上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院的研究人員趙晶晶、呂雪、符楊、胡曉光，在2015年第5期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，為了提高風(fēng)光柴微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)的頻率穩(wěn)定性，將變速恒頻雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)(DFIG)和柴油機(jī)作為調(diào)頻電源，通過DFIG的虛擬慣量、轉(zhuǎn)速和槳距角的協(xié)調(diào)控制與柴油機(jī)的一次調(diào)頻相配合，共同抑制負(fù)荷波動(dòng)和風(fēng)速變化引起的微網(wǎng)頻率變化。
上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院的研究人員趙晶晶、呂雪、符楊、胡曉光，在2015年第5期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，為了提高風(fēng)光柴微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)的頻率穩(wěn)定性，將變速恒頻雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)(DFIG)和柴油機(jī)作為調(diào)頻電源，通過DFIG的虛擬慣量、轉(zhuǎn)速和槳距角的協(xié)調(diào)控制與柴油機(jī)的一次調(diào)頻相配合，共同抑制負(fù)荷波動(dòng)和風(fēng)速變化引起的微網(wǎng)頻率變化。低于額定風(fēng)速時(shí)，DFIG采用虛擬慣量控制和超速控制;高于額定風(fēng)速時(shí)，采用虛擬慣量控制和自動(dòng)槳距角控制。以此彌補(bǔ)虛擬慣量控制作用時(shí)轉(zhuǎn)速恢復(fù)過程的功率跌落問題，并為微網(wǎng)提供持久的功率支撐。
為保證此調(diào)頻策略在時(shí)變風(fēng)速中的有效性，通過不同風(fēng)速下的參數(shù)分析制定了DFIG的虛擬慣量控制系數(shù)曲線與功頻靜特性系數(shù)曲線，實(shí)現(xiàn)了可變系數(shù)控制。并在DigSILENTPowerFactory軟件平臺(tái)上搭建了包含柴油機(jī)、DFIG、光伏電池的微電網(wǎng)模型，驗(yàn)證了此策略的有效性。
頻率是保證微電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要控制參數(shù)，尤其是在孤島運(yùn)行模式下，此時(shí)一般由柴油機(jī)或儲(chǔ)能系統(tǒng)承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)[1]。但柴油機(jī)的頻率響應(yīng)速度相對(duì)較慢，在兆瓦級(jí)的中壓微電網(wǎng)系統(tǒng)中，當(dāng)出現(xiàn)較大程度的有功缺額時(shí)，依靠安裝較大容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)來快速平抑頻率波動(dòng)是不經(jīng)濟(jì)的。
隨著電力電子技術(shù)的日益成熟，變速恒頻雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組由于具有較寬的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍和較大的裝機(jī)容量而被廣泛采用。與恒速風(fēng)電機(jī)組相比，它能夠根據(jù)風(fēng)速變化在運(yùn)行中保持最佳葉尖速比以獲得最大風(fēng)能。類似地，光伏電池也是通過電力電子變流器接入電網(wǎng)，為了保證太陽能利用率，也是運(yùn)行在最大光能追蹤模式下。
因此，風(fēng)電和光伏的大量接入使得孤島運(yùn)行的微電網(wǎng)等效慣量小的問題變得突出，當(dāng)出現(xiàn)較小功率缺額時(shí)就會(huì)出現(xiàn)較顯著的頻率波動(dòng);而且它們的最大功率追蹤策略使其不能為系統(tǒng)提供備用，當(dāng)出現(xiàn)較大負(fù)荷擾動(dòng)或發(fā)電機(jī)切機(jī)時(shí)，微網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性將受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
為了提高孤島運(yùn)行微電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)頻率穩(wěn)定性，文獻(xiàn)[2]提出了基于虛擬同步發(fā)電機(jī)思想的微電網(wǎng)逆變電源控制策略，文獻(xiàn)[3]提出了一種虛擬慣性頻率控制策略，使微電網(wǎng)電源具有類似于同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性。但以上文獻(xiàn)都建立在微網(wǎng)中配備了超級(jí)電容、飛輪儲(chǔ)能等快速功率響應(yīng)特性的儲(chǔ)能裝置的前提下，實(shí)際上，風(fēng)電機(jī)組也可以作為迅速有效的調(diào)頻電源。
如何控制變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使其具有頻率調(diào)節(jié)能力是近年的研究熱點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了一些控制策略。為了增加系統(tǒng)慣量，文獻(xiàn)[4，5]提出了虛擬慣量控制的概念，文獻(xiàn)[6]進(jìn)行了進(jìn)一步研究,提出了通過在風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)變流器功率外環(huán)附加控制環(huán)節(jié)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率不再解耦的控制策略。
文獻(xiàn)[7]分析了控制參數(shù)及變流器電流限值對(duì)調(diào)頻效果的影響，但只考慮了恒定風(fēng)速的情況，而且忽視了轉(zhuǎn)速恢復(fù)過程中的功率跌落問題。以上利用附加控制環(huán)節(jié)，使DFIG轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率剛性耦合的虛擬慣量控制策略只能為電網(wǎng)提供短暫的頻率支持，對(duì)減小頻率穩(wěn)態(tài)偏差是沒有貢獻(xiàn)的。因此文獻(xiàn)[8，9]提出了使風(fēng)電機(jī)組減載的控制策略。目前風(fēng)電機(jī)組的備用容量一般通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和槳距角獲取[10]。但是槳距角動(dòng)作屬于機(jī)械過程，響應(yīng)速度相對(duì)較慢，而且過于頻繁的動(dòng)作容易造成風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械磨損。
在孤島運(yùn)行的風(fēng)/光/柴微電網(wǎng)中，為了更充分的利用風(fēng)電機(jī)組的調(diào)頻能力，本文提出了雙饋風(fēng)機(jī)的可變系數(shù)虛擬慣量與超速協(xié)調(diào)的調(diào)頻策略，使風(fēng)電機(jī)組虛擬慣量控制的暫態(tài)性與轉(zhuǎn)速控制、柴油機(jī)一次調(diào)頻的持久性相協(xié)調(diào)，共同抑制由負(fù)荷、風(fēng)速變化等引起的頻率波動(dòng)。
