针对时变运行工况的风机-储能邱健蓄电池协同自整定频率支撑控制策略

受限于风力发电机（WTs）的转速约束，高风电浸透率电网呈现频率调理二次坠落现象，且稳态偏差较为明显。虽然风电场装备的储能电池（ESB）可供给长时刻调频服务，但ESB与WTs之间的协同机制没有得到充分研讨。本文提醒了因转子动能储藏缺乏引发的频率二次坠落底子成因。经过剖析频率扰动信号在风力发电机(WT)与储能体系(ESB)操控回路中的传达特性，本研讨开发了一种集成直流母线ESB与WT的和谐操控结构，从能量平衡视点按捺二次频率坠落。进一步地，为处理时变运转条件下源侧支撑才能与体系频率调理需求匹配的关键问题，本文提出一种自调理下垂-惯性参数操控办法。该办法能动态适应运转工况，然后提升WT与ESB在不同源侧状况下的协同频率调理才能。模仿结果表明，所提办法可有用进步频率最低点，缓解二次频率坠落现象，有助于保障体系安全运转。

引言

风力发电日益遍及为电力体系安全运转带来了挑战[1]。与根据双馈感应发电机(DFIG)的风力发电机相比，选用永磁同步发电机(PMSG)且具有低励磁损耗与更高可靠性优势的直接驱动风力发电机(DDWT)正逐渐成为风力发电的主流机型。由于网侧变流器(GSC)的惯性隔离特性，DDWT在频率扰动产生时仍运转于最大功率追踪状况，无法供给频率支撑。跟着DDWT浸透率提升，体系惯性严重缺乏。因此研讨DDWT参加频率支撑对体系稳定性具有重要意义。
跟着风力发电技术的开展，风力涡轮机（WT）已可以参加电网频率调理[2]。文献[3]研讨了包括风电机组的互联多源多区域电力体系的频率操控稳定性。现在，WT参加频率支撑首要有两种办法：其一是经过在WT机组主操控器中添加附加功率参阅[4]；其二是经过在机侧操控器（MSC）中开发虚拟惯性操控，使WT可以根据频率改变输出调频功率[5,6]。[7]根据平均体系频率模型逆向构建了风力发电机组的附加有功功率最优操控曲线。第二种办法根据电压源换流器操控技术。[[8], [9], [10]]中选用虚拟同步发电机(VSG)操控技术，使风电机组可以模仿转子运动方程，完成对频率和电压的有源支撑。文献[11]作者提出一种改进战略，旨在进一步增强VSG操控下的低电压穿越才能。虽然上述风电机组网侧变流器操控技术可有用提升体系频率稳定性，各类辅佐操控的实质都是经过添加机组出力来供给频率支撑。但转子动能过度提取将导致风轮触发转速维护，过早终止频率支撑，然后引发二次频率下跌(SFD)现象。
关于SFD问题，常见的处理计划是优化WT惯性支撑时刻，即准确操控转子转速降至其下限的时刻，以确保WT在转子动能彻底耗尽前停止频率支撑。[12]提出了一种具有改进转子转速恢复才能的WT含糊自适应频率支撑操控战略，防止了低速WT的过度减速。[13]研讨了一种根据高斯功率曲线的风力发电机改进功率点操控办法。在[14]中，作者提出了一种根据时延支撑的改进惯性支撑办法，该办法缓解了二次坠落并增强了对最低频率点的补偿。[15]根据递减函数平滑下降参阅功率，然后缓解了二次坠落。
虽然上述办法在缓解SFD方面表现出良好功能，但均无法防止以牺牲WT的频率支撑才能为价值来按捺转子转速改变。WT产生SFD的底子原因在于其转子动能有限，无法持续供给分钟级频率支撑[16]。装备储能（ES）设备是增强WT频率支撑才能的另一途径。[17]针对直流侧储能结构的风电机组，提出了一种根据频率轨迹规划的频率调理战略。文献[18]中，作者动态调整风力发电机与沟通侧储能的功率设定点以呼应PCC点的电压与频率动摇。[19]全面考虑了不同频率扰动阶段内的equipment状况、频率呼应目标及调理本钱，提出了风储协同频率支撑的multi-objective优化办法。参阅文献[20,21]则提出根据体系调频需求的ESB容量装备strategy。[22]提出了一种选用直流侧分钟级储能电池（WT-ESB）和谐VSG操控战略。 [23,24]运用含糊操控调整WT-ESB调频运转系数，完成风机与储能电池的实时功率互补。但上述等效模型选用简化假定，将ESB与WT视为独立调频单元，未具体剖析其协同运转机制。 [25]提出了一种直流母线超级电容辅佐的WT-ESB和谐操控计划。但是该办法仅选用份额操控，约束了其在扰动初始阶段使用风机转子动能快速瞬态呼应的才能。
为进一步探求储能电池（ESB）荷电状况（SOC）对频率呼应特性的影响，很多学者对其数学模型构建及等效低阶表征展开研讨。[26]提出一种增强型ESB辅佐的风电机组（WT）转矩约束操控战略，完成风储协同调频。[27]引进根据布林带的SOC优化办法，以缓解频率支撑过程中ESB过度充放电现象，然后防止电池寿数提早衰减。参阅文献[28,29]提出了变系数WT-ESB和谐操控战略（Strategy），该战略能动态适应风速动摇与SOC改变。进一步地，文献[30]提出了一种面向ESB的广域SOC办理结构，经过保持风电场内多台（Multi）ESB单元间的SOC平衡，提升了装备多ESB机组风电场的频率安全性。但是，这些研讨首要集中于根据SOC的系数自校正，忽视了电网级频率调理需求，可能影响全体体系稳定性。[31]规划了一种用于储能体系的模型猜测操控计划，以协助风力涡轮机参加自动发电操控(AGC)。[32]中作者研讨了风力涡轮机与储能在频率暂态支持中协同参加的战略。[33]根据调度需求和SOC调整风力涡轮机功率跟踪曲线以缓解转子减速效应。[34]进一步规划了考虑风力涡轮机运转、ESB办理及电网稳定性的协同频率调理操控战略。但是从电力体系视点来看，该研讨未剖析体系能量调理需求是否与可用动能相匹配。
表1给出了现有关于风力机组(WT)与储能电池(ESB)联合调频办法的综述研讨。明显，当前WT与ESB单元间的和谐机制存在缺乏，且现有研讨未能一起考量变工况下WT-ESB实际调频才能的动态改变及其是否与体系调频需求相匹配的问题。为处理上述问题，本文以工程中广泛应用的直驱式风力机组(DDWT)为研讨目标，提出了DDWT与ESB的和谐操控战略。本文的立异点可归纳如下：

• 1)
  提出一种在直流侧装备ESB的DDWT并网架构。经过为DDWT机侧变流器增设频率调理动作路径，并设置网侧变流器VSG操控，使用直流电压的固有耦合特性完成了WT与ESB功率的灵活调理。此外，针对DDWT-ESB集成单元的复杂运转工况，建立量化剖析办法，可准确评估体系实际频率调理需求与不同工况下WT及ESB的频率调理才能。
• 2)
  提出了一种考虑DDWT-ESB运转状况的功率调理分配办法。该办法的突出特色在于：经过量化DDWT-ESB实际可用动能与体系调频需求之间的匹配程度，在电网层面实施大局调控，一起在风电场内部完成风力机组与储能电池的互补出力。该办法在改进体系稳态差错的一起，有用按捺了SFD现象。