計及風機運行狀態差異的風電場頻率協同支撐控制

冀肖彤，江克證，姚雅涵，柳 丹，姚 偉，曹 侃，文勁宇

（1.華中科技大學 電氣與電子工程學院 強電磁技術全國重點實驗室，湖北 武漢 430074；2.國網湖北省電力有限公司，湖北 武漢 430077；3.國網湖北省電力有限公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077）

0 引言

近年來，風電滲透率不斷上升，但風機（wind turbine，WT）通過電力電子設備并網，其轉速與系統頻率解耦，無法直接對電網提供頻率支撐［1-2］。大規模風電并網將減小系統的頻率響應容量，降低系統慣量［3］。因此，許多國家對風電場提供主動頻率支撐提出了要求。例如，我國的《風電場接入電網技術規定》中提到：風電場應具備參與電力系統調頻的能力［4-5］。因此，國內外學者針對風電場的頻率控制進行了相關的研究，以提升系統頻率穩定性。

風電場內的風機可通過減載控制［6-8］和轉子動能控制2 種方式參與調頻［9］。但采用減載控制方式會造成棄風，降低風電場的運行經濟性。然而，轉子動能控制可以在風機正常工作于最大功率點跟蹤（maximum power point tracking，MPPT）模式的基礎上實現，通過釋放轉子動能對系統提供頻率支撐，相比于減載控制更經濟。為了實現轉子動能控制，一般采用附加控制（如下垂控制和虛擬慣量）與MPPT控制疊加的方式［10］。在風機提供頻率支撐的過程中，由于風機需釋放／儲存轉子動能，其轉速將根據調頻方向下降／上升。一方面，風機轉速具有安全范圍，若轉速超限，則可能引起風電場退網等嚴重事故。另一方面，風電場內存在尾流效應，即場內各風機的風速不均，轉速存在差異，可提供的頻率支撐能力也各不相同［11］。……