马少康, 耿 华, 杨 耕, 李 琦

(1. 清华大学自动化系, 北京市 100084; 2. 国网经济技术研究院有限公司, 北京市 102209)

0 引言

随着风电渗透率的不断提高,由工作在最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)模式下的变速风电机组构成的大规模风电场代替传统同步发电机接入电网,将导致电网等效惯量减小[1],危害电网的频率稳定性[2-3]。通过引入频率反馈控制,可使风电场具备支撑电网频率的能力,对维持电力系统安全、稳定、可靠运行至关重要[4]。

为了能够支撑电网频率,变速风电机组应在电网频率跌落(升高)时增加(降低)其输出功率。在电网频率升高时,风电机组可通过增加桨距角降低其输出功率,实现手段较为容易,本文不予考虑。本文重点关注电网频率跌落时风电系统的频率支撑能力及控制方法。

文献[5-8]通过控制风电机组升速或调节风电机组桨距角使其降载运行,从而预留一定的转子动能和风电功率备用。在电网频率跌落时,储备的动能和功率备用可用于频率支撑。但是风电机组工作在降载模式下将降低风能利用效率,造成风资源浪费[9]。惯量控制所需的额外能量也可通过加装储能装置获得[10-12],但是加装储能装置势必将增加系统的运营成本。为此,文献[13-15]在风电机组原MPPT控制基础之上引入df/dt前馈控制环节,在电网正常工作时,前馈环节输出为0,风电机组可捕获最大可利用风能。当出现电网频率跌落时,前馈环节将输出额外的功率,从而使风电机组释放转子动能以提供虚拟惯量[16-18]。……