- 頭條沈陽工大學者提出基于虛擬同步機技術的風儲系統協調調頻控制策略2022-11-23 作者：張冠鋒、楊俊友 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語為了充分發掘風電機組調頻能力，考慮傳統儲能系統直接補償風電場二次頻率跌落調頻控制策略存在儲能系統容量需求高、經濟性差的缺點，沈陽工業大學電氣工程學院、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《電工技術學報》增刊1上撰文，提出一種基于虛擬同步機（VSG）技術的風儲系統協調調頻控制策略。
風電、光伏等分布電源通過電力電子設備并網，但此類電源不具備傳統電源的慣性響應特性，無法主動響應電網頻率變化。同時，風電機組出力存在波動性，當電網有功出力和負荷動態失衡時，將造成系統頻率偏差，從而觸發風電大規模脫網，嚴重危及電網穩定運行。因此，需降低風電接入對電網頻率及電能質量的影響。電網標準中明確提出風電機組應具備一次調頻能力。
虛擬同步機（Virtual Synchronous Generator, VSG）技術可協調風-儲系統與電網間的能量交換，使風電場具備一次調頻能力。而集中式VSG技術只需將儲能與風電場對外等效成VSG，對已配備儲能系統風電場改造即可實現。采用VSG技術可使風電場參與電網調頻過程，而預留備用容量參與二次調頻將降低風電場的風能利用率。因此，如何實現儲能VSG與風電場虛擬慣量協同控制，使得配置有儲能的風電場可同時實現電網一次、二次調頻成為研究重點。
VSG技術可使得配置有儲能的風電場側并網逆變器模擬同步發電機（Synchronous Generator, SG）具有有功-調頻、無功-電壓特性調節。目前，對于VSG技術研究多集中在本體模型和控制策略，而VSG技術應用場景主要是微電網。
但是相關研究中未涉及VSG在配置有儲能-風電場調頻的相關技術研究，其應用場景主要為微電網，在風電場示范應用較少。而已有的集中式VSG研究主要是依賴儲能VSG風儲系統，通過儲能系統控制使風機與儲能并聯接口模擬發電機外特性。但此方案下并網接口VSG特性主要由儲能設備實現，風機虛擬轉動慣量未被利用。
為了充分發掘風電機組調頻能力，考慮傳統儲能系統直接補償風電場二次頻率跌落調頻控制策略存在儲能系統容量需求高、經濟性差的缺點，沈陽工業大學電氣工程學院、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《電工技術學報》增刊1上撰文，提出一種基于虛擬同步機（VSG）技術的風儲系統協調調頻控制策略。
圖1 風儲聯合系統仿真系統
研究人員首先在風儲VSG系統結構基礎上建立風儲VSG數學模型，并分析風儲VSG調頻特性；其次，依據儲能系統數學模型研究儲能系統VSG調頻控制方法；然后，綜合考慮風電場與儲能系統出力特點，提出基于風電慣量釋放和儲能穩態支撐的風儲協調控制策略，通過風電場與儲能系統并行出力的方式，在降低儲能系統容量需求的同時充分發揮風電機組短時功率支撐的作用。
通過仿真分析可知，采用該控制策略可在穩定系統頻率的基礎上大幅降低儲能系統容量配置，提高風電場調頻經濟性。
研究人員指出：
1）在額定風速及以下，隨風速增大儲能系統容量配置增加。在風速為11.5m/s時，與單獨儲能調頻和直接補償二次頻率跌落調頻方法相比，采用本文所提調頻方法可分別降低儲能配置容量4.3%和0.9%。
2）與不調頻情況相比，采用本調頻方法可將系統最低頻率提高0.25%，為49.85Hz，略大于其他調頻方法，穩態頻率提升了0.04%。風儲系統采用本文所提調頻策略可有效穩定系統頻率波動。
3）在風速11.5m/s情況下，與直接補償二次頻率跌落調頻方法相比，風電場慣量支撐結束后風電場出力跌落量降低了1.5%，因此可有效解決風電場調頻二次頻率跌落問題，有利于提高系統穩定性。
本文編自2022年《電工技術學報》增刊1，論文標題為“基于虛擬同步機技術的風儲系統協調調頻控制策略”。本課題得到了遼寧省教育廳科學研究經費項目和遼寧省科協科技創新智庫項目的支持。
