基于功率跟蹤曲線切換的變速風電機組虛擬慣量控制

馬少康, 耿 華, 楊 耕, 李 琦

(1. 清華大學自動化系, 北京市 100084; 2. 國網(wǎng)經(jīng)濟技術(shù)研究院有限公司, 北京市 102209)

0 引言

隨著風電滲透率的不斷提高,由工作在最大功率跟蹤(maximum power point tracking,MPPT)模式下的變速風電機組構(gòu)成的大規(guī)模風電場代替?zhèn)鹘y(tǒng)同步發(fā)電機接入電網(wǎng),將導(dǎo)致電網(wǎng)等效慣量減小[1],危害電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性[2-3]。通過引入頻率反饋控制,可使風電場具備支撐電網(wǎng)頻率的能力,對維持電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運行至關(guān)重要[4]。

為了能夠支撐電網(wǎng)頻率,變速風電機組應(yīng)在電網(wǎng)頻率跌落(升高)時增加(降低)其輸出功率。在電網(wǎng)頻率升高時,風電機組可通過增加槳距角降低其輸出功率,實現(xiàn)手段較為容易,本文不予考慮。本文重點關(guān)注電網(wǎng)頻率跌落時風電系統(tǒng)的頻率支撐能力及控制方法。

文獻[5-8]通過控制風電機組升速或調(diào)節(jié)風電機組槳距角使其降載運行,從而預(yù)留一定的轉(zhuǎn)子動能和風電功率備用。在電網(wǎng)頻率跌落時,儲備的動能和功率備用可用于頻率支撐。但是風電機組工作在降載模式下將降低風能利用效率,造成風資源浪費[9]。慣量控制所需的額外能量也可通過加裝儲能裝置獲得[10-12],但是加裝儲能裝置勢必將增加系統(tǒng)的運營成本。為此,文獻[13-15]在風電機組原MPPT控制基礎(chǔ)之上引入df/dt前饋控制環(huán)節(jié),在電網(wǎng)正常工作時,前饋環(huán)節(jié)輸出為0,風電機組可捕獲最大可利用風能。當出現(xiàn)電網(wǎng)頻率跌落時,前饋環(huán)節(jié)將輸出額外的功率,從而使風電機組釋放轉(zhuǎn)子動能以提供虛擬慣量[16-18]。……