- 頭條風儲聯合調頻控制的新策略，頻率動態調節能力強2021-03-22 作者：趙晶晶 李敏 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語上海電力大學電氣工程學院的研究人員趙晶晶、李敏、何欣芹、朱仁杰，在2019年第23期《電工技術學報》上撰文，為了增強含風電的微電網在孤島運行時的動態頻率調節能力，提出在變速恒頻雙饋感應風力發電機中附加限轉矩控制的慣性控制方法，在負荷擾動時更快地提供頻率支撐。
隨著傳統能源的日益短缺和可再生能源的不斷發展，由小型分布式能源組成的微電網受到廣泛的關注。大多數分布式能源，如光伏、風電等均通過電力電子變流器變換電能，其大量接入會降低系統轉動慣量，對電力系統的頻率穩定性造成影響。而孤島運行的微電網，失去大電網作為支撐，其頻率調節問題變得突出。要提高微電網孤島運行時的頻率穩定性，有必要深入研究風電機組的頻率控制策略，使其主動響應頻率變化。
目前，針對風電機組的有功控制，國內外學者提出通過虛擬慣量控制參與頻率調節，增強系統慣量，并采用超速或槳距角控制為系統提供持續的有功支撐。
通常風電機組釋放轉子動能有三種實現方式：虛擬慣量控制、方波式慣量控制和限轉矩控制。
- 虛擬慣量控制是在風電機組轉子側附加基于頻率偏差和頻率變化率的有功控制，通常由慣性環節來實現，所以響應過程較快，但有一定的延遲，其優點是轉速恢復過程不會引起較為明顯的二次頻率跌落；
- 方波式慣量控制能夠在負荷突增瞬間增發固定的有功功率并維持指定的時間，其響應由頻率偏差觸發，響應速度比虛擬慣量控制更快，但轉速恢復時輸出功率驟降，導致的二次頻率跌落不容忽視；
- 限轉矩控制由頻率偏差觸發后瞬間將功率輸出增大并限制在轉矩極限內，慣量響應過后有功輸出跟隨轉速變化以斜坡方式逐漸減小，其響應速度比虛擬慣量更快，并能更有效地提高頻率最低點，二次頻率跌落程度較方波式慣量控制更小，但存在轉速恢復時間過長以及頻率恢復至穩定值的時間延后等問題。
近年來，儲能設備得到了迅速的發展和應用。在含風電的電力系統中，利用儲能輔助系統頻率調節可實現儲能靈活地吸收和釋放有功功率。因此除了利用風電機組自身的調節能力，可增加如飛輪、蓄電池、超級電容器等儲能輔助風電機組參與微電網頻率調節。
- 有學者提出了含電池荷電狀態（State of Charge, SOC）反饋環節的風儲調頻控制，根據電池SOC，控制儲能、風電機組及常規機組依次出力。
- 有學者提出儲能補償風電場慣量的控制策略，將儲能連接在風電場出口母線處，動態補償風電場慣量，由于風電機組不參與頻率調節，大大增加了儲能的配置成本。
- 有學者提出計及風速波動區間的風儲聯合調頻控制策略，該策略在全風速下能夠提高系統頻率穩定性，克服系統頻率振蕩和二次頻率下降等問題。
- 有學者基于風電機組接入的35kV配電網系統模型，采用限轉矩控制的慣量響應方法增強了永磁直驅風力發電機的慣性響應能力，并結合電池儲能，改善轉速恢復時產生的頻率二次跌落，大大地提升了系統的頻率響應能力。但并未深入分析有功減載量對二次頻率下跌及其轉速恢復的影響，設置的減載量較大，造成的二次頻率下跌較嚴重。
上海電力大學電氣工程學院的研究人員在孤島運行的微電網中采用雙饋感應風力發電機（Doubly Fed Induction Generator, DFIG）限轉矩控制的慣量控制方法，針對DFIG在轉速恢復過程中產生的二次頻率跌落問題，提出一種風儲聯合調頻的控制策略。
圖1 微電網結構
該策略首先利用限轉矩控制作為DFIG的慣量響應方法，快速釋放轉子的旋轉動能，短期支撐頻率，為了改善限轉矩控制在DFIG轉速恢復期間的頻率二次跌落問題，在DFIG退出頻率調節后由儲能為頻率提供后續支撐。通過風儲聯合頻率調節，能夠有效改善限轉矩控制產生的頻率二次跌落問題，增強頻率的動態調節能力。最后在孤島運行的10kV微電網模型中仿真分析證明，所提的風儲聯合調頻控制策略能夠提高孤島運行微電網的頻率動態調節能力。
以上研究成果發表在2019年第23期《電工技術學報》，論文標題為“基于限轉矩控制的風儲聯合調頻控制策略”，作者為趙晶晶、李敏、何欣芹、朱仁杰。
