李世春，柴俊杰，周 沁，薛臻瑤，申 驁，鄧 蕊

（1.三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，宜昌 443002；2.梯級水電站運行與控制湖北省重點實驗室（三峽大學(xué)），宜昌 443002；3.國網(wǎng)武漢供電公司，武漢 430014）

隨著國家“碳達峰、碳中和”能源戰(zhàn)略的提出，風(fēng)電等新能源將以更大規(guī)模和更高滲透率并入電網(wǎng)[1-2]，新能源發(fā)電容量在電網(wǎng)中的占比將顯著提高，這將嚴(yán)重削弱電網(wǎng)慣量和降低系統(tǒng)慣量支撐能力[3-5]。目前，針對大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)引起的電網(wǎng)慣量支撐能力不足的問題，主要采取虛擬慣性控制，使風(fēng)機具有與同步發(fā)電機相似的虛擬慣量[6-7]。通過輔助服務(wù)補償系統(tǒng)慣量需要增加設(shè)備，能量管理和轉(zhuǎn)化較為復(fù)雜，成本較高，相比之下采用風(fēng)電場虛擬慣性控制增加慣量具有更好的經(jīng)濟性[8]。然而，如何協(xié)調(diào)風(fēng)電場之間的虛擬慣量分配并進行慣量補償控制是一個亟待解決的問題。在此背景下，本文研究將虛擬慣量進行協(xié)調(diào)分配，風(fēng)機公平承擔(dān)慣量補償責(zé)任，將電網(wǎng)慣量補償?shù)桨踩?，這對科學(xué)指導(dǎo)風(fēng)電并網(wǎng)及保障電網(wǎng)頻率安全具有重要意義。

關(guān)于低慣量電力系統(tǒng)中虛擬慣量協(xié)調(diào)分配的問題，國內(nèi)外學(xué)者從不同方面做了相關(guān)研究。文獻[9]在考慮系統(tǒng)慣性需求和風(fēng)機慣性響應(yīng)能力的基礎(chǔ)上，提出風(fēng)機虛擬慣量協(xié)調(diào)分配的方法，但未從系統(tǒng)的角度研究虛擬慣量協(xié)調(diào)分配對系統(tǒng)總體慣量水平的影響；文獻[10]在建立小信號模型的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出風(fēng)電和光伏兩種新能源與同步電源的慣量匹配方法，達到更好地分配功率，提高送端電網(wǎng)穩(wěn)定性的目的；文獻[11]通過研究虛擬慣量的分布對系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定的影響，提出面向系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定提升的虛擬慣量優(yōu)化分配模型與方法，但未考慮虛擬慣量分配對于系統(tǒng)遭受大擾動后頻率穩(wěn)定性的影響；文獻[12]首先建立電力系統(tǒng)中虛擬慣量的優(yōu)化分配模型，然后采用Voronoi 圖重心內(nèi)插法對虛擬慣量進行優(yōu)化分配，從而更加有效地利用虛擬慣量。上述文獻研究了虛擬慣量的分配策略，但未根據(jù)分配的虛擬慣量目標(biāo)值制定慣量補償控制策略。除此之外，一部分學(xué)者研究考慮調(diào)頻能力風(fēng)電場的虛擬慣量控制策略；文獻[13]根據(jù)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速和容量限制來分析機組的調(diào)頻能力，從而對不同風(fēng)機的調(diào)頻功率進行分配，但未給出量化的表達式；文獻[14]在系統(tǒng)慣量小于臨界慣量的時段，計算得到最大風(fēng)電并網(wǎng)容量，進而確定風(fēng)電切除量，來消除系統(tǒng)頻率安全隱患，但未從虛擬慣量的角度對系統(tǒng)慣量進行補償控制；文獻[15]通過引入?yún)f(xié)同控制系數(shù)，協(xié)調(diào)分配不同風(fēng)機之間的調(diào)頻功率，充分發(fā)揮機組的調(diào)頻能力。上述文獻[14-15]根據(jù)不同風(fēng)機的調(diào)頻能力對調(diào)頻功率進行分配，但未從慣量的角度進行虛擬慣量的協(xié)調(diào)分配及慣量補償控制。

綜上所述，目前尚鮮有學(xué)者研究考慮頻率安全約束的風(fēng)電場慣量補償控制方法。鑒于此，本文考慮電網(wǎng)動態(tài)頻率特性惡化的根源在于風(fēng)電并網(wǎng)引起的電網(wǎng)慣量削弱這一情況，確立風(fēng)電場并網(wǎng)導(dǎo)致的電網(wǎng)慣量削弱決定風(fēng)電場虛擬慣量分配的責(zé)任分擔(dān)方式，提出基于頻率安全約束-慣量削弱分?jǐn)偟娘L(fēng)電場慣量補償控制方法。首先，根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度信息和系統(tǒng)頻率安全約束指標(biāo)求得臨界慣量和電網(wǎng)慣量；然后，根據(jù)風(fēng)電場慣量削弱量比例分配各風(fēng)電場的慣量補償目標(biāo)，從而求得場站內(nèi)風(fēng)機的虛擬慣量補償目標(biāo)；最后，各風(fēng)機根據(jù)分配的虛擬慣量補償目標(biāo)執(zhí)行慣量補償控制策略。

1 電網(wǎng)慣量補償目標(biāo)求解

1.1 電網(wǎng)慣量計算

若電網(wǎng)包含m臺同步機組和n個風(fēng)電場（無虛擬慣性控制特性），電網(wǎng)等效慣量可表示[16]為

式中：H(1)為電網(wǎng)等效慣量，下標(biāo)1表示風(fēng)電場處于并網(wǎng)狀態(tài)；HGi、SGi分別為第i臺同步發(fā)電機組的慣量和額定容量；Swfj為第j個風(fēng)電場的額定容量。

由式（1）可知，計算電網(wǎng)實際慣量，需知同步機組和風(fēng)電場運行信息及其機組參數(shù)，可通過調(diào)度中心獲取相關(guān)調(diào)度信息得到。

1.2 基于系統(tǒng)頻率安全約束求解電網(wǎng)臨界慣量

1.2.1 最大頻率偏差約束的臨界慣量

含多臺同步機組的電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性可通過平均系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型來表示，并采用一階慣性環(huán)節(jié)來近似描述同步機組調(diào)速系統(tǒng)模型的響應(yīng)過程[17-18]，如圖1所示。

圖1 多機系統(tǒng)的頻率響應(yīng)模型Fig.1 Frequency response model of multi-machine system

圖1中，ΔPM為所有同步機組的一次調(diào)頻機械功率增量之和，單臺同步機組的機械功率增量可表示為

式中：ΔPMi為第i臺同步機組的一次調(diào)頻機械功率增量，i=1,2,…,m；Ki為發(fā)電機功頻特性系數(shù)；Ti為調(diào)速器響應(yīng)時間常數(shù)；Δω為系統(tǒng)角頻率偏差；s為頻域算子。

在系統(tǒng)擾動發(fā)生后的短暫時間內(nèi)，頻率變化較小，等值機組阻尼D可忽略；同時考慮一次調(diào)頻響應(yīng)在調(diào)速系統(tǒng)機械裝置動作時尚未發(fā)生，故ΔPMi=0，由圖1可得系統(tǒng)頻率響應(yīng)表達式為

式中：H為系統(tǒng)等效慣量；ΔPL為總負荷功率增量。

系統(tǒng)最大頻率偏差通常出現(xiàn)在擾動發(fā)生后3～5 s，此時一次調(diào)頻響應(yīng)才開始動作。因此，為簡化求解，可將最大頻率偏差出現(xiàn)之前，由式（3）計算得到的頻率偏差Δω作為計算ΔPM的輸入。

將式（3）代入式（2），并進行拉式反變換，可得第i臺同步機組t時刻機械功率增量ΔPMi(t)為

由上述分析可得擾動發(fā)生后系統(tǒng)動態(tài)頻率方程為

對式（5）積分并整理可得

將式（7）代入式（6）可得系統(tǒng)最大頻率偏差，并轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)頻率的有名值，即

式中：Δωmax為系統(tǒng)最大角頻率偏差；Δfmax為系統(tǒng)最大頻率偏差；fB為基準(zhǔn)頻率。

在式（8）推導(dǎo)過程中，功率缺額和最大頻率偏差為已知量，分別取ΔPL=ΔPmax、Δfmax=Δfmax_C，ΔPmax為系統(tǒng)最大功率缺額，Δfmax_C為最大頻率偏差安全值。另外，系統(tǒng)最大頻率偏差對應(yīng)的時間可利用MATLAB 求解得到，取tmax=tmax_C，tmax_C為最大頻率偏差安全值對應(yīng)的時間。聯(lián)立式（7）、（8）可得最大頻率偏差約束下的臨界慣量表達式為

1.2.2 最大頻率變化率約束的臨界慣量

根據(jù)電力系統(tǒng)等值轉(zhuǎn)子運動方程可得系統(tǒng)頻率變化率RoCoF（rate of change of frequency）[19]表達式為

式中，t=0為頻率擾動發(fā)生時刻。

系統(tǒng)最大頻率變化率RoCoFmax出現(xiàn)在擾動發(fā)生后瞬間，此時等值阻尼系數(shù)和機械功率增量可忽略，由式（10）可將RoCoFmax等效為

式中：Sb為系統(tǒng)容量；f0為系統(tǒng)初始頻率。

為求解臨界慣量，取RoCoFmax=RoCoFmax_C、ΔPL=ΔPmax，RoCoFmax_C為最大頻率變化率安全值，由式（11）可求得RoCoFmax約束下的臨界慣量表達式為

綜上可知，臨界慣量應(yīng)取式（9）和式（12）中較大值，即

1.3 電網(wǎng)慣量補償目標(biāo)

式中，Hwfj為系統(tǒng)中第j個風(fēng)電場的虛擬慣量。

為保證系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，電網(wǎng)實際慣量應(yīng)不小于臨界慣量，即

式中，Hmin為基于頻率安全約束的電網(wǎng)臨界慣量。

由式（15）及考慮電網(wǎng)慣量剛好補償臨界慣量的情況，則電網(wǎng)需要進行補償?shù)膽T量可表示為

由式（16）可知，為將電網(wǎng)慣量補償?shù)脚R界慣量，所有風(fēng)電場需對電網(wǎng)補償?shù)目倯T量為目標(biāo)量ΔH。

2 風(fēng)電場虛擬慣量分配及慣量補償控制策略

2.1 風(fēng)電場虛擬慣量分配策略

對任意風(fēng)電場k，在并網(wǎng)、離網(wǎng)兩種狀態(tài)下，電網(wǎng)慣量可表示為

式中，H(1)k、H(0)k分別為風(fēng)電場k并網(wǎng)和離網(wǎng)時的電網(wǎng)慣量，下標(biāo)1、0分別表示風(fēng)電場并網(wǎng)和離網(wǎng)狀態(tài)。

風(fēng)電場k并網(wǎng)導(dǎo)致的電網(wǎng)慣量削弱量可由H(0)k與H(1)k之差確定，即

式中，ΔHwfk為風(fēng)電場k并網(wǎng)導(dǎo)致的電網(wǎng)慣量削弱量。計算該值需知同步機組和風(fēng)電場運行信息及其機組參數(shù)，可通過調(diào)度中心獲取相關(guān)調(diào)度信息得到。

基于電網(wǎng)慣量削弱責(zé)任分擔(dān)思想，將各風(fēng)電場并網(wǎng)導(dǎo)致的電網(wǎng)慣量削弱量作為風(fēng)電場虛擬慣量的分配依據(jù)，即風(fēng)電場對電網(wǎng)削弱的慣量越多，風(fēng)電場需補償?shù)膽T量也越多。由該分配思想，可得各風(fēng)電場虛擬慣量補償目標(biāo)和對應(yīng)慣量削弱量的關(guān)系為

式中，Hwf1、Hwf2、…、Hwfn分別為風(fēng)電場1、風(fēng)電場2、…、風(fēng)電場n的虛擬慣量補償目標(biāo)，其表明各風(fēng)電場虛擬慣量的分配情況。

在各風(fēng)電場補償慣量時，公平體現(xiàn)“按風(fēng)電并網(wǎng)削弱電網(wǎng)慣量的多少分擔(dān)慣量補償責(zé)任”的原則，對電網(wǎng)慣量進行有效補償。在進行虛擬慣量補償時，任一風(fēng)電場k的虛擬慣量為Hwfk，由式（20）可知，各風(fēng)電場為電網(wǎng)提供的慣量支撐與其并網(wǎng)導(dǎo)致的慣量削弱量呈正比。

聯(lián)立式（16）、（20）可得

由式（21）可得系統(tǒng)中第k個風(fēng)電場的虛擬慣量補償目標(biāo)為

對于系統(tǒng)中任一風(fēng)電場k，假設(shè)場內(nèi)包含L臺風(fēng)電機組，由式（19）可知，系統(tǒng)中任一風(fēng)電場并網(wǎng)導(dǎo)致的慣量削弱量只與該風(fēng)電場的額定容量有關(guān)。由此類推風(fēng)電機組情況，即任一風(fēng)電機組并網(wǎng)導(dǎo)致的慣量削弱量只與該機組的額定容量有關(guān)，同一風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機組額定容量是相同的[16]，則各機組的慣量削弱量是相等的。因此，結(jié)合式（20）的分配思想，風(fēng)電場k內(nèi)各風(fēng)機應(yīng)分配相同的虛擬慣量補償目標(biāo)，即

式中：Hequ,k1、Hequ,k2、…、Hequ,kL分別為風(fēng)電場k中機組1、機組2、…、機組L的虛擬慣量補償目標(biāo)。

若將風(fēng)電場k等值為一臺機組，風(fēng)電場虛擬慣量等于風(fēng)電場儲存總動能與總?cè)萘康谋戎礫20]，即

式中：P、SN和ωs0分別為風(fēng)機極對數(shù)、額定容量和系統(tǒng)初始同步角速度；Jequ,k1、Jequ,k2、…、Jequ,kL分別為風(fēng)電場k中機組1、機組2、…、機組L的虛擬轉(zhuǎn)動慣量。

由式（23）、（24）可得，風(fēng)電場k內(nèi)各風(fēng)機虛擬慣量補償目標(biāo)與該風(fēng)電場補償目標(biāo)相等，即

為了確保風(fēng)機具有足夠的慣性響應(yīng)能力來補償式（25）求得的虛擬慣量補償目標(biāo)，可通過設(shè)置風(fēng)機最低轉(zhuǎn)速進行約束。當(dāng)風(fēng)機虛擬慣量補償目標(biāo)較大時，需要風(fēng)機釋放更多的轉(zhuǎn)子動能，轉(zhuǎn)速下降更多。如果轉(zhuǎn)速下降到最低轉(zhuǎn)速0.7 p.u.時仍無法補償目標(biāo)量，則風(fēng)機退出虛擬慣性響應(yīng)；如果轉(zhuǎn)速下降到最低轉(zhuǎn)速以前已經(jīng)補償?shù)侥繕?biāo)量，說明風(fēng)機具有足夠的慣性響應(yīng)能力。

綜上可知，若將各風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)機虛擬慣量控制為相應(yīng)目標(biāo)值Hequ，可將電網(wǎng)慣量補償?shù)脚R界慣量。

2.2 風(fēng)電場虛擬慣量補償控制策略

參考文獻[20]可得風(fēng)機虛擬慣量為

由式（26）及文獻[21]可得Hequ的傳遞函數(shù)為

式中，Kdf、Tf、KpT和KIT分別為虛擬慣性控制器的濾波時間常數(shù)、慣性控制增益、速度控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)。

對式（27）進行拉普拉斯反變換，可得Hequ時域表達式為

由式（28）可知，在影響Hequ(t)的眾多參數(shù)中，HDFIG、ωnom、Tf、KpT和KIT為固定值，ωs0在穩(wěn)態(tài)時近似保持不變，決定Hequ(t)的參數(shù)是控制增益Kdf和風(fēng)機轉(zhuǎn)子初始角頻率ωr0。因此，在慣性響應(yīng)階段，各風(fēng)機可根據(jù)實時風(fēng)速及對應(yīng)角頻率ωr0，通過設(shè)置Kdf的大小使風(fēng)機的虛擬慣量控制為Hequ。

若要將電網(wǎng)慣量補償?shù)脚R界慣量，模擬出式（25）對應(yīng)的任一風(fēng)電場k中第j臺風(fēng)機的虛擬慣量Hequ,kj，在執(zhí)行風(fēng)機虛擬慣量控制時，則應(yīng)根據(jù)各個風(fēng)機的補償目標(biāo)Hequ,kj反過來確定對應(yīng)的控制參數(shù)Kdf,kj。通過對式（28）進行變換，可得任一風(fēng)電場k中第j臺風(fēng)機的控制增益Kdf,kj的表達式為

式中，ωr0,kj為風(fēng)電場k中第j臺風(fēng)機的轉(zhuǎn)子初始角速度。

由式（29）可知，s2+KpT/(2HDFIG)s+KIT/(2HDFIG)的判別式為Δ=(KpT/2HDFIG)2-2KIT/HDFIG，根據(jù)Δ的正負可分兩種情況進行討論。

（1）當(dāng)Δ≥0時

式中：α1、α2和α3為3 個單根；K1、K2和K3為式（29）部分分式的展開系數(shù)。

（2）當(dāng)Δ＜0時

由式（30）、（31）可得控制參數(shù)Kdf,kj的表達式為

綜上可知，在慣性響應(yīng)階段，各風(fēng)機根據(jù)實時風(fēng)速及對應(yīng)角頻率ωr0,kj，通過實時調(diào)整控制參數(shù)Kdf,kj執(zhí)行虛擬慣量補償控制策略，即可響應(yīng)虛擬慣量補償目標(biāo)Hequ,kj，整個風(fēng)電場亦可響應(yīng)補償目標(biāo)Hwfk，從而將電網(wǎng)慣量補償?shù)脚R界慣量。

3 算例分析與驗證

在MATLAB/Simulink下搭建IEEE 39算例系統(tǒng)如圖2所示，驗證本文所提方法的準(zhǔn)確性和有效性。由圖2可知，該算例接入3個風(fēng)電場，分別為W1、W2 和W3。算例系統(tǒng)的基準(zhǔn)頻率為50 Hz，本文設(shè)置頻率變化率安全限值RoCoFmax-C=-0.5 Hz/s[14]，最大頻率偏差安全限值Δfmax-C=1 Hz[22]，突增負荷占總負荷的15%，風(fēng)電場風(fēng)速為10 m/s。

圖2 算例系統(tǒng)Fig.2 Test system

3.1 電網(wǎng)慣量補償目標(biāo)計算分析

為研究系統(tǒng)一天中不同時段的慣量水平，根據(jù)同步機組發(fā)電計劃和風(fēng)功率預(yù)測數(shù)據(jù)，利用式（1）、（13）計算得到系統(tǒng)24 h的電網(wǎng)慣量和臨界慣量，并由式（16）求得不同時段的電網(wǎng)慣量補償目標(biāo)，如圖3所示。

圖3 電網(wǎng)慣量補償目標(biāo)Fig.3 Grid inertia compensation target

由圖3 可知，電網(wǎng)慣量和臨界慣量均具有時變特征，使一天中不同時段電網(wǎng)的慣量支撐能力差異較大，出現(xiàn)某些時段電網(wǎng)慣量小于臨界慣量的情況，例如，00：00—03：00、06：00—08：00，18：00—23：00。因此，必須對這些時段進行慣量補償，提高電網(wǎng)慣量水平，保障系統(tǒng)頻率事故下的慣量支撐能力。

3.2 風(fēng)電場虛擬慣量補償精確性驗證

由圖3 選取在20：00—20：15 典型時段對電網(wǎng)進行慣量補償，該時段電網(wǎng)慣量和臨界慣量分別為3.89 s 和4.95 s，電網(wǎng)慣量補償目標(biāo)為1.06 s。根據(jù)本文虛擬慣量分配策略，風(fēng)電場內(nèi)各風(fēng)機虛擬慣量補償目標(biāo)相等，且等于該風(fēng)電場補償目標(biāo)，故算例只研究各風(fēng)電場的慣量補償情況。通過調(diào)度中心得到同步機組和風(fēng)電場運行信息，由式（19）、（22）計算可得各風(fēng)電場并網(wǎng)導(dǎo)致的電網(wǎng)慣量削弱量和風(fēng)電場虛擬慣量補償目標(biāo)。各風(fēng)電場虛擬慣量分配結(jié)果如表1所示。

表1 20:00—20:15 時段各風(fēng)電場虛擬慣量分配結(jié)果Tab.1 Allocation results of virtual inertia for each wind farm during the period of 20:00—20:15s

為驗證各風(fēng)電場虛擬慣量補償?shù)木_性，由表1 中虛擬慣量的分配結(jié)果，執(zhí)行虛擬慣量補償控制策略，得到擾動后10 s內(nèi)各風(fēng)電場的實際虛擬慣量響應(yīng)曲線，并與其慣量補償目標(biāo)進行比較，如圖4所示。

圖4 20:00—20:15 時段各風(fēng)電場虛擬慣量對比Fig.4 Comparison of virtual inertia among wind farms during the period of 20:00—20:15

由圖4 可知，3 個風(fēng)電場的虛擬慣量補償目標(biāo)分別為4.21 s、4.94 s和4.05 s，擾動后0.5 s內(nèi)各風(fēng)電場實際虛擬慣量快速達到其目標(biāo)值，最大偏差分別為1.5%、1.2%和1.5%。各風(fēng)電場實際虛擬慣量與其目標(biāo)值基本吻合，最大偏差控制在2.0%以內(nèi)，風(fēng)電場虛擬慣量穩(wěn)定在目標(biāo)范圍內(nèi)，為電網(wǎng)提供有效的慣量支撐。

為研究執(zhí)行虛擬慣量補償控制策略后電網(wǎng)慣量補償情況，得到擾動前1 s 的電網(wǎng)慣量、擾動后10 s內(nèi)的電網(wǎng)慣量和臨界慣量，如圖5所示。

圖5 20:00—20:15 時段電網(wǎng)慣量補償效果Fig.5 Effect of grid inertia compensation during the period of 20:00—20:15

由圖5 可知，系統(tǒng)在t=100 s 時刻發(fā)生負荷擾動，擾動前電網(wǎng)慣量穩(wěn)定在3.89 s。擾動后由于風(fēng)電場虛擬慣量補償作用，電網(wǎng)慣量快速提高到4.81 s，最后穩(wěn)定在臨界慣量4.95 s 附近，最大偏差控制在1%以內(nèi)。根據(jù)本文所提風(fēng)電場慣量補償控制方法，電網(wǎng)慣量補償?shù)脚R界慣量水平，系統(tǒng)在頻率事故下具有足夠的慣量支撐能力。

3.3 不同風(fēng)電滲透率下補償控制的效果驗證

為驗證不同風(fēng)電滲透率下慣量補償控制策略的有效性，分別提取20：00—20：15 典型時段中風(fēng)電場含虛擬慣量補償（風(fēng)電滲透率20%）、含虛擬慣量補償（風(fēng)電滲透率30%）和無虛擬慣量補償3種情況下的系統(tǒng)頻率響應(yīng)曲線和RoCoF曲線進行對比，如圖6、7所示。

圖6 不同風(fēng)電滲透率下電網(wǎng)頻率響應(yīng)曲線Fig.6 Frequency response curves of grid under different wind power penetrations

圖7 不同風(fēng)電滲透率下電網(wǎng)RoCoF 曲線Fig.7 RoCoF curves of grid under different wind power penetrations

由圖6、7 對比可知，①在無虛擬慣量補償情況下，電網(wǎng)頻率快速跌落，頻率最低點達到48.95 Hz，超過最低頻率跌落安全約束值49.00 Hz；通過公平分配各風(fēng)電場的慣量支撐能力并執(zhí)行虛擬慣量補償控制策略，將電網(wǎng)慣量補償?shù)脚R界慣量，使頻率跌落最低點（49.06 Hz）限制在49.00 Hz安全閾值以內(nèi)。②在RoCoF 方面，無虛擬慣量補償情況下，RoCoFmax為-0.66 Hz/s，超過了最大RoCoF安全約束值-0.50 Hz/s；通過將各風(fēng)電場的慣量支撐能力進行公平分配，可使RoCoFmax剛好限制在-0.50 Hz/s安全閾值，這是因為在該狀況下，式（13）中的臨界慣量和式（25）進行的虛擬慣量分配是以RoCoF 約束指標(biāo)(RoCoFmax-C=-0.50 Hz/s)作為主導(dǎo)因素計算得到的，證明了本文所提方法的準(zhǔn)確性。③通過執(zhí)行虛擬慣量補償控制策略，在兩種風(fēng)電滲透率水平下對應(yīng)的頻率響應(yīng)曲線、RoCoF 曲線較接近，均能準(zhǔn)確補償電網(wǎng)慣量，控制效果良好。

上述仿真結(jié)果表明，電網(wǎng)頻率跌落最低點和RoCoFmax均控制在安全范圍之內(nèi)，電網(wǎng)具有良好的頻率響應(yīng)特性，證明了本文所提方法的準(zhǔn)確性和有效性。

4 結(jié)論

本文基于電網(wǎng)慣量削弱責(zé)任分擔(dān)思想，研究了風(fēng)電場慣量補償控制方法，得出如下結(jié)論：

（1）電網(wǎng)慣量和臨界慣量均具有時變特征，根據(jù)系統(tǒng)頻率安全約束指標(biāo)求得的臨界慣量和電網(wǎng)實際慣量，可判斷出電網(wǎng)哪些時段存在頻率安全隱患，并準(zhǔn)確得到該時段電網(wǎng)慣量補償目標(biāo)。

（2）各風(fēng)電場提供的慣量支撐與風(fēng)電場并網(wǎng)導(dǎo)致的電網(wǎng)慣量削弱量呈正比，該控制方法體現(xiàn)了慣量補償?shù)墓叫?，可對電網(wǎng)慣量進行有效補償。

（3）在電網(wǎng)存在頻率安全隱患的時段，應(yīng)用本文所提控制方法，系統(tǒng)在大擾動下具有良好的頻率特性，可有效保證電網(wǎng)頻率的安全穩(wěn)定。