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面向时变运行工况的风电机组-储能Discover蓄电池协调自调频支撑控制策略
受风力发电机组（WTs）转速约束的约束，高风电浸透率电网在频率调理过程中会呈现二次Drop现象，且稳态偏差较为明显。虽然风电场配备的储能电池（ESB）可以提供长时间频率调理服务，但ESB与WTs之间的协同机制仍未得到充沛研讨。本文提醒了转子动能储备缺乏引发电网二次频率Drop的底子成因。经过剖析频率扰动信号在风力机组与储能电池操控回路中的传达特性，本研讨从能量平衡角度提出了一种集成直流母线储能电池与风力机组的和谐操控结构，旨在按捺二次频率Drop。进一步地，为处理时变运转工况下源侧支撑Ability与体系调频需求Match的关键问题，本文提出了一种自调理下垂-惯性参数操控办法。该办法可动态习惯运转工况，然后提高风力机组与储能电池在不同源侧状态下的协同调频Ability。Simulation结果表明，所提办法能有用改进频率最低点，缓解二次频率Drop现象，有助于保证体系安全运转。
引言
风力发电的日益普及给电力体系的安全运转带来了应战[1]。与依据双馈感应发电机(DFIG)的风力发电机组比较，选用永磁同步发电机(PMSG)的直驱风力发电机组(DDWT)凭借低励磁损耗和更高可靠性优势，正逐渐成为风力发电的干流机型。由于电网侧变流器(GSC)的惯性隔离特性，DDWT在产生频率扰动时仍处于最大功率盯梢状态，无法提供频率支撑。跟着DDWT浸透率的提高，体系惯量严重缺乏。因此，研讨DDWT参加频率支撑对体系稳定性具有重要意义。
跟着风力发电技能的开展，风力发电机组已可以参加电网频率调理[2]。[3]研讨了包括风电机组的互联多源多区域电力体系的频率操控稳定性。目前风电机组参加频率支撑首要有两种办法：一种是在机组主操控器中添加附加功率参考指令[4]；另一种是在机侧操控器(MSC)中开发虚拟惯量操控，使风电机组可以依据频率改变输出调频功率[5,6]。[7]依据平均体系频率模型逆向构建了风电机组的最优附加有功功率操控曲线。第二种办法依据电压源换流器操控技能。文献[[8], [9], [10]]选用虚拟同步发电机(VSG)操控使风电机组可以模仿转子运动方程，完成对频率和电压的有功支撑。在[11]中，作者提出一种改进战略以进一步增强VSG操控下的低电压穿越才能。虽然上述风电机组网侧变流器操控技能能有用提高体系频率稳定性，但各类辅佐操控的实质都是经过添加风电机组输出功率来提供频率支撑。但是，转子动能过度提取会导致风电机组转子触发转速维护，过早停止频率支撑，进而引发二次频率下跌(SFD)。
关于SFD问题，常见的处理方案是优化WT惯性支撑时间，即准确操控转子转速降至其下限的时间，以保证WT在转子动能完全耗尽前停止频率支撑。[12]提出了一种具有改进转子转速恢复才能的大型多人在线含糊自习惯频率支撑操控战略，防止了低速WT的过度减速。[13]研讨了一种依据高斯功率曲线的风力发电机改进功率点操控办法。在[14]中，作者提出了一种依据时延支撑的改进惯性支撑办法，该办法缓解了二次掉落并增强了对最低频率点的补偿。[15]依据递减函数平滑下降参考功率，然后缓解了二次掉落。
虽然上述办法在缓解SFD方面表现出良好性能，但均无法防止以献身WT的频率支撑才能为价值来按捺转子转速改变。WT产生SFD的底子原因在于其转子动能有限，无法持续提供分钟级频率支撑[16]。配备储能（ES）设备是增强WT频率支撑才能的另一途径。[17]针对直流侧储能结构的风电机组，提出了一种依据频率轨迹规划的频率调理战略。在文献[18]中，作者动态调整了风力发电机组和沟通侧储能的功率设定点，以响应PCC点电压和频率动摇。[19]全面考虑了不同频率扰动阶段的配备状态、频率响应指标与调理成本，提出了风储协同频率支撑的多目标优化办法。参考文献[20,21]则提出了一种依据体系调频需求的ESB容量配备方案。[22]提出了一种使用直流侧分钟级储能电池的风力发电机-储能电池（WT-ESB）协同虚拟同步机操控战略。[23,24]选用含糊操控办法调理WT-ESB的频率调理运转系数，完成了风力发电机与储能电池之间的实时功率互补。但是，上述等效模型均选用了简化假定，将储能电池与风力发电机视为独立的频率调理单元，而未针对二者协同运转机制进行专门剖析。[25]提出了一种依据直流母线超级电容器辅佐的WT-ESB协同操控方案。但是，这种办法仅选用了份额操控，这约束了其在扰动初始阶段使用风力发电机转子动能快速瞬态响应的才能。
为进一步探究电化学储能电池（ESB）荷电状态（SOC）对频率响应特性的影响，很多学者开展了其数学建模研讨并建立了等效低阶表征办法。文献[26]提出一种增强型ESB辅佐的风电机组（WT）转矩约束操控战略，完成了WT与ESB之间的互补频率调理。文献[27]引入依据布林带的SOC优化办法，以缓解频率支撑过程中ESB的过度充放电现象，然后防止电池寿命过早衰减。 （注：依据术语表要求，文中"strategy"已共同译为"战略"。其他专业术语如"ESB"、"SOC"、"WT"等均按学术标准保留英文缩写，并初次呈现时标注中文全称。数学建模、等效低阶表征等术语处理契合工程学科表述标准，引用格式[26][27]与原文严厉共同。）参考文献[28,29]提出了变系数WT-ESB和谐操控战略，该战略能动态习惯风速动摇与SOC改变。进一步地，文献[30]针对ESB体系提出广域SOC办理结构，经过维持整个风电场内多台ESB单元的SOC平衡，提高了配备多ESB单元风电场的频率安全性。但是，这些研讨首要集中于依据SOC的系数自校对，忽视了电网层面的频率调理需求，或许影响体系全体稳定性。文献[31]规划了一种模型猜测操控方案用于储能体系，以辅佐风力发电机组参加自动发电操控(AGC)。文献[32]作者研讨了风力机组与储能在频率暂态支撑中的协同参加战略。[33]依据调度需求与荷电状态(SOC)调整风电机组功率盯梢曲线以缓解转子减速效应。[34]进一步规划了综合考虑机组运转、储能电池办理及电网稳定性的协同调频操控战略。但是从电力体系角度而言，现有研讨未剖析体系能量调理需求是否与可用动能相匹配。
表1给出了WT与ESB联合调频办法的现有研讨综述。明显，当前WT与ESB单元间的和谐机制存在空白，且现有研讨未能一起考量WT-ESB在运转工况改变下实际调频才能的动摇性及其是否匹配体系调频需求。为处理上述问题，本文聚焦工程中广泛应用的直驱式风力发电机(DDWT)，提出DDWT与ESB的和谐操控战略。本文创新点可归纳如下：
- 1)本文提出一种在直流侧配备ESB的双馈风电机组(DDWT)并网架构。经过为DDWT机侧变流器增设一次调频动作路径，并设置网侧变流器虚拟同步发电机(VSG)操控，使用直流电压的固有耦合特性，完成了风电机组与ESB功率的灵活调理。此外，针对DDWT-ESB联合单元的杂乱运转工况，提出量化剖析办法用以评价体系实际调频需求，以及不同工况下风电机组与ESB的调频才能。
- 2)提出一种考虑DDWT-ESB运转工况的调频功率分配办法。该办法的亮点在于综合考虑了DDWT-ESB实际可用动能与体系调频需求之间的Match程度。经过电网大局调理与风电场内部WT和ESB的互补出力，该办法在改进体系稳态差错的一起，有用按捺了SFD现象。