双馈风力发电机虚拟惯量响应控制技术分析

摘 要：我国风电渗透率不断提高，风力发电对电网频率的稳定控制影响不断增加。然而，目前风力发电机的主流机型为双馈风力发电机，它通过变频器控制实现了有功功率和无功功率的解耦，对它们进行独立调节，但也使得风机转速与电网频率失去了耦合关系。针对上述问题，本文提出了补充有功功率的虚拟惯量响应控制技术，实现双馈风力机的调频功能，并通DIgSILENT/Powerfactory进行了仿真验证。

关键词：双馈风力发电机；电网频率；虚拟惯量响应控制

中图分类号：TM614 文献标识码：A

目前，我国环境污染问题严重，发展新能源是解决环境问题与化石能源紧缺的关键。我国风能资源丰富，风力发电新增装机容量与累计装机容量不断快速增长，我国风力发电早在“十二五”期间就继火电、水电之后步入1亿千瓦俱乐部行列，成为了我国电力市场的重要组成部分。双馈风力发电机由于其具有可实现有功和无功解耦、功率因数高、交流励磁等优点，是目前我国风力发电机的主流机型，有着很大的装机容量。但双馈风力发电机由于变频器的解耦作用使得电网频率与转子转速失去了耦合的关系，因此在很大程度上失去了调频的能力。但是双馈风力发电机的动能不容小觑，我们可以通过控制策略与变频器的功能实现同步发电机惯量响应调频的功能，即本文所研究的有功功率补偿的虚拟惯量响应控制。

1 虚拟惯量响应控制

当发生频率偏移时，根据频率测量值与频率参考值的差值得到DFIG有功功率補充控制参考值，然后将补充控制参考值引入到DFIG控制策略中的功频特性控制模块中，控制框图如下图所示，其中下支路为引入df/dt的转矩补充方式，上支路为引入Δf 的转矩补充方式，C为电网额定频率。

2 仿真结果

在DIgSILENT/PowerFactory软件下搭建小型系统模型，该模型含150台1.5MW等值双馈风机、一台50MW同步发电机、270MW负荷，并在20s时设置20MW的扰动负荷，设置同步发电机为SL节点。当引入有功功率补偿后的仿真结果如下图所示。

根据仿真结果可知：双馈风力发电机控制策略中不添加任何频率辅助控制措施时，当系统负荷功率增加，频率波动时，双馈风力发电机无法对系统频率波动做出任何响应，频率跌落深度最大；分别将Δf和df/dt引入到控制策略中都能够实现系统频率变化率减小，频率跌落最低点有所抬升，但将两者同时引入到控制策略中效果最好。

3 结语

我国的风电装机容量将会进一步增加，且风电机组多建在偏远地区，风力发电机对电网频率的影响力将不断增加，研究双馈风力发电机的频率调控能力意义深远。虽然有功补偿的虚拟惯量响应控制技术可以实现频率的控制，但是寻求响应速度更快的方法是下一步研究的重点。

参考文献：

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作者简介：

董鹏程（1990-），男，汉族，山东滨州人，青岛大学自动化与电气工程学院在读研究生，研究方向：电力系统在线监测及故障诊断。