上海電力大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員趙晶晶、李敏、何欣芹、朱仁杰，在2019年第23期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，為了增強(qiáng)含風(fēng)電的微電網(wǎng)在孤島運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)頻率調(diào)節(jié)能力，提出在變速恒頻雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)中附加限轉(zhuǎn)矩控制的慣性控制方法，在負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)更快地提供頻率支撐。
隨著傳統(tǒng)能源的日益短缺和可再生能源的不斷發(fā)展，由小型分布式能源組成的微電網(wǎng)受到廣泛的關(guān)注。大多數(shù)分布式能源，如光伏、風(fēng)電等均通過(guò)電力電子變流器變換電能，其大量接入會(huì)降低系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，對(duì)電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性造成影響。而孤島運(yùn)行的微電網(wǎng)，失去大電網(wǎng)作為支撐，其頻率調(diào)節(jié)問(wèn)題變得突出。要提高微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)的頻率穩(wěn)定性，有必要深入研究風(fēng)電機(jī)組的頻率控制策略，使其主動(dòng)響應(yīng)頻率變化。
目前，針對(duì)風(fēng)電機(jī)組的有功控制，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出通過(guò)虛擬慣量控制參與頻率調(diào)節(jié)，增強(qiáng)系統(tǒng)慣量，并采用超速或槳距角控制為系統(tǒng)提供持續(xù)的有功支撐。
通常風(fēng)電機(jī)組釋放轉(zhuǎn)子動(dòng)能有三種實(shí)現(xiàn)方式：虛擬慣量控制、方波式慣量控制和限轉(zhuǎn)矩控制。
虛擬慣量控制是在風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)附加基于頻率偏差和頻率變化率的有功控制，通常由慣性環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以響應(yīng)過(guò)程較快，但有一定的延遲，其優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)速恢復(fù)過(guò)程不會(huì)引起較為明顯的二次頻率跌落；
方波式慣量控制能夠在負(fù)荷突增瞬間增發(fā)固定的有功功率并維持指定的時(shí)間，其響應(yīng)由頻率偏差觸發(fā)，響應(yīng)速度比虛擬慣量控制更快，但轉(zhuǎn)速恢復(fù)時(shí)輸出功率驟降，導(dǎo)致的二次頻率跌落不容忽視；
限轉(zhuǎn)矩控制由頻率偏差觸發(fā)后瞬間將功率輸出增大并限制在轉(zhuǎn)矩極限內(nèi)，慣量響應(yīng)過(guò)后有功輸出跟隨轉(zhuǎn)速變化以斜坡方式逐漸減小，其響應(yīng)速度比虛擬慣量更快，并能更有效地提高頻率最低點(diǎn)，二次頻率跌落程度較方波式慣量控制更小，但存在轉(zhuǎn)速恢復(fù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)以及頻率恢復(fù)至穩(wěn)定值的時(shí)間延后等問(wèn)題。
近年來(lái)，儲(chǔ)能設(shè)備得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用。在含風(fēng)電的電力系統(tǒng)中，利用儲(chǔ)能輔助系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能靈活地吸收和釋放有功功率。因此除了利用風(fēng)電機(jī)組自身的調(diào)節(jié)能力，可增加如飛輪、蓄電池、超級(jí)電容器等儲(chǔ)能輔助風(fēng)電機(jī)組參與微電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)。
有學(xué)者提出了含電池荷電狀態(tài)（State of Charge, SOC）反饋環(huán)節(jié)的風(fēng)儲(chǔ)調(diào)頻控制，根據(jù)電池SOC，控制儲(chǔ)能、風(fēng)電機(jī)組及常規(guī)機(jī)組依次出力。
有學(xué)者提出儲(chǔ)能補(bǔ)償風(fēng)電場(chǎng)慣量的控制策略，將儲(chǔ)能連接在風(fēng)電場(chǎng)出口母線處，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償風(fēng)電場(chǎng)慣量，由于風(fēng)電機(jī)組不參與頻率調(diào)節(jié)，大大增加了儲(chǔ)能的配置成本。
有學(xué)者提出計(jì)及風(fēng)速波動(dòng)區(qū)間的風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)頻控制策略，該策略在全風(fēng)速下能夠提高系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性，克服系統(tǒng)頻率振蕩和二次頻率下降等問(wèn)題。
有學(xué)者基于風(fēng)電機(jī)組接入的35kV配電網(wǎng)系統(tǒng)模型，采用限轉(zhuǎn)矩控制的慣量響應(yīng)方法增強(qiáng)了永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的慣性響應(yīng)能力，并結(jié)合電池儲(chǔ)能，改善轉(zhuǎn)速恢復(fù)時(shí)產(chǎn)生的頻率二次跌落，大大地提升了系統(tǒng)的頻率響應(yīng)能力。但并未深入分析有功減載量對(duì)二次頻率下跌及其轉(zhuǎn)速恢復(fù)的影響，設(shè)置的減載量較大，造成的二次頻率下跌較嚴(yán)重。
上海電力大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員在孤島運(yùn)行的微電網(wǎng)中采用雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)（Doubly Fed Induction Generator, DFIG）限轉(zhuǎn)矩控制的慣量控制方法，針對(duì)DFIG在轉(zhuǎn)速恢復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生的二次頻率跌落問(wèn)題，提出一種風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)頻的控制策略。
圖1 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)
該策略首先利用限轉(zhuǎn)矩控制作為DFIG的慣量響應(yīng)方法，快速釋放轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，短期支撐頻率，為了改善限轉(zhuǎn)矩控制在DFIG轉(zhuǎn)速恢復(fù)期間的頻率二次跌落問(wèn)題，在DFIG退出頻率調(diào)節(jié)后由儲(chǔ)能為頻率提供后續(xù)支撐。通過(guò)風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合頻率調(diào)節(jié)，能夠有效改善限轉(zhuǎn)矩控制產(chǎn)生的頻率二次跌落問(wèn)題，增強(qiáng)頻率的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力。最后在孤島運(yùn)行的10kV微電網(wǎng)模型中仿真分析證明，所提的風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)頻控制策略能夠提高孤島運(yùn)行微電網(wǎng)的頻率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力。
以上研究成果發(fā)表在2019年第23期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于限轉(zhuǎn)矩控制的風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)頻控制策略”，作者為趙晶晶、李敏、何欣芹、朱仁杰。
