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雙饋感應(yīng)發(fā)電機（Double-Fed Induction Generator, DFIG）裝機容量約占90%的市場份額，是當今的主流機型。由于傳統(tǒng)DFIG采用最大功率跟蹤運行方式，機組的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率無關(guān)，即機組的出力不響應(yīng)電網(wǎng)頻率的波動。

為了提高風力發(fā)電系統(tǒng)的慣量支撐和頻率響應(yīng)能力，有關(guān)學者進行了研究，提出了解決方法，但是均未考慮DFIG自身發(fā)電效益，降低了風能利用率，故如何配置風電機組的調(diào)節(jié)機制來緩解發(fā)電效益和系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關(guān)系是目前亟待解決的問題。

儲能裝置已廣泛應(yīng)用于風電場，在基于儲能參與電網(wǎng)一次調(diào)頻控制方面，有學者分析了具有快速響應(yīng)的儲能技術(shù)對高滲透率情況下的風電場頻率響應(yīng)的應(yīng)用場景；有學者提出一種在儲能技術(shù)的依托下對風電場的虛擬慣量進行補償?shù)牟呗?；有學者分析風電出力特點，提出一種儲能電源參與含風電電網(wǎng)的優(yōu)化下垂控制策略，可有效平抑風電功率波動。

倘若僅采用虛擬下垂控制，即使減小了穩(wěn)態(tài)頻率偏差，也無法減緩頻率下降速度和降低最大頻率偏差變化量。然而僅采用單一虛擬慣性控制，則只能在頻率變化過程中起作用，無法降低穩(wěn)態(tài)頻率偏差。因此有學者給出了合理協(xié)調(diào)兩者之間關(guān)系的方法，但儲能電源循環(huán)周期壽命短，且不考慮儲能SOC變化，大大增加了維護成本。

在針對儲能裝置參與風電場一次調(diào)頻策略研究中，大多采用風電場集中式儲能方案，其安全可靠性風險往往大于分布式模式，而目前風力發(fā)電集中并網(wǎng)點高壓側(cè)普遍出現(xiàn)頻率、電壓波動幅度增大現(xiàn)象，其中風電場內(nèi)部或并網(wǎng)點變壓器中低壓側(cè)的頻率波動幅度更大，超過一次調(diào)頻動作閾值（0.033Hz）的情形頻繁出現(xiàn)；故提高單臺風電機組的致穩(wěn)性和抗擾性，使其具備一次調(diào)頻能力顯得尤為重要。

超級電容器目前僅應(yīng)用于配合低電壓穿越和平滑功率波動方面，由于具有功率密度大的優(yōu)點，可瞬時大功率輸出，故可為系統(tǒng)提供慣量支撐和一次頻率調(diào)節(jié)。

針對上述問題，河北省分布式儲能與微網(wǎng)重點實驗室（華北電力大學）的研究人員，在2021年第5期《電工技術(shù)學報》上撰文，兼顧DFIG運行的經(jīng)濟性和系統(tǒng)一次頻率調(diào)節(jié)需求，結(jié)合實際運行場景和DFIG網(wǎng)側(cè)變流器的控制特性，提出了計及超級電容儲能SOC控制DFIG的慣量與一次調(diào)頻自適應(yīng)控制策略。

圖1 DFIG的儲能配置

結(jié)合慣性與下垂控制模式各自優(yōu)勢，采用一種確定兩種調(diào)頻模式參與調(diào)頻的比例系數(shù)模型，實現(xiàn)兩種調(diào)頻模式平滑切換。在此基礎(chǔ)上綜合考慮自身儲能SOC實時修正虛擬慣性與下垂系數(shù)，其慣量支撐和一次頻率調(diào)節(jié)都由超級電容儲能模塊擴展功能實現(xiàn)，無需修改或增加原風電機組的結(jié)構(gòu)和控制方案，從而使風電機組的升級改造變得簡單容易，提高了單臺風電機組的致穩(wěn)性和抗擾性。

圖2 一次調(diào)頻自適應(yīng)控制策略流程

在系統(tǒng)穩(wěn)定或發(fā)電需求增加（減?。┢陂g風電機組始終運行在最大功率跟蹤模式以達到最大發(fā)電效益。當發(fā)電需求減小或增大時，通過控制超級電容器充電與放電來參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)，實現(xiàn)DFIG在全工況運行下具有一次調(diào)頻能力。最后基于Matlab/Simulink搭建含DFIG的四機兩區(qū)域仿真模型，驗證所提方案有效性。

圖3 含雙饋風電場的4機2區(qū)域系統(tǒng)

研究人員通過理論與仿真分析，得到以下結(jié)論：

1）相較于傳統(tǒng)的集中式儲能參與系統(tǒng)調(diào)頻，所提出的超級電容器控制策略使得單臺風電機組具備一次頻率調(diào)節(jié)能力，其慣量支撐和一次頻率調(diào)節(jié)都由超級電容儲能模塊擴展功能實現(xiàn)，無需修改或增加原風電機組的結(jié)構(gòu)和控制方案，使得單臺風電機組具有良好的魯棒性和兼容性，提高其單臺風機的致穩(wěn)性和抗擾性。尤其適合現(xiàn)場已投運機組的升級改造，為單臺風機的改造和控制提出了新思路和新方向。

2）綜合考慮超級電容SOC即時狀態(tài)控制選擇合適慣性和下垂系數(shù)進行出力來避免其儲能裝置的過充過放問題，且有效發(fā)揮了虛擬慣性和虛擬下垂對于頻率偏差及其變化率的感知反應(yīng)能力，實現(xiàn)平滑超級電容器更加高效的出力，減小其充放電深度，提高使用壽命。在頻率下降階段后期，虛擬下垂填補了虛擬慣性出力不足的問題，使得超級電容器的功率配置有了更大的考慮空間，其容量利用率得到了顯著提升。

3）所提方法是在風機最大功率跟蹤控制的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，相比于常規(guī)的超速減載調(diào)頻控制，既兼顧了發(fā)電效益，同時又大大提高了風機的慣量支撐和一次頻率調(diào)節(jié)能力，繼而超速減載調(diào)頻控制的減載率越大，其轉(zhuǎn)速和功率的實際可調(diào)節(jié)深度越小，風能利用率和輸出功率越低，體現(xiàn)所提出的一次調(diào)頻控制優(yōu)越性。

4）接下來將對雙饋風力發(fā)電機組參與系統(tǒng)一次調(diào)頻的整個階段進行更深入的分析，對分配系數(shù)曲線進行優(yōu)化，以達到更好的調(diào)頻效果與儲能裝置的優(yōu)化問題。

以上研究成果發(fā)表在2021年第5期《電工技術(shù)學報》，論文標題為“考慮儲能自適應(yīng)調(diào)節(jié)的雙饋感應(yīng)發(fā)電機一次調(diào)頻控制策略”，作者為顏湘武、崔森、常文斐。