变速风能转换系统在系统频率调节中的动态贡献
摘要 具有广泛风电穿透的发电组合中的频率调节是一个关键问题，因为在具有先进电力电子控制器和减少等价系统惯性的扰动期间，风电单元与电网隔离。因此，风力涡轮机也有助于系统频率控制，这一点很重要。本文研究了基于风电场的双馈感应发电机(DFIG)在系统频率调节中的动态贡献。提出了修正后的惯性支持方案，帮助DFIG在过渡期间向电网提供短期过渡有功电力支持，并在频率上制止故障。控制器考虑频率偏差以提供惯性控制。使用了额外的参考功率输出，该输出帮助DFIG释放涡轮机旋转质量中的动能存储。DFIG使用了最佳速度控制参数来增加其对频率控制的参与。在两个互联电力系统中进行的模拟显示了DFIG对负载频率控制的贡献。
关键词 双联感应发生器(DFIG)，负载频率控制，惯性控制，风能转换系统
1 引言
通过将广泛的风源纳入系统，常规电源将被移除，发电厂可能没有足够的动能来支持系统频率。运行中同步单元数量的减少可能会降低系统的惯性，从而降低系统对扰动的鲁棒性。因此，作为冬季渗透水平的风险，至关重要的是要探索双馈感应发电机(DFIG)的可能性--基于风力涡轮机与常规发电机一起进行频率控制。风力发电机的惯性和动态特性不同于常规发电机。在任何紧急情况发生时，常规发电机的动能都无法长期维持该系统的频率。孤立的系统中出现了这些问题，需要对风电场有效参与初级频率监管的潜力进行调查。如果安装风能力可能导致一些惯性，则可以减少应急的不利影响[1，2]。
技术进步使风力发电机能够参与频率控制。它提高了操作的鲁棒性，使风力渗透安全。在DFIG的情况下，涡轮机的惯性有效地从系统中消除，从而防止发电机响应系统频率的变化。电力电子控制器控制性能和行为，作为机器和电网之间的接口。当在大量操作时，这种行为是不可取的，因为由于较低惯性的干扰，系统的频率将迅速变化。文献中报道了几种关于变速风力涡轮机(VSWT)如何有效地参与系统频率调节的方法[3-5]。第一种方法是基于惯性控制；第二种是功率储备控制方法（音调控制和速度控制），第三种是通信方法控制。惯性控制由DFIG通过附加惯性控制环提供[6]。这种额外的惯性控制回路对系统频率敏感，并释放了基于DFIG风力涡轮机旋转质量的动能。DFIG对干扰和主要频率控制的即时反应是通过在频繁注入主动功率来实现的。风力发电机向电网提供的额外电力与系统频率的漂移成正比。DFIG在频率控制方面的能力是通过静态转换器控制和音调控制的组合来利用的，使转子速度和有功功率与升压最佳功率提取曲线相匹配[7]。DFIG在频率控制中的动态参与由频率控制支持功能分析，频率控制支持功能与频率偏差成比例，涡轮叶片的动能用于提高频率[8，9]。政府设定和系统惯性响应也分析了DFIG对频率监管的贡献。提出了一种新的控制算法，用于在稳定的模型[10]中从涡轮机中提取最大能量。
不同类型的控制器用于在正常运行状态下维护电力系统。自动生成控制(AGC)的这些控制器是比例积分(PI)，比例积分导数(PID)和最佳控制器。除其他控制器外，基于模糊控制器在系统频率调节方面也非常有效。Fuzzy Controller用于在市场结构中以竞争方式通过价格为基础和双边合同机制提供旧的服务[11]。还提供了一种基于模糊的自动生成控制器，该控制器具有灵活的替代电流传输(FACT)设备，用于在开放市场场景中进行频率控制。TCPS的角度控制阶段用于与模糊控制器一起稳定系统频率和时间线功率振荡[12]。控制器的增益可以设置为控制系统动态响应中的快速过渡恢复和低开销。这些控制器的增益设置是通过集成广场误差(ISE)等方法和其他优化方法（如部分互换优化）来实现的。PI控制器以很小的或不超过的速度改进状态错误。
风发生器一般不有助于系统频率调节，也就是说，在频率的调节中，它们没有增加或减少生风区域，本文件的目的是分析两个相互连接的系统的负荷控制问题，因为基于DFIG的风力涡轮机连接到两个区域并对系统惯性作出贡献。基于频率偏差信号，DFIG向系统注入电力并提供惯性支持。所需能量来自风力涡轮机旋转质量中的动能储存，导致转子速度的变化。由于旋转质量中的动能储存有限，风力涡轮机只在较短的时间内对系统惯性作出贡献。因此，风力发电机只提供主要的频率控制，而最后生风区域必须由常规工厂进行。这可能是非常有用的，因为常规单位在干扰后反应缓慢，风单位可能会在最初的故障发生时停止。使用了不同的风穿透水平，并通过为DFIG获得优化的速度控制参数，对2%的负载扰动作出了频繁的响应。在MATLAB中使用Simulink模型进行了仿真。
2 VSWT用于频率控制
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