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風(fēng)電、光伏等分布電源通過電力電子設(shè)備并網(wǎng)，但此類電源不具備傳統(tǒng)電源的慣性響應(yīng)特性，無法主動(dòng)響應(yīng)電網(wǎng)頻率變化。同時(shí)，風(fēng)電機(jī)組出力存在波動(dòng)性，當(dāng)電網(wǎng)有功出力和負(fù)荷動(dòng)態(tài)失衡時(shí)，將造成系統(tǒng)頻率偏差，從而觸發(fā)風(fēng)電大規(guī)模脫網(wǎng)，嚴(yán)重危及電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，需降低風(fēng)電接入對電網(wǎng)頻率及電能質(zhì)量的影響。電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中明確提出風(fēng)電機(jī)組應(yīng)具備一次調(diào)頻能力。

虛擬同步機(jī)（Virtual Synchronous Generator, VSG）技術(shù)可協(xié)調(diào)風(fēng)-儲(chǔ)系統(tǒng)與電網(wǎng)間的能量交換，使風(fēng)電場具備一次調(diào)頻能力。而集中式VSG技術(shù)只需將儲(chǔ)能與風(fēng)電場對外等效成VSG，對已配備儲(chǔ)能系統(tǒng)風(fēng)電場改造即可實(shí)現(xiàn)。采用VSG技術(shù)可使風(fēng)電場參與電網(wǎng)調(diào)頻過程，而預(yù)留備用容量參與二次調(diào)頻將降低風(fēng)電場的風(fēng)能利用率。因此，如何實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能VSG與風(fēng)電場虛擬慣量協(xié)同控制，使得配置有儲(chǔ)能的風(fēng)電場可同時(shí)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)一次、二次調(diào)頻成為研究重點(diǎn)。

VSG技術(shù)可使得配置有儲(chǔ)能的風(fēng)電場側(cè)并網(wǎng)逆變器模擬同步發(fā)電機(jī)（Synchronous Generator, SG）具有有功-調(diào)頻、無功-電壓特性調(diào)節(jié)。目前，對于VSG技術(shù)研究多集中在本體模型和控制策略，而VSG技術(shù)應(yīng)用場景主要是微電網(wǎng)。

但是相關(guān)研究中未涉及VSG在配置有儲(chǔ)能-風(fēng)電場調(diào)頻的相關(guān)技術(shù)研究，其應(yīng)用場景主要為微電網(wǎng)，在風(fēng)電場示范應(yīng)用較少。而已有的集中式VSG研究主要是依賴儲(chǔ)能VSG風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)，通過儲(chǔ)能系統(tǒng)控制使風(fēng)機(jī)與儲(chǔ)能并聯(lián)接口模擬發(fā)電機(jī)外特性。但此方案下并網(wǎng)接口VSG特性主要由儲(chǔ)能設(shè)備實(shí)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量未被利用。

為了充分發(fā)掘風(fēng)電機(jī)組調(diào)頻能力，考慮傳統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)直接補(bǔ)償風(fēng)電場二次頻率跌落調(diào)頻控制策略存在儲(chǔ)能系統(tǒng)容量需求高、經(jīng)濟(jì)性差的缺點(diǎn)，沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院、遼寧東科電力有限公司的研究人員張冠鋒、楊俊友、王海鑫、謝賜戩、付堯，在2022年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊1上撰文，提出一種基于虛擬同步機(jī)（VSG）技術(shù)的風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)協(xié)調(diào)調(diào)頻控制策略。

圖1 風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)仿真系統(tǒng)

研究人員首先在風(fēng)儲(chǔ)VSG系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上建立風(fēng)儲(chǔ)VSG數(shù)學(xué)模型，并分析風(fēng)儲(chǔ)VSG調(diào)頻特性；其次，依據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型研究儲(chǔ)能系統(tǒng)VSG調(diào)頻控制方法；然后，綜合考慮風(fēng)電場與儲(chǔ)能系統(tǒng)出力特點(diǎn)，提出基于風(fēng)電慣量釋放和儲(chǔ)能穩(wěn)態(tài)支撐的風(fēng)儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制策略，通過風(fēng)電場與儲(chǔ)能系統(tǒng)并行出力的方式，在降低儲(chǔ)能系統(tǒng)容量需求的同時(shí)充分發(fā)揮風(fēng)電機(jī)組短時(shí)功率支撐的作用。

通過仿真分析可知，采用該控制策略可在穩(wěn)定系統(tǒng)頻率的基礎(chǔ)上大幅降低儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置，提高風(fēng)電場調(diào)頻經(jīng)濟(jì)性。

研究人員指出：

1）在額定風(fēng)速及以下，隨風(fēng)速增大儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置增加。在風(fēng)速為11.5m/s時(shí)，與單獨(dú)儲(chǔ)能調(diào)頻和直接補(bǔ)償二次頻率跌落調(diào)頻方法相比，采用本文所提調(diào)頻方法可分別降低儲(chǔ)能配置容量4.3%和0.9%。

2）與不調(diào)頻情況相比，采用本調(diào)頻方法可將系統(tǒng)最低頻率提高0.25%，為49.85Hz，略大于其他調(diào)頻方法，穩(wěn)態(tài)頻率提升了0.04%。風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)采用本文所提調(diào)頻策略可有效穩(wěn)定系統(tǒng)頻率波動(dòng)。

3）在風(fēng)速11.5m/s情況下，與直接補(bǔ)償二次頻率跌落調(diào)頻方法相比，風(fēng)電場慣量支撐結(jié)束后風(fēng)電場出力跌落量降低了1.5%，因此可有效解決風(fēng)電場調(diào)頻二次頻率跌落問題，有利于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

本文編自2022年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊1，論文標(biāo)題為“基于虛擬同步機(jī)技術(shù)的風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)協(xié)調(diào)調(diào)頻控制策略”。本課題得到了遼寧省教育廳科學(xué)研究經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目和遼寧省科協(xié)科技創(chuàng)新智庫項(xiàng)目的支持。