賀家發(fā), 宋美艷, 蘭 洲, 黃林彬, 辛煥海, 汪 震

(1. 浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院, 浙江省杭州市 310027; 2. 西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院， 陜西省西安市 710049； 3. 國網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院, 浙江省杭州市 310006)

0 引言

隨著風(fēng)力發(fā)電的迅速發(fā)展,大規(guī)模接入電網(wǎng)的風(fēng)電機組給電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來了不容忽視的影響[1-2]。例如：在風(fēng)電機組替代同步發(fā)電機的過程中,電力系統(tǒng)中由同步發(fā)電機提供的轉(zhuǎn)動慣量將逐漸減小,進而削弱了電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)能力[3-4]。為此,現(xiàn)代電網(wǎng)逐漸要求風(fēng)電機組參與到電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)中,并在電網(wǎng)頻率波動時為電網(wǎng)提供有功功率支撐[5]。

目前,已有很多文獻對風(fēng)機的頻率調(diào)節(jié)策略進行了研究[6-8]。這些頻率調(diào)節(jié)策略主要通過建立電網(wǎng)頻率與風(fēng)機有功功率輸出之間的關(guān)系來實現(xiàn)風(fēng)機的頻率調(diào)節(jié)[9]。其中,有功—頻率下垂控制是將頻率偏差信號(Δf)引入風(fēng)機有功或轉(zhuǎn)矩控制中,而虛擬慣量控制是將頻率微分信號(df/dt)引入風(fēng)機有功或轉(zhuǎn)矩控制中[10]。應(yīng)用這些頻率調(diào)節(jié)策略時,風(fēng)電機組仍采用鎖相環(huán)(PLL)實現(xiàn)與電網(wǎng)的同步,但在弱電網(wǎng)即短路比(SCR)較小的電網(wǎng)下,鎖相環(huán)動態(tài)性能變差,嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致風(fēng)機系統(tǒng)的失穩(wěn)[11]。虛擬同步控制是解決這一由鎖相環(huán)引起的穩(wěn)定問題的重要手段[12-15]。

虛擬同步控制通過模擬同步發(fā)電機的特性從而實現(xiàn)并網(wǎng)自同步及虛擬慣量模擬,因此在變流器的控制中不再需要鎖相環(huán)作為同步單元。并且,這類虛擬同步控制可以推廣應(yīng)用于雙饋風(fēng)力發(fā)電機中,使其在提供頻率支撐的同時,也能夠適應(yīng)于弱電網(wǎng)的運行條件[16-17]。

然而,上述虛擬同步控制主要應(yīng)用在功率控制型變流器中[18],這類變流器的有功及無功功率由控制策略決定,其運行的前提是直流電壓恒定。而永磁直驅(qū)風(fēng)電機組的并網(wǎng)變流器一般為直流電壓控制型變流器,這類變流器通過控制器中的直流電壓控制環(huán)將直流電容電壓控制在設(shè)定值,其輸出的有功功率則由直流電容另一端的流入功率決定[19]。因此,這種控制策略不能直接應(yīng)用在直驅(qū)風(fēng)電機組的并網(wǎng)變流器中。文獻[15]提出了一種可應(yīng)用于直流電壓控制型變流器的虛擬同步控制,該控制方法利用直流電容動態(tài)實現(xiàn)并網(wǎng)自同步,將這種虛擬同步控制應(yīng)用到直驅(qū)風(fēng)電機組中可以保障其在弱電網(wǎng)下的穩(wěn)定性。但是,這種虛擬同步控制利用直流電容的儲能為電網(wǎng)提供功率支撐,考慮到直驅(qū)風(fēng)電機組中直流電容儲能遠小于其槳葉存儲的旋轉(zhuǎn)動能,應(yīng)利用其旋轉(zhuǎn)動能提供功率支撐,并盡量減小其直流電壓的波動。

為此,本文提出一種針對永磁直驅(qū)風(fēng)電機組的虛擬慣量協(xié)調(diào)控制策略。該策略在機側(cè)變流器控制中引入了虛擬慣量控制,利用風(fēng)機的旋轉(zhuǎn)動能提供慣量支撐所需的能量;在網(wǎng)側(cè)變流器控制中引入了虛擬同步控制,利用直流電容動態(tài)實現(xiàn)其并網(wǎng)自同步。該策略使直驅(qū)風(fēng)電機組不僅能利用其存儲的旋轉(zhuǎn)動能為電網(wǎng)提供虛擬慣量,而且使風(fēng)機能適應(yīng)于弱電網(wǎng)運行?；贛ATLAB/Simulink的電磁暫態(tài)仿真驗證了所提出控制策略的有效性。

1 虛擬慣量協(xié)調(diào)控制策略

永磁直驅(qū)風(fēng)電機組常經(jīng)LCL濾波器接入交流電網(wǎng),如圖1所示,其中機側(cè)變流器控制輸出有功功率并實現(xiàn)最大功率點跟蹤(MPPT),而網(wǎng)側(cè)變流器控制直流電壓的穩(wěn)定。圖1同時給出了本文所提出的虛擬慣量協(xié)調(diào)控制策略的控制結(jié)構(gòu)。其中,PWT為電機的有功功率輸出;Pg為網(wǎng)側(cè)變流器輸出到電網(wǎng)的有功功率;CDC為直流電容;CF為LCL濾波器的濾波電容;LF為變流器側(cè)的濾波電感;Lg為電網(wǎng)側(cè)的濾波電感;Ll為變壓器的漏感與線路電感之和,為了簡化分析,忽略了線路電阻。下面對虛擬慣量協(xié)調(diào)控制策略的控制實現(xiàn)進行具體說明。

圖1 永磁直驅(qū)風(fēng)電機組并網(wǎng)系統(tǒng)電路和控制框圖Fig.1 Circuit and control block diagram of grid-connected system of PMSG-based wind turbine

1.1 機側(cè)變流器控制

在機側(cè)變流器控制中,采用虛擬慣量控制實現(xiàn)風(fēng)機的慣量模擬,其主要原理是將電網(wǎng)頻率微分信號(df/dt)引入有功功率參考值中,從而建立風(fēng)機有功功率輸出與電網(wǎng)頻率的聯(lián)系。如圖1所示,虛擬慣量控制的方程為：

(1)

1.2 網(wǎng)側(cè)變流器控制

在網(wǎng)側(cè)變流器控制中,采用虛擬同步控制實現(xiàn)變流器的并網(wǎng)自同步,其包含直流電壓控制器、無功—電壓下垂控制器、內(nèi)環(huán)控制器及電流前饋控制器。其中,內(nèi)環(huán)控制器采用了交流電壓控制和交流電流控制的級聯(lián)結(jié)構(gòu),由于當(dāng)前已有很多文獻對這種級聯(lián)結(jié)構(gòu)進行研究[21-22],此處不再贅述。

1.2.1直流電壓控制器

在虛擬同步控制中,直流電壓控制器不僅能夠控制直流電壓穩(wěn)定,而且能利用直流電容動態(tài)實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)變流器的并網(wǎng)自同步[15],如圖1所示。其控制方程為：

(2)

值得一提的是,附加的鎖相環(huán)只是為了獲取電網(wǎng)頻率的穩(wěn)態(tài)值,不用于實現(xiàn)并網(wǎng)同步。

該虛擬同步控制的并網(wǎng)自同步機理將在第2節(jié)進一步討論。

1.2.2無功—電壓下垂控制

無功—電壓下垂控制使直驅(qū)風(fēng)電機組具有電壓支撐能力,如圖1所示,其基本的控制方程為:

Vref-V0=KQ(Q0-QE)

(3)

式中：Vref為無功—電壓下垂控制的輸出電壓幅值參考值;V0為電壓幅值給定值;KQ為無功—電壓下垂系數(shù);Q0和QE分別為無功功率給定值和輸出值。

1.2.3電流前饋控制器

由于直驅(qū)風(fēng)電機組在電網(wǎng)頻率波動時需要提供功率支撐,這將導(dǎo)致在暫態(tài)過程中直流電容兩側(cè)功率不平衡,從而引起直流電壓波動。為了抑制直流電壓波動,在網(wǎng)側(cè)變流器控制中加入了電流前饋控制器,其原理在于把機側(cè)有功電流分量引入網(wǎng)側(cè)有功電流分量控制中,如圖1所示。其控制方程為：

(4)

2 直驅(qū)風(fēng)電機組的并網(wǎng)自同步和慣量支撐分析

2.1 直驅(qū)風(fēng)電機組的并網(wǎng)自同步

在直驅(qū)風(fēng)電機組的網(wǎng)側(cè)變流器控制中,直流電壓控制器利用直流電容動態(tài)實現(xiàn)并網(wǎng)自同步。考慮到交流電壓/電流控制器的響應(yīng)速度較快[24],在分析并網(wǎng)同步時忽略交流電壓電流控制器的動態(tài)從而簡化分析。

直流電容的動態(tài)方程為：

(5)

式(5)可以進一步寫成：

(6)

將式(6)代入式(2)中得到：

(7)

由于并網(wǎng)同步主要與風(fēng)機輸出電壓的相角θ相關(guān)聯(lián)[24],所以在此忽略直流電壓的偏差以簡化并網(wǎng)自同步分析。則式(7)可以進一步寫成：

(8)

對比同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子動態(tài)方程可以看出,KJCDC/2對應(yīng)于同步發(fā)電機的慣量時間常數(shù),KDCDC/2對應(yīng)于同步發(fā)電機的電氣阻尼系數(shù),PWT對應(yīng)于同步發(fā)電機的原動機輸出功率,Pg對應(yīng)于同步發(fā)電機的電磁功率輸出,ω對應(yīng)于同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

因此,式(2)中的直流電壓控制器可使網(wǎng)側(cè)變流器模擬同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子動態(tài)方程,如圖2所示?？梢钥闯?直驅(qū)風(fēng)電機組輸出電壓的相角(θ=ω/s)主要由直流電壓控制器決定,而輸出電壓的幅值E則由無功—電壓下垂控制器決定。因此,直驅(qū)風(fēng)電機組可以等效成一個可控電壓源,并且其輸出電壓相角和幅值分別來自于直流電壓控制器和無功—電壓下垂控制器,其等效模型如圖2所示。

圖2 并網(wǎng)自同步等效模型Fig.2 Equivalent model of grid-connected self-synchronization

2.2 直驅(qū)風(fēng)電機組的慣量支撐

(9)

考慮到fg=2πω,將式(9)代入式(8)中可得：

PMPPT-Pg

(10)

對比式(10)與式(8)可以看出,在加入虛擬慣量控制后,直驅(qū)風(fēng)電機組的等效虛擬慣量增大了2πKin,同時等效同步發(fā)電機的原動機輸出功率由PWT變成了PMPPT,說明直驅(qū)風(fēng)電機組中用來提供有功支撐的儲能包括了在PMPPT與Pg之間的槳葉旋轉(zhuǎn)儲能和直流電容儲能,并且通過調(diào)節(jié)Kin與KJ的大小可以靈活地控制這兩種儲能參與系統(tǒng)虛擬慣量支撐的比重。

在直驅(qū)風(fēng)電機組中,考慮到直流電容儲能遠小于其存儲的槳葉旋轉(zhuǎn)動能,因此選擇槳葉中的旋轉(zhuǎn)儲能作為主要的虛擬慣量模擬來源,并且在虛擬慣量協(xié)調(diào)控制中利用了電流前饋控制來減小直流電壓的波動,從而進一步減小了直流電容儲能在虛擬慣量模擬中的比重。綜上,在虛擬慣量協(xié)調(diào)控制策略中,網(wǎng)側(cè)虛擬同步控制實現(xiàn)了并網(wǎng)自同步,而機側(cè)虛擬慣量控制主要實現(xiàn)直驅(qū)風(fēng)電機組的慣量模擬,從而使得直驅(qū)風(fēng)電機組既能夠適應(yīng)弱電網(wǎng)的運行條件,也能夠?qū)~中的旋轉(zhuǎn)儲能為電網(wǎng)提供頻率支撐。

值得一提的是,從式(9)中可以看出,在電網(wǎng)頻率跌落的暫態(tài)過程中,風(fēng)機的有功功率輸出的參考值會暫時增加,進而釋放風(fēng)機轉(zhuǎn)子中的動能為電網(wǎng)提供頻率支撐,當(dāng)暫態(tài)過程結(jié)束時,即dfg/dt=0,風(fēng)機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將恢復(fù)到正常運行狀態(tài),因此虛擬慣量控制主要用于減緩系統(tǒng)暫態(tài)過程中頻率的快速變化。同時,在虛擬慣量協(xié)調(diào)控制策略的機側(cè)控制中也可以加入有功—頻率下垂控制,此時直驅(qū)風(fēng)電機組將能夠在電網(wǎng)頻率跌落時為電網(wǎng)持續(xù)提供有功功率支撐[25],本文限于篇幅不再討論。

3 直驅(qū)風(fēng)電機組小信號分析

3.1 直驅(qū)風(fēng)電機組的系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)

本節(jié)將通過直驅(qū)風(fēng)電機組的系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)分析其動態(tài)特性。考慮到已有很多文獻研究了永磁直驅(qū)風(fēng)電機組的小信號模型[11,26],可以根據(jù)小信號模型進一步得到直驅(qū)風(fēng)電機組的功率傳輸閉環(huán)傳遞函數(shù)為(詳細推導(dǎo)見附錄A)：

(11)

通過式(11)可以分析直驅(qū)風(fēng)電機組系統(tǒng)在不同控制參數(shù)和電網(wǎng)條件下的動態(tài)特性。

3.2 直驅(qū)風(fēng)電機組的動態(tài)性能及影響因素

為了分析電流前饋控制器對直流電壓波動的抑制效果,圖3(a)給出了由式(11)得出的在不同前饋系數(shù)KF下系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)波特圖。其中電網(wǎng)短路比SCR為5,虛擬慣量常數(shù)為Kin=3,且前饋系數(shù)KF從0增加到0.9?？梢钥闯?當(dāng)KF=0時,幅頻曲線存在一個較大的諧振峰值,并且隨著KF的增大,該諧振峰值逐漸減小,說明了增大KF能夠改善有功功率的跟蹤特性,進而減小暫態(tài)過程中PWT與Pg之間的偏差量,從而達到抑制直流電壓波動的效果。

為了分析電流前饋控制器對直驅(qū)風(fēng)電機組系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,圖3(b)給出了系統(tǒng)在不同前饋系數(shù)KF下的特征值軌跡。可以看出,在前饋系數(shù)KF從0增大到0.9的過程中,特征值3和4的實數(shù)部分減小,虛數(shù)部分基本保持不變,即這兩個共軛特征值的頻率基本不變,保持在6 Hz左右,而阻尼比增大。在引入電流前饋控制器后所有特征值均在左半平面,并且特征值3和4的阻尼增大,說明直驅(qū)風(fēng)電機組的系統(tǒng)穩(wěn)定裕度變大。同時,與圖3(a)的有功功率波特圖對比可知,由于當(dāng)前饋系數(shù)KF較小時,圖3(b)中的特征值3和4的阻尼較小,系統(tǒng)響應(yīng)會在特征值3和4的頻率下存在較大過沖,反映在圖3(a)的幅頻曲線中即為在該頻率(6 Hz左右)下存在較大的諧振峰值,并且隨著KF增大,特征值的阻尼增大,因此諧振峰值減小。

為了分析電網(wǎng)強度對風(fēng)機系統(tǒng)動態(tài)特性的影響,圖3(c)給出了在不同電網(wǎng)短路比SCR下的系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)波特圖,且其中KF=0.9,Kin=3。從圖3(c)中可以看出,隨著電網(wǎng)短路比從5減小到1,系統(tǒng)的帶寬從10.30 Hz減小到3.45 Hz。因此,當(dāng)直驅(qū)風(fēng)電機組接入弱電網(wǎng)時,風(fēng)機系統(tǒng)的響應(yīng)速度會變慢,但是可以看出在弱電網(wǎng)下,甚至SCR為1時,直驅(qū)風(fēng)電機組的動態(tài)性能仍在可接受范圍內(nèi),在該帶寬范圍內(nèi),直驅(qū)風(fēng)電機組能夠保持小干擾穩(wěn)定性并且輸出有功功率能在較短時間內(nèi)跟蹤上有功功率參考值。

為了分析不同電網(wǎng)短路比對直驅(qū)風(fēng)電機組系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，圖3(d)給出了根據(jù)式(11)得到的系統(tǒng)在不同短路比下的特征值軌跡?？梢钥闯?在電網(wǎng)短路比從5減小到1的過程中,特征值3和4的虛部減小,說明特征值3和4的頻率在逐漸減小。由于在SCR為1時,所有特征值均位于左半平面,因此系統(tǒng)能夠保持小干擾穩(wěn)定。值得一提的是,式(8)中ωg由附加鎖相環(huán)得到,附加鎖相環(huán)只用于檢測電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)頻率,并不用于實現(xiàn)電網(wǎng)同步,對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響不大,因此在弱電網(wǎng)下即使鎖相環(huán)動態(tài)性能變差,系統(tǒng)也能夠保持穩(wěn)定。(具體鎖相環(huán)參數(shù)的影響分析見附錄B)。

最后,進一步分析所提出的控制策略中虛擬慣量常數(shù)Kin對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。下面選取電網(wǎng)頻率的微分量df/dt作為風(fēng)機系統(tǒng)模型式(11)的輸入信號,輸出信號仍為網(wǎng)側(cè)變流器的有功功率輸出Pg。由此可以得到從df/dt到Pg閉環(huán)傳遞函數(shù)的波特圖,如圖3(e)所示。從圖3(e)中可以看出,在SCR為5并且KF=0.9的條件下,隨著虛擬慣量常數(shù)Kin從1增加到20,風(fēng)機有功輸出的增益逐漸增加,說明增加Kin可以提高直驅(qū)風(fēng)電機組有功功率對電網(wǎng)頻率波動的響應(yīng)程度,從而提高風(fēng)機對電網(wǎng)的功率支撐能力。

圖3 直驅(qū)風(fēng)電機組閉環(huán)波特圖及特征值軌跡Fig.3 Bode diagram and loci of system eigenvalues for PMSG-based wind turbines

4 仿真與分析

4.1 單臺直驅(qū)風(fēng)電機組并網(wǎng)系統(tǒng)仿真分析

為了驗證本文提出的虛擬慣量協(xié)調(diào)控制策略的有效性,本節(jié)針對圖1所示的永磁直驅(qū)風(fēng)電機組在MATLAB/Simulink中進行了電磁暫態(tài)仿真。其中主要系統(tǒng)參數(shù)如下：額定線電壓Vnom=690 V,額定容量Pnom=1.5 MW,額定頻率fnom=50 Hz,永磁直驅(qū)電機的dq軸電感Ld=Lq=1.387(標(biāo)幺值),永磁直驅(qū)電機的慣量時間常數(shù)Ta=10.459 s,永磁直驅(qū)電機極對數(shù)P=48,直流電容CDC=0.12(標(biāo)幺值),其他參數(shù)見附錄C。

首先,為了驗證虛擬慣量控制對直驅(qū)風(fēng)電機組系統(tǒng)動態(tài)性能的影響,假設(shè)在t=1 s時電網(wǎng)頻率由50 Hz跌落至49.8 Hz,此時不同虛擬慣量常數(shù)Kin下的直驅(qū)風(fēng)電機組時域響應(yīng)如圖4(a)所示。可以看出,隨著Kin的增加,直驅(qū)風(fēng)電機組輸出有功功率波動幅度變大,說明直驅(qū)風(fēng)電機組能夠響應(yīng)電網(wǎng)頻率波動,為電網(wǎng)提供慣量支撐,并且通過調(diào)節(jié)Kin可以靈活地控制直驅(qū)風(fēng)電機組虛擬慣量的大小,從而為電網(wǎng)提供不同程度的有功功率支撐。同時,從圖4(a)中可以看出,在暫態(tài)過程中,直驅(qū)風(fēng)電機組有功功率的波動會使得直流電容兩側(cè)功率不平衡,進而導(dǎo)致直流電壓波動。

為了驗證電流前饋控制對直流電壓波動的抑制效果,圖4(b)給出了同樣電網(wǎng)頻率跌落的情況下,應(yīng)用不同前饋系數(shù)KF時的直驅(qū)風(fēng)電機組時域響應(yīng)?？梢钥闯?隨著KF的增大,直流電壓波動逐漸減小,并且t=1 s之后有功功率Pg的第一個峰值變化很小,說明電流前饋控制能夠有效地抑制直流電壓的波動,且同時可以維持直驅(qū)風(fēng)電機組在頻率跌落時為電網(wǎng)提供有功功率支撐的能力。

圖4 直驅(qū)風(fēng)電機組時域響應(yīng)Fig.4 Time-domain responses of PMSG-based wind turbines

最后,為了驗證直驅(qū)風(fēng)電機組接入弱電網(wǎng)時的動態(tài)特性,假設(shè)由于電網(wǎng)拓?fù)渥兓瘜?dǎo)致系統(tǒng)短路比SCR在t=3 s時從5減小到3,再在t=6 s時從3減小到1,分別仿真得到在虛擬慣量協(xié)調(diào)控制策略和傳統(tǒng)鎖相環(huán)控制下的永磁直驅(qū)風(fēng)電機組的時域響應(yīng),如圖4(c)和(d)所示。對比圖4(c)和(d)可以看出,在虛擬慣量協(xié)調(diào)控制策略下,永磁直驅(qū)風(fēng)電機組在弱電網(wǎng)中具有良好的動態(tài)性能,甚至在SCR為1時也能保持穩(wěn)定,而傳統(tǒng)鎖相環(huán)控制下的永磁直驅(qū)風(fēng)電機組在SCR為1時輸出有功和直流電壓發(fā)散,風(fēng)機系統(tǒng)失去穩(wěn)定性。通過對比可以看出,本文所提出的虛擬慣量協(xié)調(diào)控制策略相較于傳統(tǒng)鎖相環(huán)控制在弱網(wǎng)下具有更好的動態(tài)性能和穩(wěn)定性。

4.2 兩區(qū)四機系統(tǒng)仿真分析

4.1節(jié)通過單機無窮大系統(tǒng),驗證了本文所提出的控制策略對電網(wǎng)頻率的響應(yīng)特性。本節(jié)為了更直觀地反映該控制策略在實際電網(wǎng)頻率波動時的頻率支撐效果及電網(wǎng)頻率的變化過程,針對永磁直驅(qū)風(fēng)電機組接入兩區(qū)四機的電網(wǎng)系統(tǒng)做進一步仿真分析。兩區(qū)四機系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如圖5(a)所示,其中SG1,SG2,SG3,SG4分別代表4個同步發(fā)電機組,每臺同步發(fā)電機輸出有功功率為0.5(標(biāo)幺值),永磁直驅(qū)風(fēng)電場從母線B1接入電網(wǎng)系統(tǒng),其輸出有功功率為0.75(標(biāo)幺值)。

圖5 兩區(qū)四機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其時域響應(yīng)Fig.5 Architecture of two-area four-machine power system and its time-domain responses

通過在母線B1上投切負(fù)荷3使得系統(tǒng)頻率產(chǎn)生波動,從而研究頻率波動時風(fēng)電機組的響應(yīng)過程和系統(tǒng)頻率的變化過程。圖5(b)給出了在不同虛擬慣量常數(shù)Kin下,系統(tǒng)在t=2 s時投入負(fù)荷3的電網(wǎng)頻率和永磁直驅(qū)風(fēng)電機組輸出有功功率的時域響應(yīng)曲線。從圖5(b)中可以看出,在投入負(fù)荷3后系統(tǒng)的頻率跌落,永磁直驅(qū)風(fēng)電機組的輸出功率迅速增加。同時隨著虛擬慣量常數(shù)Kin的增加,風(fēng)電機組輸出功率的峰值增大,因此風(fēng)電機組能夠提供更多的功率用于支撐系統(tǒng)頻率,使得電網(wǎng)頻率跌落的谷值增大且下降斜率減小,說明增大Kin能夠使風(fēng)電機組在頻率跌落時輸出更多的有功功率,從而減緩電網(wǎng)頻率的波動。

5 結(jié)語

針對永磁直驅(qū)風(fēng)電機組提出了一種虛擬慣量協(xié)調(diào)控制策略，該策略在機側(cè)變流器控制中引入虛擬慣量模擬，在網(wǎng)側(cè)變流器控制中引入虛擬同步控制實現(xiàn)風(fēng)機自同步。研究表明，虛擬慣量控制能使直驅(qū)風(fēng)電機組能夠在電網(wǎng)頻率波動時利用儲存的旋轉(zhuǎn)動能為系統(tǒng)提供有功功率支撐，網(wǎng)側(cè)的虛擬同步控制能夠利用直流電容動態(tài)實現(xiàn)直驅(qū)風(fēng)電機組與電網(wǎng)的同步。未來將研究該協(xié)調(diào)控制策略時風(fēng)電機組在大干擾下的動態(tài)特性及其穩(wěn)定性提升方法。

本文得到浙江省電力公司科技項目“含高比例可再生能源的系統(tǒng)振蕩風(fēng)險分析方法及應(yīng)用研究”資助,特此致謝！

附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

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宋美艷(1987—),女,碩士,主要研究方向：機電一體化與風(fēng)機并網(wǎng)控制技術(shù)。

蘭 洲(1980—),男，高級工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)控制與規(guī)劃。

辛煥海(1981—),男,通信作者,博士,教授,主要研究方向：電力系統(tǒng)穩(wěn)定與新能源并網(wǎng)技術(shù)。E-mail： xinhh@zju.edu.cn