楊德健，許益恩，高洪超，鄭太英，金恩淑

計(jì)及轉(zhuǎn)速平滑恢復(fù)的雙饋風(fēng)電機(jī)組自適應(yīng)頻率控制策略

楊德健1，許益恩2，高洪超3，鄭太英4，金恩淑1

(1.現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制與綠色電能新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東北電力大學(xué))，吉林 吉林 132012；2.南通大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇 南通 226019；3.清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，北京 100084；4.浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，浙江 杭州 310058)

為解決現(xiàn)有雙饋風(fēng)電機(jī)組頻率控制策略不能充分利用轉(zhuǎn)子動(dòng)能支撐電網(wǎng)頻率及風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)造成的二次頻率沖擊問題，提出了一種計(jì)及轉(zhuǎn)速平滑恢復(fù)的雙饋風(fēng)電機(jī)組自適應(yīng)頻率控制策略。首先在電網(wǎng)頻率支撐階段，借助指數(shù)函數(shù)將風(fēng)電機(jī)組頻率控制系數(shù)和電網(wǎng)頻率偏差建立耦合關(guān)系，使頻率控制系數(shù)隨頻率偏差增加而變大，從而使風(fēng)電機(jī)組在頻率支撐階段釋放更多能量，提高頻率最低點(diǎn)；其次在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)階段，借助一次遞減函數(shù)在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)將控制系數(shù)平滑減少至零，實(shí)現(xiàn)可控的轉(zhuǎn)速恢復(fù)，同時(shí)消除轉(zhuǎn)速恢復(fù)對頻率的二次沖擊。最后，通過EMTP-RV軟件搭建了IEEE 4機(jī)2區(qū)域的電力系統(tǒng)模型，驗(yàn)證了所提策略的有效性。

雙饋風(fēng)電機(jī)組；頻率響應(yīng)；平滑轉(zhuǎn)速恢復(fù)；自適應(yīng)控制

0 引言

隨著“碳達(dá)峰，碳中和”戰(zhàn)略的提出，新能源發(fā)電發(fā)展迅速，我國電網(wǎng)中包括風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電比重不斷增加，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)成為我國電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢[1-2]。風(fēng)電憑借分布范圍廣、開發(fā)成本較低、發(fā)電技術(shù)較成熟等優(yōu)勢，在新能源發(fā)電中占據(jù)重要地位[3-5]。為實(shí)現(xiàn)有功與無功解耦、最大功率追蹤(Maximum Power Point Tracking, MPPT)等高級控制策略，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(Doubly-Fed Induction Generator, DFIG)借助電力電子器件接入到電網(wǎng)中，導(dǎo)致其轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率解耦，從而造成電力系統(tǒng)整體慣性水平和一次調(diào)頻能力下降[6]。在電網(wǎng)發(fā)生擾動(dòng)后電網(wǎng)最大頻率偏差增大，隨著風(fēng)電滲透率的日益提高，該現(xiàn)象將愈發(fā)嚴(yán)重[7-9]。若電網(wǎng)頻率跌落至閾值49 Hz以下，電力系統(tǒng)第三道防線“低頻減載”保護(hù)機(jī)制啟動(dòng)，切除部分負(fù)載，防止電網(wǎng)崩潰[10]。由此可見，規(guī)?；L(fēng)電并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性勢必會(huì)面臨巨大的挑戰(zhàn)，這使得DFIG主動(dòng)參與系統(tǒng)調(diào)頻已然成為當(dāng)今研究熱點(diǎn)之一[11-12]。

風(fēng)機(jī)通過超速控制、變槳控制及兩者協(xié)調(diào)控制策略可為系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)留有一定的有功備用[13-15]。文獻(xiàn)[13]提出了一種慣量控制和變槳控制相結(jié)合的控制策略，有效改善了系統(tǒng)頻率的穩(wěn)態(tài)特性，但實(shí)際運(yùn)行中，槳距角的頻繁動(dòng)作會(huì)加重風(fēng)機(jī)的機(jī)械疲勞，縮短變槳系統(tǒng)壽命。文獻(xiàn)[14]采用超速控制與虛擬慣量控制協(xié)同控制策略參與系統(tǒng)調(diào)頻，雖然該方法有利于延長風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)壽命，然而風(fēng)機(jī)長期運(yùn)行于減載模式，縮小了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍，弱化了高頻擾動(dòng)下風(fēng)機(jī)調(diào)頻能力，且不利于風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

此外，DFIG可通過釋放轉(zhuǎn)子動(dòng)能參與系統(tǒng)調(diào)頻，其調(diào)頻過程主要包含頻率支撐和轉(zhuǎn)速恢復(fù)兩個(gè)階段。在頻率支撐階段，鑒于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子具有快速吞吐動(dòng)能的能力，因此，最常見的控制方法是在轉(zhuǎn)子側(cè)控制器中附加頻率控制回路，模擬常規(guī)同步機(jī)組的慣性響應(yīng)和一次調(diào)頻特性，即比例微分(PD)虛擬慣量控制，實(shí)現(xiàn)DFIG主動(dòng)參與系統(tǒng)調(diào)頻[16]。由于D控制器對頻率微分量敏感，本文主要介紹風(fēng)機(jī)參與一次調(diào)頻，因此將PD控制器簡化為P控制器。文獻(xiàn)[17]通過附加P控制器到轉(zhuǎn)子側(cè)控制回路中，實(shí)現(xiàn)了DFIG參與系統(tǒng)調(diào)頻，提高了頻率最低點(diǎn)，然而該策略采用固定頻率控制系數(shù)，限制了不同風(fēng)速下DFIG的調(diào)頻潛力及低轉(zhuǎn)速下易引起風(fēng)機(jī)失速。為此，文獻(xiàn)[18]提出了基于風(fēng)機(jī)有效旋轉(zhuǎn)動(dòng)能的變系數(shù)頻率控制策略，充分挖掘了不同風(fēng)速下風(fēng)機(jī)的調(diào)頻潛力，同時(shí)有效預(yù)防了風(fēng)機(jī)失速現(xiàn)象。然而上述研究主要側(cè)重于風(fēng)機(jī)自身運(yùn)行狀態(tài)，對于不同擾動(dòng)場景下風(fēng)機(jī)調(diào)頻特性的研究不足。

DFIG利用轉(zhuǎn)子動(dòng)能參與電力系統(tǒng)調(diào)頻后，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)偏離MPPT運(yùn)行所對應(yīng)的最優(yōu)轉(zhuǎn)速，弱化了風(fēng)能捕獲效率，不利于風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。文獻(xiàn)[19]提出基于有功功率階躍式變化的轉(zhuǎn)速恢復(fù)策略，但由于風(fēng)機(jī)有功出力突變，導(dǎo)致了嚴(yán)重的頻率二次跌落，在高風(fēng)電滲透水平下，甚至低于頻率最低點(diǎn)。為此，文獻(xiàn)[20]提出風(fēng)機(jī)有功出力“斜坡”衰減的控制策略，在一定程度上緩解了二次頻率跌落，但延遲了轉(zhuǎn)速恢復(fù)時(shí)間，進(jìn)一步影響了風(fēng)機(jī)捕獲風(fēng)能。文獻(xiàn)[21]借助恒定加速功率來驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)，然而該方法需要的機(jī)械輸入功率很難直接測量。文獻(xiàn)[22]借助儲(chǔ)能裝置，在消除二次頻率跌落的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速快速恢復(fù)，然而由于儲(chǔ)能裝置系統(tǒng)成本較高，對服務(wù)于頻率與轉(zhuǎn)速恢復(fù)控制，大規(guī)模配置并不經(jīng)濟(jì)。文獻(xiàn)[23]提出了基于邏輯回歸函數(shù)的變系數(shù)下垂控制，實(shí)現(xiàn)了平滑的恢復(fù)轉(zhuǎn)速，但采用頻率微分量作為控制輸入，受噪音影響大。此外，該方法整定的參數(shù)偏多，給實(shí)際工程應(yīng)用增加困難。

針對上述問題，本文提出了一種計(jì)及轉(zhuǎn)速平滑恢復(fù)的DFIG自適應(yīng)頻率控制策略。該策略在現(xiàn)有基于風(fēng)機(jī)有效旋轉(zhuǎn)動(dòng)能的控制策略的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，首先在電網(wǎng)頻率支撐階段，借助指數(shù)函數(shù)將頻率控制系數(shù)與電網(wǎng)頻率偏差建立耦合關(guān)系，使得DFIG在不同場景下充分利用轉(zhuǎn)子動(dòng)能為電網(wǎng)提供優(yōu)質(zhì)的頻率響應(yīng)服務(wù)。其次在轉(zhuǎn)速恢復(fù)階段，借助一次遞減函數(shù)，使控制系數(shù)在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)平滑衰減至零，使得DFIG平穩(wěn)切換至MPPT運(yùn)行模式，從而在實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)可控的轉(zhuǎn)速恢復(fù)的同時(shí)，消除了轉(zhuǎn)速恢復(fù)對電網(wǎng)的二次頻率沖擊。最后，基于EMTP-RV搭建了含DFIG的電力系統(tǒng)模型，在不同風(fēng)速和擾動(dòng)場景下，驗(yàn)證了所提頻率控制策略的有效性。

1 DFIG運(yùn)行特性

本節(jié)簡要介紹DFIG的結(jié)構(gòu)及其控制系統(tǒng)，其中，DFIG控制系統(tǒng)由轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制器和網(wǎng)側(cè)變流器控制器組成：轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制器負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)輸入到電網(wǎng)的有功和無功功率；網(wǎng)側(cè)變流器控制器用于維持直流環(huán)節(jié)(DC-Link)電壓的穩(wěn)定。圖1給出了典型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)。

1.1 風(fēng)力機(jī)模型

圖1 典型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)

其中，

1.2 MPPT控制

DFIG運(yùn)行在MPPT控制模式時(shí)，其輸出參考功率MPPT為[24]

其中，

2 電網(wǎng)頻率動(dòng)態(tài)指標(biāo)的機(jī)理分析

根據(jù)文獻(xiàn)[25]，系統(tǒng)頻率響應(yīng)(System Frequency Response, SFR)模型為

對式(7)進(jìn)行拉氏反變換，可得系統(tǒng)頻率偏差時(shí)域的表達(dá)式

對式(8)求導(dǎo)可得

其中，

(2) 在轉(zhuǎn)速恢復(fù)階段，根據(jù)能量守恒定律，DFIG通過減少有功出力，可實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)速恢復(fù)，然而有功出力階躍式地減少會(huì)造成系統(tǒng)短時(shí)有功缺額，即Δ增大，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的電網(wǎng)頻率二次沖擊。

綜上，通過設(shè)計(jì)合理的DFIG頻率控制策略可有效緩解電網(wǎng)頻率的最大偏差、變化率以及風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)對系統(tǒng)頻率的二次沖擊。

3 DFIG頻率控制策略

本節(jié)將分別介紹現(xiàn)有DFIG頻率控制策略和改進(jìn)后的頻率控制策略。

3.1 現(xiàn)有DFIG頻率控制策略

圖2給出了現(xiàn)有頻率控制策略的原理圖。此時(shí)，DFIG頻率控制回路有功出力為

式中，為頻率控制系數(shù)。

由于上述策略采用的頻率控制系數(shù)為固定值，限制了不同風(fēng)速下DFIG的調(diào)頻潛力。為此，文獻(xiàn)[18]提出了基于DFIG有效旋轉(zhuǎn)動(dòng)能的變系數(shù)頻率控制，其頻率控制系數(shù)的表達(dá)式為

3.2 計(jì)及轉(zhuǎn)速平滑恢復(fù)的自適應(yīng)頻率控制策略

針對上述問題，本文分別在頻率支撐階段和轉(zhuǎn)速恢復(fù)階段整定與電網(wǎng)頻率偏差耦合的控制系數(shù)以及時(shí)變控制系數(shù)，構(gòu)建了一種計(jì)及轉(zhuǎn)速平滑恢復(fù)的自適應(yīng)頻率控制策略，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 計(jì)及轉(zhuǎn)速平滑恢復(fù)的DFIG自適應(yīng)頻率控制策略

下面將分別對所提頻率控制策略中頻率支撐階段和轉(zhuǎn)速恢復(fù)階段的控制系數(shù)的整定進(jìn)行詳細(xì)闡述。

3.2.1頻率支撐階段的控制系數(shù)sup

如圖3所示，本文借助指數(shù)函數(shù)將頻率控制系數(shù)與電網(wǎng)頻率偏差建立耦合關(guān)系，得到電網(wǎng)頻率支撐階段的頻率控制系數(shù)sup，其表達(dá)式如式(14)所示。

圖4 頻率支撐階段的控制系數(shù)

從圖4中可以看出，在擾動(dòng)初期，控制系數(shù)主要根據(jù)轉(zhuǎn)速變化；隨著電網(wǎng)頻率偏差?逐漸增大，關(guān)于電網(wǎng)頻率偏差的指數(shù)函數(shù)起決定性作用，即頻率控制系數(shù)sup隨電網(wǎng)頻率偏差的增加而變大，從而使DFIG釋放更多的能量參與系統(tǒng)調(diào)頻，減小最大頻率偏差。

3.2.2轉(zhuǎn)速恢復(fù)階段的控制系數(shù)rec

在電網(wǎng)頻率支撐階段，由于DFIG輸出電磁功率大于輸入機(jī)械功率，DFIG轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速持續(xù)下降，并伴隨其有功出力減少。根據(jù)搖擺方程式可知，當(dāng)輸出電磁功率與輸入機(jī)械功率相等時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速收斂。在文獻(xiàn)[22]中，若DFIG轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速滿足式(15)，則可判定其轉(zhuǎn)速收斂。

式中：為DFIG轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的采樣周期，采樣周期為260ms。

為恢復(fù)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，本文基于“時(shí)變”的控制思想，使控制系數(shù)及有功增量在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)平滑衰減至零，從而使DFIG有功出力平穩(wěn)切換至MPPT控制模式，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)可控的轉(zhuǎn)速恢復(fù)。

綜上，本文在控制系數(shù)sup的基礎(chǔ)上乘以一個(gè)隨時(shí)間逐漸遞減的一次函數(shù)，得到轉(zhuǎn)速恢復(fù)階段控制系數(shù)rec。其表達(dá)式如式(16)所示。

式中：tr為DFIG轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速收斂對應(yīng)時(shí)刻；Δt為轉(zhuǎn)速恢復(fù)階段持續(xù)時(shí)間。

4 算例分析

如圖6所示，為了驗(yàn)證所提策略的有效性，本文在EMTP-RV仿真軟件上搭建了IEEE 4機(jī)2區(qū)域系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。該系統(tǒng)包含一個(gè)風(fēng)電場、4臺同步發(fā)電機(jī)組及靜負(fù)荷。

圖6 IEEE 4機(jī)2區(qū)域系統(tǒng)

下面將在風(fēng)電滲透率為20%，風(fēng)速分別為7.5 m/s和9.5 m/s的場景下，對DFIG采用MPPT控制、基于DFIG有效旋轉(zhuǎn)動(dòng)能的變系數(shù)頻率控制(現(xiàn)有方法)及本文提出的頻率控制策略(優(yōu)化方法)時(shí)的控制效果進(jìn)行分析與對比。具體算例如表1所示。

表1 算例設(shè)置

此外，DFIG的基礎(chǔ)調(diào)差系數(shù)為2%，電網(wǎng)頻率性能調(diào)節(jié)因子設(shè)為100，DFIG轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恢復(fù)時(shí)間Δ設(shè)為15 s。

在40 s時(shí)，預(yù)設(shè)同步機(jī)組SG3脫機(jī)作為本次仿真的擾動(dòng)事件。圖7、圖8與圖9分別給出了算例1—3在上述三種不同控制策略下的仿真結(jié)果。

4.1 不同擾動(dòng)的仿真分析

由于不同擾動(dòng)下，電網(wǎng)頻率偏差存在差異。為驗(yàn)證不同擾動(dòng)下優(yōu)化方法的有效性，本節(jié)將結(jié)合算例1和算例2分別研究同步機(jī)組有功出力損失50 MW和90 MW情況下各控制策略的調(diào)頻性能。

4.1.1算例1——有功出力損失50 MW

由圖7(a)可知，DFIG采用MPPT控制時(shí)，無法為電網(wǎng)頻率提供支撐，電網(wǎng)頻率最低點(diǎn)為49.711 Hz。當(dāng)DFIG采用現(xiàn)有方法時(shí)，電網(wǎng)頻率的最低點(diǎn)增加至49.748 Hz，其原因是DFIG向電網(wǎng)中注入了一定的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，有功功率增加至43 MW，如圖7(b)所示。隨著DFIG轉(zhuǎn)速收斂，為恢復(fù)轉(zhuǎn)速，在49.920 s時(shí)，DFIG有功功率直接減少3 MW，導(dǎo)致頻率發(fā)生二次跌落，跌落值為49.873 Hz。當(dāng)DFIG采用優(yōu)化方法時(shí)，電網(wǎng)頻率最低點(diǎn)進(jìn)一步增加至49.764 Hz，這主要是因?yàn)樵陬l率支撐階段，優(yōu)化方法的控制系數(shù)與電網(wǎng)頻率偏差耦合，且隨頻率偏差增加而變大，DFIG短時(shí)有功出力更大，有功功率增加至46 MW，如圖7(b)所示。在轉(zhuǎn)速收斂階段，該方法借助一次遞減函數(shù)使得DFIG控制系數(shù)和有功出力在15 s內(nèi)平滑衰減至零，實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)可控的轉(zhuǎn)速恢復(fù)，同時(shí)有效地消除了頻率的二次跌落。

圖7 算例1的仿真結(jié)果

4.1.2算例2——有功出力損失90 MW

由圖8(a)可知，受大功率脫機(jī)影響，電網(wǎng)頻率跌落嚴(yán)重，DFIG不參與調(diào)頻時(shí)，電網(wǎng)頻率最低點(diǎn)進(jìn)一步跌落至49.459 Hz，低于算例1。當(dāng)DFIG采用現(xiàn)有方法和優(yōu)化方法時(shí)，電網(wǎng)頻率分別在43.021 s和43.031 s時(shí)達(dá)到最低點(diǎn)，分別為49.525 Hz和49.578 Hz，這主要是因?yàn)閮?yōu)化方法中DFIG向電網(wǎng)注入了更多的有功；此外，調(diào)頻結(jié)束后，如圖8(b)所示，由于現(xiàn)有方法借助有功功率階躍變化驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速恢復(fù)，系統(tǒng)頻率不可避免地發(fā)生了二次下跌；而優(yōu)化方法則得到了與算例1相似的轉(zhuǎn)速恢復(fù)效果。

由上述兩種算例分析可知，在不同擾動(dòng)場景下，采用本文提出的頻率控制策略，可進(jìn)一步提高電網(wǎng)頻率最低點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速平滑恢復(fù)。

4.2 風(fēng)速的影響

由于sup與轉(zhuǎn)速呈正相關(guān)，從而影響DFIG的瞬時(shí)有功出力，為驗(yàn)證不同風(fēng)速下優(yōu)化方法的有效性，本節(jié)將研究風(fēng)速為9.5 m/s時(shí)各控制策略的調(diào)頻性能。

從仿真結(jié)果可知，受風(fēng)速影響，擾亂前DFIG有功出力增加至74 MW。從圖9(a)中可知，現(xiàn)有方法中電網(wǎng)頻率最低點(diǎn)提高了0.149 Hz，優(yōu)化方法提高了0.219 Hz，而算例2中現(xiàn)有方法僅提高了0.066 Hz，優(yōu)化方法提高了0.119 Hz，由此可見，在高風(fēng)速場景下優(yōu)化方法和現(xiàn)有方法的調(diào)頻效果優(yōu)于算例2。此外，與現(xiàn)有轉(zhuǎn)速恢復(fù)方法相比，優(yōu)化方法依然可做到轉(zhuǎn)速平穩(wěn)恢復(fù)且電網(wǎng)頻率變化平緩，無較大的頻率波動(dòng)。

5 結(jié)論

本文針對現(xiàn)有DFIG頻率控制策略不能充分利用轉(zhuǎn)子動(dòng)能支撐電網(wǎng)頻率及風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)造成的二次頻率沖擊問題，提出了一種計(jì)及轉(zhuǎn)速平滑恢復(fù)的DFIG自適應(yīng)頻率控制策略，其特點(diǎn)如下：

(1) 在頻率支撐階段，借助指數(shù)函數(shù)將DFIG頻率控制系數(shù)和電網(wǎng)頻率偏差建立耦合關(guān)系，使控制系數(shù)隨頻率偏差增加而變大，實(shí)現(xiàn)了“先抑后揚(yáng)”的調(diào)頻效果，解決了現(xiàn)有頻率控制策略不能充分利用風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)能支撐電網(wǎng)頻率的問題。

(2)?在轉(zhuǎn)速恢復(fù)階段，借助一次遞減函數(shù)在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)將控制系數(shù)和有功出力平滑減少至零，從而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)可控的DFIG轉(zhuǎn)速恢復(fù)的同時(shí)，解決頻率二次跌落問題。

仿真結(jié)果表明，本文所提控制策略在不同擾動(dòng)和風(fēng)速場景下均能有效提高DFIG頻率響應(yīng)能力，同時(shí)平滑轉(zhuǎn)速恢復(fù)過程及消除頻率二次跌落。

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Self-adaptive frequency control scheme of a doubly-fed induction generator with smooth rotor speed recovery

YANG Dejian1, XU Yien2, GAO Hongchao3, ZHENG Taiying4, JIN Enshu1

(1. Key Laboratory of Modern Power System Simulation and Control & Renewable Energy Technology Ministry of Education (Northeast Electric Power University), Jilin 132012, China; 2. College of Electrical Engineering, Nantong University, Nantong 226019, China; 3. Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;4. College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)

The existing frequency control method of doubly-fed induction generators (DFIGs) is unable to fully use the rotor rotational energy to support the frequency and a secondary frequency drop is caused during the rotor speed recovery of the DFIG. To address these issues, this paper suggests a self-adaptive frequency control scheme of a DFIG with smooth rotor speed recovery. First, during the frequency support stage, the coupling relationship between the droop control coefficient of DFIGs and the frequency deviation is established using the exponential function so that the control coefficient becomes large with the increasing frequency deviation. DFIGs can release more rotational energy to the power grid and then improve the frequency nadir. Secondly, during the speed recovery stage, the control coefficient gradually decreases to zero within the preset period by using the first-order decreasing function so as to achieve controllable rotor speed recovery and remove the secondary frequency drop. Finally, an IEEE 4-machine 2-area power system model is modeled using an EMTP-RVsimulation to illustrate the effectiveness of the proposed frequency control scheme.

This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 51877112).

DFIG; frequency control; smooth rotor speed recovery; self-adaptive control

10.19783/j.cnki.pspc.210941

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(51877112)；江蘇省高校自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(20KJB470026)

2021-07-21；

2021-09-10

楊德健(1990—)，男，博士，研究方向?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)控制技術(shù)；E-mail: dejian@ntu.edu.cn

許益恩(1998—)，男，通信作者，碩士，研究方向?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)控制技術(shù)。E-mail: 2011310014@stmail.ntu.edu.cn

(編輯 張愛琴)