曲線

在3s ～6s 時(shí)間段風(fēng)速間歇性擾動(dòng)（即該時(shí)間段無風(fēng)速輸入），無頻率控制方式、基于PID 控制方式和基于ADRC 控制方式并網(wǎng)的頻率變化仿真曲線如圖12 ～14 所示。無頻率控制方式并網(wǎng)系統(tǒng)頻率持續(xù)下降且有較小擾動(dòng)，頻率由59.3HZ 下降至57.6 HZ，且風(fēng)速恢復(fù)之后頻率無法快速恢復(fù)，反而產(chǎn)生較大抖動(dòng)，最大波動(dòng)量為1 HZ；基于PID 控制方式并網(wǎng)系統(tǒng)頻率發(fā)生微小擾動(dòng)，無風(fēng)速輸入、風(fēng)速重新輸入瞬間到頻率重新穩(wěn)定時(shí)間為1s，最大超調(diào)量為0.005 HZ；基于ADRC 控制方式并網(wǎng)系統(tǒng)頻率最大波動(dòng)量為0.00027 HZ，經(jīng)過0.5 s 后穩(wěn)定于60 HZ。風(fēng)速間歇性擾動(dòng)過程中，本文重點(diǎn)分析不同控制方式的抗擾動(dòng)能力及頻率恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行的能力。

由圖12 ～14 在風(fēng)速間歇性擾動(dòng)情況下各種控制方式并網(wǎng)頻率變化仿真曲線，結(jié)合文獻(xiàn)[9]中的仿真曲線，得出各種控制方式在風(fēng)速間歇擾動(dòng)情況下的抗擾動(dòng)性能如表3 所示，可直觀的看出各種控制方式下并網(wǎng)的魯棒性能。

表3 不同控制方式并網(wǎng)在風(fēng)速間歇擾動(dòng)頻率曲線分析

4.4 擾動(dòng)3：負(fù)載突變

負(fù)載突變仿真結(jié)果如圖15 ～17 所示。4.4 s ～8.2 s 接入額外負(fù)荷時(shí)，無頻率控制方式并網(wǎng)系統(tǒng)頻率發(fā)生大規(guī)模擾動(dòng)，最大波動(dòng)量為1.8 HZ，且不能恢復(fù)穩(wěn)定；3.1 s ～6.2 s 時(shí)間段接入額外負(fù)載時(shí)，基于PID 控制方式并網(wǎng)系統(tǒng)頻率有微小波動(dòng)，最大波動(dòng)為0.001 HZ，接入、斷開額外負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)頻率重新穩(wěn)定時(shí)間為1 s；3.1 s ～6.2 s 時(shí)間段接入額外負(fù)載時(shí)，基于ADRC 控制方式并網(wǎng)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定60 HZ。負(fù)載突變過程中，本文重點(diǎn)分析不同控制方式的抗擾動(dòng)能力及頻率恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行的能力。

圖15 無附加控制并網(wǎng)系統(tǒng)頻率變化曲線

圖16 基于PID控制并網(wǎng)系統(tǒng)頻率變化曲線

圖17 基于ADRC控制并網(wǎng)系統(tǒng)頻率變化曲線

由圖15 ～17 在負(fù)載突變擾動(dòng)情況下各種控制方式并網(wǎng)頻率變化仿真曲線，結(jié)合文獻(xiàn)[9]中的仿真曲線，得出各種控制方式在負(fù)載突變擾動(dòng)情況下的抗擾動(dòng)性能如表4 所示，可直觀的看出各種控制方式下并網(wǎng)的魯棒性能。

表4 不同控制方式并網(wǎng)在負(fù)載突變頻率曲線分析

4.5 擾動(dòng)4：短路故障

5 s 處發(fā)生單相接地短路故障，無頻率控制方式、基于PID 控制方式和基于ADRC 控制方式并網(wǎng)的頻率變化仿真曲線如圖18 ～20所示。無頻率控制方式并網(wǎng)系統(tǒng)頻率產(chǎn)生較大規(guī)模波動(dòng)至6 s 處，最大波動(dòng)量為1.2 HZ，隨后在58.3 HZ 處基本接近穩(wěn)定；基于PID 控制方式并網(wǎng)頻率穩(wěn)定于60 HZ，最大超調(diào)量為0.027 HZ；基于ADRC 控制方式并網(wǎng)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定為60 HZ。短路故障過程中，本文重點(diǎn)分析不同控制方式的抗擾動(dòng)能力及頻率恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行的能力。

表5 不同控制方式并網(wǎng)在短路故障頻率曲線分析

由圖18 ～20 在當(dāng)相接地短路故障擾動(dòng)情況下各種控制方式并網(wǎng)頻率變化仿真曲線，結(jié)合文獻(xiàn)[9]中的仿真曲線，得出各種控制方式在短路故障擾動(dòng)情況下的抗擾動(dòng)性能如表5 所示，可直觀的看出各種控制方式下并網(wǎng)的魯棒性能。

圖18 無附加控制并網(wǎng)系統(tǒng)頻率變化曲線

圖19 基于PID控制并網(wǎng)系統(tǒng)頻率變化曲線

圖20 基于ADRC控制并網(wǎng)系統(tǒng)頻率變化曲線

5 結(jié)束語

通過對(duì)所提出策略基于PID/ADRC 控制技術(shù)的慣性響應(yīng)、基于AFC 控制技術(shù)的HVDC 輔助頻率控制的一次調(diào)頻技術(shù)和基于PID/ADRC控制器的AGC 頻率控制的二次調(diào)頻技術(shù)相互配合，在MATLAB/SIMULINK 平臺(tái)上搭建仿真模型，結(jié)合文獻(xiàn)[9]中的仿真結(jié)果分析本文得到仿真結(jié)果，得出結(jié)論：

1）在HVDC 附加AFC 控制技術(shù)的一次調(diào)頻技術(shù)和基于PID 控制器的AGC 二次調(diào)頻技術(shù)的基礎(chǔ)上引入基于PID 控制器的慣性響應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電調(diào)頻技術(shù)，能使含風(fēng)電接入的交直流電力系統(tǒng)頻率的魯棒性能加強(qiáng)；

2）基于ADRC 控制技術(shù)的頻率輔助控制策略的抗干擾能力優(yōu)于基于PID 控制技術(shù)的頻率輔助控制策略；

3）利用自抗擾控制技術(shù)（ADRC）改善含風(fēng)電接入的系統(tǒng)的調(diào)頻性能提供了新的思路。