华北电力大学颜湘武团队特稿：双馈风电机组一次调频的新策略

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颜湘武，博士，传授，博士生导师，“分布式储能与微网”河北省重点实验室副主任，河北电机工程学会理事，中国电工手艺学会电动汽车充换电系统与试验专业..委员，中国电源学会元器件专委会委员。 （本文来自久久自媒体）

2007年11月至2008年10月时代由国度派出到美国威斯康星麦迪逊大学留学研究，现为华北电力大学电气与电子工程学院传授。先后主持和承担国度863规划、国度科技撑持以及国度天然科学基金项目10余项。获得中国电力科学手艺一等奖1项、三等奖1项，河北省科技提高三等奖2项，授权国度发现专利30余项。

首要从事新能源电力系统不乱与自治掌握、分布式发电并网与系统特征剖析、高效变换拓扑以及电动汽车平安充电等方面的理论及其要害手艺研究。已培育硕士、博士研究生100余人。先后在《中国电机工程学报》、《电工手艺学报》、IEEETransaction、EuropeanJournal、电力系统主动化等国表里权势和焦点期刊，以及IEEE焦点国际会议等，揭橥学术论文200余篇，个中被SCI、EI收录120余篇。

本文提出了基于变功率点跟踪和超等电容器储能协调掌握的双馈风电机组一次调频策略，并设计出一套最高放电效率下成本最低的超等电容储能方案。所提方式在源荷随机波动场景下，发电效益接近于最大功率跟踪模式，显着高于超速减载掌握模式，同时还具有显着优于传统超速减载掌握的一次频率调节能力，且无需进行桨距角调节，有利于耽误变桨系统寿命。

近年来，跟着风电渗透率的提拔，系统的等值时间常数降低，一方面，系统的不乱贮备系数降低，另一方面，系统调剂难度增大，显现弃风现象。传统超速减载掌握经由保留部门有功备用介入系统调频，但存在风电机组发电效益降低、转速调节局限减小及桨距角掌握启动频仍等问题。论文提出的变功率点跟踪和超等电容器储能协调掌握的双馈风电机组一次调频策略，比拟传统超速减载掌握的经济效益和一次频率调节能力均有显著提拔，同时为储能装配在新能源机组渗透率逐渐加大的配景下提出了新的应用思路。

传统超速减载掌握经由保留部门有功备用介入系统调频一方面在正常运行时损失了风电场的发电效益，另一方面在负荷突减这一扰动下并未考虑到转速和功率调节深度的问题，调节结果欠安。

针对此问题，本文进一步索求发现最大功率跟踪模式在正常运行体式下可最大化发电效益，在负荷突减这一扰动下若能够介入调频，则其可调局限弘远于超速减载模式。

本文连系变功率跟踪掌握和MPPT模式的长处，最大化发电效益的同时实现DFIG在负荷突减扰动下的一次频率调节，同时针对在负荷突增扰动下风电机组无备用容量介入调频问题，合理设置储能提高风电机组调频能力，论文提出的基于超等电容储能的双馈风电机组介入系统一次调频设置如图1所示。

图1DFIG的储能设置

超等电容器经由双向DC/DC变换器与双馈风电机组的直流侧母线电容相保持，超等电容器一方面因为功率密度大，可瞬时大功率输出；另一方面可轮回次数较多，知足频仍充放电的需求，是以拔取超等电容储能辅助DFIG风电机组介入调频。

本文中双馈风电机组的转子侧与网侧变流器可维持原有的掌握体式，网侧变流器的感化是维持直流母线电容电压的不乱，故超等电容储能装配的充放电功率经由网侧变流器直接流向电网。

基于变功率点跟踪和超等电容器储能协调掌握的双馈风电机组一次调频策略道理框图如图2所示。

图2超等电容储能系统的掌握道理框图

首先凭据负荷展望模块判断扰动类型。凭据风机VSG手艺尺度《风电机组虚拟同步机手艺要乞降试验方式》，将调频死区设定为，此时可近似剖断为系统无扰动，风电机组不介入惯性调节和一次频率调节。

在无扰动和负荷增加扰动下，风机运行在最大功率点跟踪状况下，实现发电效益最大化；若负荷减小，变功率点跟踪掌握启动，凭据频率误差获得风机附加调节功率；若负荷增加，超等电容储能装配掌握启动，凭据频率误差获得储能装配附加调节功率。

储能单元容量设置需要知足负荷突增扰动下的一次频率调节需求。若储能装配容量过小，无法供应足够的备用容量介入频率调节；若储能装配容量过大，则会增加储能系统成本，造成必然量的容量虚耗。故综合上述身分，需要合理设置储能装配的容量。

本文所采用的超等电容器储能装配处于恒功率放电模式，能够获得图3所示的储能装配放电效率曲线，个中ƞ为超等电容放电效率，Umax为最高工作电压。

图3超等电容储能装配的效率曲线

由上图可知，超等电容器在恒功率放电时，其放电效率与最高工作电压巨细成正比。综合考虑超等电容器组的成本和放电效率问题，本文采用144V*55F超等电容器5串2并共10组构成该双馈风机机组的储能装配，其最低工作电压为32V，最高工作电压为720V，其放电效率为96.9%。

表1中对一次调频方案的手艺经济性进行了对比，由对比可知预留备用的调频方案能够在调节过程中供应历久的功率撑持，其调节机能与火电相当，，但经济损失伟大；比拟之下，设置储能方案仅需一次性投入，投资额在可接管的局限之内，且调频机能显着优于火电，在后续的推广应用中，储能系统还能够进一步腻滑出力、削减弃风弃光，业主可经由这些综合应用的模式增加收益。由此可知设置分布式的储能的双馈风电机组是风电场首选的一次频率调节方案。

表12种应用模式手艺经济性对比

本文基于MATLAB/Simulink仿真..竖立四机两区域仿真模型进行仿真剖析。由表2可知，在系统源荷随机波动场景下，基于变功率点跟踪和超等电容器储能协调掌握的双馈风电机组一次调频策略和超速减载预留10%备用容量比拟，频率调节能力提高10%，平均风能行使率提高12%，平均输出功率增大23.5%,且超速减载掌握在介入系统调节时桨距角调节时间占比高达20%，而基于超等电容器储能介入调频掌握无需桨距角调节。

表2源荷随机波动时响应机能指标

是以在源荷随机波动场景下，超等电容器介入调频掌握在风机发电效益大大提高的根蒂上，其频率调节能力高于常规的超速减载掌握，更能知足系统的一次频率调节需求，且无需进行桨距角调节，有利于变桨掌握系统平安、靠得住及耽误寿命。

今朝双馈风机遍及采用的最大功率跟踪掌握策略或传统变桨、超速减载用于一次频率调节各有其不足，本文所提出的基于变功率点跟踪和超等电容器储能协调掌握的双馈风电机组一次调频策略，充裕连系以上掌握策略的优势，填补其不足，达到在不损失风电机组发电效益的前提下，介入系统一次频率调节的结果，而且大大提高了一次频率调节能力和发电效益，经济性优势显著，为储能装配在新能源机组渗透率逐渐加大的配景下提出了新的应用思路，同时为风电机组介入一次调频的新方式供应了理论依据。

颜湘武,宋子君,崔森,孙颖,李铁成.基于变功率点跟踪和超等电容器储能协调掌握的双馈风电机组一次调频策略[J].电工手艺学报,2020,35(3):530-541.YanXiangwu,SongZijun,CuiSen,SunYing,LiTiecheng.PrimaryFrequencyRegulationStrategyofDoubly-FedWindTurbineBasedonVariablePowerPointTrackingandSupercapacitorEnergyStorage.TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety,2020,35(3):530-541.