彭 琰，馬駿超，金宇清，王晨旭，黃小俊，孫黎霞

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.河海大學(xué) 能源與電氣學(xué)院，南京 211100）

0 引言

近年來，隨著電力系統(tǒng)電源成分、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和負(fù)荷特性的不斷變化，電網(wǎng)頻率穩(wěn)定問題逐漸凸顯［1-3］。華東電網(wǎng)曾在2015年發(fā)生過多次電網(wǎng)頻率跌至49.9 Hz以下的事故［4-5］，這引起了電力工作者對(duì)于電網(wǎng)頻率穩(wěn)定和頻率調(diào)節(jié)資源的廣泛關(guān)注。新能源發(fā)電已經(jīng)是電網(wǎng)中的重要電源，在2018 年頒布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術(shù)規(guī)范》中對(duì)新能源發(fā)電參與電網(wǎng)頻率支撐提出了明確要求［6］。在各種新能源中，風(fēng)電通常采用集中并網(wǎng)的形式且具有較好的調(diào)頻能力，因此其參與電網(wǎng)頻率支撐的作用得到了重視［7-8］。

目前，有關(guān)風(fēng)電參與電網(wǎng)頻率支撐的研究主要集中在單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的頻率支撐控制策略方面［9-11］，部分研究涉及了風(fēng)電場(chǎng)參與電網(wǎng)頻率支撐時(shí)的內(nèi)部機(jī)組協(xié)調(diào)問題［12-14］。MATLAB 仿真軟件廣泛用于開展控制策略研究，但是其應(yīng)用于電力系統(tǒng)仿真分析還存在一些明顯的不足：一是難以構(gòu)建大規(guī)模電力系統(tǒng)的仿真模型，不利于評(píng)判控制策略對(duì)大電網(wǎng)的影響；二是控制器中的積分環(huán)節(jié)往往需要設(shè)置很小的仿真步長(zhǎng)才能確保整個(gè)模型順利運(yùn)行，導(dǎo)致復(fù)雜模型或多元件模型的運(yùn)行速度極慢，嚴(yán)重降低了研究效率。

為提高仿真模型的運(yùn)行速度，對(duì)復(fù)雜模型進(jìn)行簡(jiǎn)化是常用的方法。目前風(fēng)電模型的簡(jiǎn)化主要用于電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)仿真，具體方法是通過分群聚合的方式將風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)眾多的風(fēng)電機(jī)組聚合為少數(shù)幾臺(tái)等效機(jī)組，從而大大簡(jiǎn)化風(fēng)電場(chǎng)的機(jī)電暫態(tài)仿真模型［15-17］。但需要指出的是，在機(jī)電暫態(tài)仿真過程中，重點(diǎn)關(guān)注的是風(fēng)電機(jī)組對(duì)電壓跌落的響應(yīng)及其故障穿越能力，因此對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的詳細(xì)模型基本不作簡(jiǎn)化（或只簡(jiǎn)化電力電子變流器部分的模型），僅通過模型聚合的方法來降低風(fēng)電場(chǎng)模型的復(fù)雜程度。風(fēng)電參與電網(wǎng)頻率支撐的研究主要關(guān)注風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)頻率變化的響應(yīng)，不涉及故障穿越，因此風(fēng)電機(jī)組中電氣部分的動(dòng)態(tài)可完全忽略。此外，由于頻率支撐響應(yīng)過程較長(zhǎng)，若要考慮風(fēng)速變化的影響，則風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各機(jī)組的模型不能進(jìn)行聚合。因此，目前廣泛用于機(jī)電暫態(tài)仿真場(chǎng)景的風(fēng)電場(chǎng)等效建模方法并不適用于風(fēng)電參與電網(wǎng)頻率支撐的研究，需要提出新的模型簡(jiǎn)化方法。

在用于電網(wǎng)頻率問題研究的電力系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型方面，仿真效率最高的簡(jiǎn)化模型是SFR（頻率響應(yīng)）模型［18］。經(jīng)典的SFR模型僅適用于純火電機(jī)組的電力系統(tǒng)，目前已拓展到可以適應(yīng)含水電及新能源發(fā)電的電力系統(tǒng)［19］。然而，現(xiàn)有的SFR 模型是對(duì)完整電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，用于分析整個(gè)電力系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，風(fēng)電場(chǎng)在現(xiàn)有SFR 模型中沒有獨(dú)立的模塊，因此現(xiàn)有SFR 模型必須做適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)才能適用于風(fēng)電參與電網(wǎng)頻率支撐的研究。

針對(duì)以MATLAB 軟件為工具開展風(fēng)電頻率支撐研究缺乏高效的仿真模型，且現(xiàn)有模型簡(jiǎn)化方法難以直接應(yīng)用的問題，本文構(gòu)建了一種基于風(fēng)電機(jī)組簡(jiǎn)化模型和電網(wǎng)SFR 模型的快速仿真模型。首先，以DFIG（雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)）為例，提出了一種僅保留機(jī)械動(dòng)態(tài)過程的風(fēng)電機(jī)組模型簡(jiǎn)化方法；然后，提出了一種排除風(fēng)電頻率支撐作用的電網(wǎng)SFR 模型獲取方法；接著，通過風(fēng)電機(jī)組簡(jiǎn)化模型和電網(wǎng)SFR 模型相整合以獲得快速仿真模型；最后，算例驗(yàn)證了該快速仿真模型的有效性和高效性。

1 DFIG風(fēng)電機(jī)組詳細(xì)模型的簡(jiǎn)化方法

1.1 詳細(xì)模型的簡(jiǎn)化方法

圖1 是一種DFIG 風(fēng)電機(jī)組詳細(xì)模型的結(jié)構(gòu)。DFIG風(fēng)電機(jī)組的詳細(xì)模型一般由風(fēng)力機(jī)模型、軸系模型（圖1中為兩質(zhì)塊軸系模型）、雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)模型、變流器模型、控制器模型等5 個(gè)部分組成。本文以MATLAB 軟件提供的“DFIG Average Model”作為DFIG 風(fēng)電機(jī)組的詳細(xì)模型。該模型將電力電子變流器簡(jiǎn)化為等效電壓源，其他部分保留不變。該模型中的控制器包括轉(zhuǎn)速和槳距保留不變角控制器模型均為GE公司的風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品［20］。

圖1 DFIG詳細(xì)模型

由于本文并不涉及風(fēng)電頻率支撐控制方法的研究，因此僅采用了如式（1）所示的虛擬慣性控制方式。

式中：ΔP為有功功率指令；Kdf為虛擬慣性控制系數(shù)；df/dt為頻率變化率。

風(fēng)電機(jī)組根據(jù)頻率變化率df/dt產(chǎn)生一個(gè)附加的有功功率指令ΔP來改變機(jī)組的有功輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)頻率跌落的支撐。圖2給出了虛擬慣性控制與DFIG詳細(xì)模型中有功功率控制回路的整合方式。在本文后續(xù)仿真中，圖2 中一階慣性環(huán)節(jié)（起濾波作用）的時(shí)間常數(shù)Tf數(shù)值設(shè)定為1.0，虛擬慣性控制系數(shù)Kdf的數(shù)值設(shè)定為50。除整合虛擬慣性控制以外，本文未對(duì)“DFIG Average Model”作其他修改，便于研究人員重現(xiàn)本文構(gòu)建的模型。

圖2 虛擬慣性控制與風(fēng)電機(jī)組詳細(xì)模型有功功率控制回路的整合

電網(wǎng)頻率的變化是同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的反映，因此風(fēng)電參與電網(wǎng)頻率支撐的研究往往也采用機(jī)電暫態(tài)的仿真步長(zhǎng)，而整個(gè)頻率支撐過程歷時(shí)（從風(fēng)電機(jī)組釋放轉(zhuǎn)子動(dòng)能提供有功功率支撐到最終恢復(fù)正常轉(zhuǎn)速）超過100 s。為了提高DFIG風(fēng)電機(jī)組模型的仿真速度并同時(shí)保持準(zhǔn)確的頻率響應(yīng)特性，本文將DFIG風(fēng)電機(jī)組的詳細(xì)模型作了如下簡(jiǎn)化：

1）將兩質(zhì)塊軸系模型簡(jiǎn)化為單質(zhì)塊軸系模型。

2）對(duì)于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)模型，只保留轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，忽略所有電氣動(dòng)態(tài)。

3）忽略轉(zhuǎn)子側(cè)和網(wǎng)側(cè)變流器及其控制器的動(dòng)態(tài)。

簡(jiǎn)化后的DFIG 風(fēng)電機(jī)組模型結(jié)構(gòu)如圖3 所示，其由風(fēng)力機(jī)模型、發(fā)電機(jī)模型（僅保留轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程）、替代變流器及其控制器的有功功率計(jì)算系數(shù)KAP以及具備頻率支撐控制的轉(zhuǎn)速和槳距角控制器等4部分組成。

圖3 DFIG的簡(jiǎn)化模型

由于簡(jiǎn)化模型中將兩質(zhì)塊軸系模型簡(jiǎn)化為單質(zhì)塊模型，因此在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程中，感應(yīng)發(fā)電機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)應(yīng)與風(fēng)力機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)相加。有功功率計(jì)算系數(shù)KAP替代了變流器及其控制器，其在簡(jiǎn)化模型中的作用是根據(jù)轉(zhuǎn)速將電磁轉(zhuǎn)矩指令Tecmd轉(zhuǎn)換為有功功率Pe。根據(jù)DFIG簡(jiǎn)化模型的有功功率數(shù)值與DFIG詳細(xì)模型的有功功率數(shù)值一致的要求，可以得到KAP的數(shù)值。KAP的數(shù)值是固定的，不隨風(fēng)速變化而變化。表1列出了DFIG風(fēng)電機(jī)組簡(jiǎn)化模型中的部分關(guān)鍵參數(shù)，其中KAP是新增的參數(shù)，慣性時(shí)間常數(shù)H發(fā)生了變化，其他參數(shù)需要從詳細(xì)模型的初始化程序中獲得并設(shè)置到簡(jiǎn)化模型中。未在表1中列出的其他參數(shù)可直接采用詳細(xì)模型中的數(shù)值。頻率支撐控制策略和參數(shù)可根據(jù)研究需要單獨(dú)修改，因此未在表1中列出。

表1 DFIG風(fēng)電機(jī)組簡(jiǎn)化模型中的部分關(guān)鍵參數(shù)

1.2 簡(jiǎn)化模型的驗(yàn)證

為驗(yàn)證DFIG風(fēng)電機(jī)組簡(jiǎn)化模型的有效性，搭建了如圖4所示的IEEE 9節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)。圖4中G1和G2分別為水輪機(jī)和汽輪機(jī)；G3為是配備86臺(tái)1.5 MW額定功率DFIG風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電場(chǎng)，用一個(gè)單機(jī)等效模型表示。同時(shí)將DFIG風(fēng)電機(jī)組的簡(jiǎn)化模型和詳細(xì)模型接入該系統(tǒng)進(jìn)行仿真，風(fēng)速設(shè)置為9 m/s。在仿真過程中，DFIG 風(fēng)電機(jī)組的簡(jiǎn)化模型與詳細(xì)模型共享風(fēng)速和頻率信號(hào)，但不輸出有功功率。通過比較兩種模型的有功功率響應(yīng)曲線和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化曲線來驗(yàn)證簡(jiǎn)化模型的有效性。引起系統(tǒng)頻率變化的擾動(dòng)是Bus5上負(fù)荷功率突然增加15 MW，約為該系統(tǒng)總發(fā)電量的0.051 3 p.u.。

圖4 IEEE 9節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)示意圖

圖5為DFIG風(fēng)電機(jī)組詳細(xì)模型和簡(jiǎn)化模型的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化曲線。紅色曲線表示DFIG風(fēng)電機(jī)組詳細(xì)模型的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，藍(lán)色曲線表示DFIG風(fēng)電機(jī)組簡(jiǎn)化模型的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。由于在對(duì)DFIG風(fēng)電機(jī)組的詳細(xì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化時(shí)保留了所有與頻率支撐控制相關(guān)的部分，所以DFIG風(fēng)電機(jī)組簡(jiǎn)化模型與詳細(xì)模型的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化曲線基本一致，最低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速差異僅為0.001 p.u。圖6為DFIG風(fēng)電機(jī)組詳細(xì)模型和簡(jiǎn)化模型的有功功率響應(yīng)曲線。紅色曲線為DFIG風(fēng)電機(jī)組詳細(xì)模型的有功功率響應(yīng)，藍(lán)色曲線為DFIG 風(fēng)電機(jī)組簡(jiǎn)化模型的有功功率響應(yīng)。由圖6可以看出，兩種模型的有功功率響應(yīng)曲線是吻合的。上述仿真結(jié)果證明了DFIG風(fēng)電機(jī)組簡(jiǎn)化模型的有效性。

圖5 詳細(xì)模型和簡(jiǎn)化模型的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化曲線

圖6 詳細(xì)模型和簡(jiǎn)化模型的有功功率響應(yīng)曲線

2 快速仿真模型的構(gòu)建方法

2.1 排除風(fēng)電作用的SFR模型獲取方法

經(jīng)典SFR 模型的結(jié)構(gòu)如圖7 所示，其中Δf為頻率變化；ΔPd、ΔPm、ΔPa分別為擾動(dòng)功率、機(jī)械功率和加速功率的變化量。經(jīng)典SFR 模型中各參數(shù)的含義可以參閱文獻(xiàn)［18］。考慮到本文建立快速仿真模型是為了研究風(fēng)電的頻率支撐控制，并不涉及經(jīng)典SFR 模型中各參數(shù)的具體取值，因此，本文將經(jīng)典SFR 模型簡(jiǎn)化為一個(gè)傳遞函數(shù)GSFR（s），如圖7中虛線框所示。

圖7 SFR模型的結(jié)構(gòu)

同時(shí)，電網(wǎng)SFR模型中應(yīng)當(dāng)排除風(fēng)電的響應(yīng)。具體的方法是：首先，將完整電網(wǎng)仿真模型中的風(fēng)電場(chǎng)用單機(jī)模型等效并屏蔽其中的頻率支撐控制；然后，在電網(wǎng)內(nèi)設(shè)置功率擾動(dòng)，一般可設(shè)置為某個(gè)或某些負(fù)荷節(jié)點(diǎn)上功率的跳變；接著，記錄電網(wǎng)頻率的變化曲線；最后，以功率擾動(dòng)為輸入、以頻率變化量為輸出，辨識(shí)傳遞函數(shù)GSFR（s）。傳遞函數(shù)辨識(shí)可采用MATLAB 軟件提供的系統(tǒng)辨識(shí)工具箱，本文不再贅述。

以圖4 所示的IEEE 9 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，連接Bus3 的風(fēng)電場(chǎng)用單機(jī)等效模型表示，首先屏蔽其頻率支撐控制；然后，繼續(xù)采用1.2節(jié)所述的Bus5上的負(fù)荷功率擾動(dòng)；根據(jù)其頻率響應(yīng)可以辨識(shí)得到如式（2）所示的三階傳遞函數(shù)GSFR（s），其中s為拉普拉斯算子。在后續(xù)研究風(fēng)電機(jī)組的頻率支撐控制時(shí)，只要不改變電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的出力和調(diào)頻參數(shù)，GSFR（s）就不需要改變，否則需要用上述方法重新辨識(shí)，即：

雖然本文中使用的IEEE 9 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)是一個(gè)很小規(guī)模的電力系統(tǒng)，但辨識(shí)GSFR（s）的方法同樣適用于大規(guī)模的、實(shí)際的電力系統(tǒng)。通過使用實(shí)測(cè)的GSFR（s），可在MATLAB 軟件下研究風(fēng)電頻率支撐控制策略在實(shí)際大電網(wǎng)中的控制效果。需要注意的是，當(dāng)電網(wǎng)中同步機(jī)的開機(jī)組合發(fā)生變化時(shí)，電網(wǎng)的SFR 模型也會(huì)發(fā)生變化，應(yīng)該使用本節(jié)所述方法重新辨識(shí)GSFR（s）。在風(fēng)電參與電網(wǎng)頻率支撐控制的有關(guān)研究中，重點(diǎn)關(guān)注的是風(fēng)電本身的控制策略，通常不需要頻繁改變電力系統(tǒng)的設(shè)置，因此不需要頻繁地重新辨識(shí)GSFR（s）。

2.2 SFR與DFIG簡(jiǎn)化模型的整合方法

風(fēng)電參與電網(wǎng)頻率支撐研究的快速仿真模型是通過整合如圖3所示的風(fēng)電機(jī)組簡(jiǎn)化模型和圖7所示的SFR模型來實(shí)現(xiàn)的。

圖8（a）給出了SFR 模型和單臺(tái)DFIG 風(fēng)電機(jī)組簡(jiǎn)化模型的整合方法，圖8（b）給出了SFR 模型與具有N臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電場(chǎng)的整合方法，其中藍(lán)色部分連接了SFR 模型和風(fēng)電模型。SFR 模型輸出Δf，Δf和穩(wěn)態(tài)頻率f0相加得到系統(tǒng)頻率f。系統(tǒng)頻率f被輸入到DFIG 風(fēng)電機(jī)組的簡(jiǎn)化模型中。在圖8（a）中，單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組輸出的有功功率Pe減去其穩(wěn)態(tài)值P0得到風(fēng)電機(jī)組有功功率變化量ΔPDFIG，ΔPd和ΔPDFIG之差作為SFR模型GSFR（s）的輸入量；在圖8（b）中，不考慮風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的集電網(wǎng)絡(luò)及其損耗，N臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的總輸出功率（Pe1+Pe2+…+PeN）與風(fēng)電場(chǎng)總功率的穩(wěn)態(tài)值PΣ0相減，得到風(fēng)電場(chǎng)有功功率的支撐量ΔPWF，ΔPd和ΔPWF之差作為SFR模型GSFR（s）的輸入量。

通過上述整合方法所得模型即為本文所提出的快速仿真模型。需要指出的是，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部各機(jī)組的風(fēng)速在同一時(shí)刻各不相同［16］，而風(fēng)電機(jī)組的頻率支撐能力與風(fēng)速密切相關(guān)，因此使用風(fēng)電場(chǎng)單機(jī)等效模型得到的仿真結(jié)果是不準(zhǔn)確的，應(yīng)當(dāng)使用保留全部機(jī)組的風(fēng)電場(chǎng)模型，即如圖8（b）所示的風(fēng)電場(chǎng)快速仿真模型。

3 快速仿真模型的驗(yàn)證

3.1 模型有效性的驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文構(gòu)建的快速仿真模型的有效性和準(zhǔn)確性，在相同的風(fēng)速輸入和負(fù)荷功率擾動(dòng)下，比較如圖4所示的系統(tǒng)詳細(xì)模型與如圖8所示的快速仿真模型的頻率變化，結(jié)果如圖9所示。紅色曲線代表IEEE 9節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)詳細(xì)模型的頻率響應(yīng)，藍(lán)色曲線代表快速仿真模型的頻率響應(yīng)。表2列出了兩條頻率變化曲線之間的差異。

圖8 SFR模型與DFIG簡(jiǎn)化模型的整合方法

圖9 詳細(xì)模型和快速仿真模型的頻率響應(yīng)曲線

表2 詳細(xì)模型和快速仿真模型的頻率響應(yīng)差異

從圖9中可以看到，快速仿真模型的頻率響應(yīng)與IEEE 9節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)詳細(xì)模型的頻率響應(yīng)一致。表2中列出的3個(gè)頻率變化指標(biāo)誤差很小，驗(yàn)證了快速仿真模型的有效性和準(zhǔn)確性。

3.2 模型高效性的驗(yàn)證

表3 列出了圖4 所示的IEEE 9 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)詳細(xì)模型（風(fēng)電場(chǎng)采用單機(jī)等效）和圖8（a）、圖8（b）所示的兩種快速仿真模型的仿真速度數(shù)據(jù)。在進(jìn)行仿真時(shí)，均采用定步長(zhǎng)計(jì)算、“ode4（Runge-Kutta）”算法、“Accelerator”模式。由于較大的仿真步長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致IEEE 9節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)詳細(xì)模型計(jì)算失敗，因此仿真步長(zhǎng)設(shè)為1 ms。在型號(hào)為AMD Ryzen5 5600X的CPU 上完成一輪300 s 的仿真需要112.37 s。使用快速仿真模型時(shí)，仿真步長(zhǎng)可以擴(kuò)大到10 ms，但使用20 ms及以上的仿真步長(zhǎng)依然會(huì)遇到計(jì)算失敗問題。對(duì)于步長(zhǎng)為300 s的仿真，若風(fēng)電場(chǎng)采用單機(jī)等效，則如圖8（a）所示的快速仿真模型只耗時(shí)0.86 s，仿真速度提高了130 倍。若對(duì)本文例子中的風(fēng)電場(chǎng)完整保留86臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，IEEE 9節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)詳細(xì)模型的運(yùn)行時(shí)間超過2 h，如此慢速的模型難以用于開展研究，而如圖8（b）所示的快速仿真模型僅耗時(shí)8.22 s，仿真速度提高了近1 100倍。從對(duì)比結(jié)果中可以看到，相比完整的含風(fēng)電電力系統(tǒng)詳細(xì)模型，本文提出的快速仿真模型具有非常優(yōu)異的仿真效率。

表3 系統(tǒng)詳細(xì)模型和快速仿真模型的效率對(duì)比

3.3 工況變化在快速仿真模型中的體現(xiàn)

風(fēng)電參與電網(wǎng)頻率支撐所涉及的工況變化主要包括電網(wǎng)運(yùn)行方式的改變和風(fēng)速變化引起的風(fēng)電場(chǎng)自身出力改變。

電網(wǎng)運(yùn)行方式的改變?cè)诳焖俜抡婺Ｐ椭畜w現(xiàn)為電網(wǎng)SFR 模型參數(shù)的變化。本文2.1 節(jié)給出了SFR 模型的辨識(shí)方法，在電網(wǎng)運(yùn)行方式調(diào)整后，通過系統(tǒng)仿真模型重新辨識(shí)SFR 參數(shù)即可，在本節(jié)中不再贅述。

對(duì)于由風(fēng)速變化引起的風(fēng)電場(chǎng)出力改變，如圖8所示的快速仿真模型中完整保留了與風(fēng)速輸入相關(guān)的模塊，因此可以適應(yīng)風(fēng)速的改變。風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各機(jī)組的風(fēng)速可以使用實(shí)測(cè)的歷史數(shù)據(jù)，或者使用文獻(xiàn)［16］方法所建立的風(fēng)速組合模型。利用文獻(xiàn)［16］中給出的風(fēng)速組合模型，可得到一個(gè)擁有48 臺(tái)1.5 MW 風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電場(chǎng)在不同出力時(shí)各機(jī)組的風(fēng)速數(shù)據(jù)。圖10（a）給出了該風(fēng)電場(chǎng)出力為40 MW 和60 MW 時(shí)的風(fēng)速組合（從小到大排列），在使用快速仿真模型前需要設(shè)置各臺(tái)機(jī)組風(fēng)速。研究系統(tǒng)采用圖4 所示的IEEE 9 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，并采用1.2 節(jié)提及的功率擾動(dòng)。圖10（b）給出了風(fēng)電場(chǎng)不同出力工況下的有功功率響應(yīng)曲線，圖10（c）給出了相應(yīng)的電網(wǎng)頻率變化曲線。由圖10 可得，快速仿真模型完全可以應(yīng)付工況的變化。

圖10 風(fēng)電場(chǎng)不同出力工況下的仿真結(jié)果

4 結(jié)語

MATLAB軟件只能構(gòu)建小規(guī)模的含風(fēng)電電力系統(tǒng)模型，并且仿真速度緩慢。為了開展風(fēng)電參與電網(wǎng)頻率支撐控制研究，本文提出了一種由風(fēng)電機(jī)組簡(jiǎn)化模型和系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型整合所得的快速仿真模型。風(fēng)電機(jī)組的簡(jiǎn)化模型中只包含與頻率支撐控制相關(guān)的機(jī)械部分及其控制器，所有電氣和電力電子部分均被簡(jiǎn)化。除風(fēng)電以外的電力系統(tǒng)采用系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)來表征，并可以在屏蔽風(fēng)電機(jī)組頻率支撐控制的基礎(chǔ)上通過辨識(shí)方法得到。仿真結(jié)果表明：該快速仿真模型可顯著提高在MATLAB 軟件下進(jìn)行風(fēng)電參與電網(wǎng)頻率支撐研究的效率，并可以模擬風(fēng)電頻率支撐對(duì)大規(guī)模電力系統(tǒng)的影響，對(duì)于促進(jìn)風(fēng)電參與電網(wǎng)頻率支撐的研究有積極作用。