限电弃风工况下双馈风电机组有功及调频控制策略

　　华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室、国网内蒙古东部电力有限公司调度控制中心的研究人员米增强、刘力卿等，在2015年第15期《电工技术学报》上撰文，双馈风电机组限电弃风运行能够为电网提供备用和频率支撑。

　　为减小限电弃风工况下转速和桨距角频繁动作致使机组产生的机械疲劳，提出了一种基于机组运行点转移轨迹优化的有功控制策略，并通过引入下垂控制使其具备了参与电网一次调频的功能。对限电弃风工况下机组在不同运行点处的稳定性进行了分析；考虑机组有功平衡、运行点稳定性等约束条件，建立了以转速和桨距角综合调整量最小为目标函数的运行点转移轨迹优化模型，并提出了优化模型在出现不可行解时的处理机制，以获得可行的最优转移轨迹；建立了机组运行轨迹和调频控制器，并对变桨系统和转子侧变频器的传统控制策略进行了改进，使机组能够沿最优转移轨迹调整有功和参与调频。

　　仿真结果表明，利用所提控制策略能使机组在准确完成限电弃风任务并为电网提供频率支撑的同时，大大减小机组转速和桨距角的调整量。

　　据全球风能理事会（GWEC）统计，截止2013年底，世界新增风电装机容量35,289MW，总装机容量达到318,105MW[1]。由于风电单方面快速发展，而电网建设相对滞后，大规模风电并网给电网功率平衡和安全经济运行带来的挑战日益严峻，为此各国纷纷修改风电场并网准则，对风电场提出了更加严格的要求。

　　2011年12月30日，我国颁布了国家标准GB/T19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》，明确提出风电场必须具备有功功率调节能力和参与电力系统调频和备用的能力[2]。德国E.ONNetz电网公司规定装机容量大于100MW的风电场必须具备参与电力系统调频的能力，并且调频容量不小于装机容量的±2%[3]。由丹麦、芬兰、挪威和瑞典共同发布的北欧风电场并网准则也明确提出风电场必须具备有功功率调节和响应系统频率变化的能力[4]。

　　为确保系统安全经济运行，风电场在一些时段接受电网调度部门命令运行于限电弃风工况已成为常态[5-6]。风电场限电弃风运行无疑会产生损失和浪费，但风电场通过适当弃风也就具备了类似于传统发电中功率热备用的能力，为风电场参与电网调频创造了前提，对维持系统的安全经济运行和推动风电持续发展具有重要意义[7-9]。因此，有必要对限电弃风工况下风电机组的有功及调频控制策略进行深入研究。

　　双馈风电机组（DoublyFedInductionGener-atorWindTurbines，DFIG）是目前应用最为广泛的机组类型，国内外对其有功功率控制策略进行了大量研究。文献[10,11]通过增大DFIG的转速使其偏离最优值，实现降出力运行。但受机组转速最大值限制，该控制策略只能在低风速工况下应用，功率调节能力有限。

　　文献[12,13]通过控制机组桨距角调整机组的输出功率，但机组转速仍根据最大风能追踪模块查表控制，容易使转速和桨距角之间产生不必要的重叠调整。文献[14-17]提出将风速分为高、中、低三段，针对不同分段采用不同控制策略，协调控制机组的转速和桨距角以实现降出力运行。但对如何合理确定风速分段以及不同分段之间控制策略的切换没有深入研究。

　　文献[18]对DFIG提供功率备用的多种控制策略进行了仿真对比。另外，文献[10-18]均在所提有功控制策略的基础上提出了机组参与电网调频的方法。以上文献通过调整机组转速和桨距角均使机组能够在限电弃风工况下运行并为电网提供频率支撑。但转速和桨距角的频繁动作容易使机组产生机械疲劳，影响其使用寿命，而以上文献均未对这一问题进行考虑，难以应用于实际。

　　基于上述分析，本文提出一种限电弃风工况下双馈风电机组有功及调频控制策略。基于机组运行点转移轨迹优化模型，该控制策略通过建立机组运行轨迹和调频控制器，并对变桨系统和转子侧变频器的传统控制策略进行改进，以最大程度减小机组在执行限电弃风命令和参与电网一次调频时转速和桨距角的综合调整量，延长机组的使用寿命。最后通过仿真验证所提控制策略的可行性。