華北電力大學新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室、國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司調(diào)度控制中心的研究人員米增強、劉力卿等，在2015年第15期《電工技術學報》上撰文，雙饋風電機組限電棄風運行能夠為電網(wǎng)提供備用和頻率支撐。
為減小限電棄風工況下轉速和槳距角頻繁動作致使機組產(chǎn)生的機械疲勞，提出了一種基于機組運行點轉移軌跡優(yōu)化的有功控制策略，并通過引入下垂控制使其具備了參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的功能。對限電棄風工況下機組在不同運行點處的穩(wěn)定性進行了分析；考慮機組有功平衡、運行點穩(wěn)定性等約束條件，建立了以轉速和槳距角綜合調(diào)整量最小為目標函數(shù)的運行點轉移軌跡優(yōu)化模型，并提出了優(yōu)化模型在出現(xiàn)不可行解時的處理機制，以獲得可行的最優(yōu)轉移軌跡；建立了機組運行軌跡和調(diào)頻控制器，并對變槳系統(tǒng)和轉子側變頻器的傳統(tǒng)控制策略進行了改進，使機組能夠沿最優(yōu)轉移軌跡調(diào)整有功和參與調(diào)頻。
仿真結果表明，利用所提控制策略能使機組在準確完成限電棄風任務并為電網(wǎng)提供頻率支撐的同時，大大減小機組轉速和槳距角的調(diào)整量。
據(jù)全球風能理事會（GWEC）統(tǒng)計，截止2013年底，世界新增風電裝機容量35,289MW，總裝機容量達到318,105MW[1]。由于風電單方面快速發(fā)展，而電網(wǎng)建設相對滯后，大規(guī)模風電并網(wǎng)給電網(wǎng)功率平衡和安全經(jīng)濟運行帶來的挑戰(zhàn)日益嚴峻，為此各國紛紛修改風電場并網(wǎng)準則，對風電場提出了更加嚴格的要求。
2011年12月30日，我國頒布了國家標準GB/T19963-2011《風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》，明確提出風電場必須具備有功功率調(diào)節(jié)能力和參與電力系統(tǒng)調(diào)頻和備用的能力[2]。德國E.ONNetz電網(wǎng)公司規(guī)定裝機容量大于100MW的風電場必須具備參與電力系統(tǒng)調(diào)頻的能力，并且調(diào)頻容量不小于裝機容量的±2%[3]。由丹麥、芬蘭、挪威和瑞典共同發(fā)布的北歐風電場并網(wǎng)準則也明確提出風電場必須具備有功功率調(diào)節(jié)和響應系統(tǒng)頻率變化的能力[4]。
為確保系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行，風電場在一些時段接受電網(wǎng)調(diào)度部門命令運行于限電棄風工況已成為常態(tài)[5-6]。風電場限電棄風運行無疑會產(chǎn)生損失和浪費，但風電場通過適當棄風也就具備了類似于傳統(tǒng)發(fā)電中功率熱備用的能力，為風電場參與電網(wǎng)調(diào)頻創(chuàng)造了前提，對維持系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行和推動風電持續(xù)發(fā)展具有重要意義[7-9]。因此，有必要對限電棄風工況下風電機組的有功及調(diào)頻控制策略進行深入研究。
雙饋風電機組（DoublyFedInductionGener-atorWindTurbines，DFIG）是目前應用最為廣泛的機組類型，國內(nèi)外對其有功功率控制策略進行了大量研究。文獻[10,11]通過增大DFIG的轉速使其偏離最優(yōu)值，實現(xiàn)降出力運行。但受機組轉速最大值限制，該控制策略只能在低風速工況下應用，功率調(diào)節(jié)能力有限。
文獻[12,13]通過控制機組槳距角調(diào)整機組的輸出功率，但機組轉速仍根據(jù)最大風能追蹤模塊查表控制，容易使轉速和槳距角之間產(chǎn)生不必要的重疊調(diào)整。文獻[14-17]提出將風速分為高、中、低三段，針對不同分段采用不同控制策略，協(xié)調(diào)控制機組的轉速和槳距角以實現(xiàn)降出力運行。但對如何合理確定風速分段以及不同分段之間控制策略的切換沒有深入研究。
文獻[18]對DFIG提供功率備用的多種控制策略進行了仿真對比。另外，文獻[10-18]均在所提有功控制策略的基礎上提出了機組參與電網(wǎng)調(diào)頻的方法。以上文獻通過調(diào)整機組轉速和槳距角均使機組能夠在限電棄風工況下運行并為電網(wǎng)提供頻率支撐。但轉速和槳距角的頻繁動作容易使機組產(chǎn)生機械疲勞，影響其使用壽命，而以上文獻均未對這一問題進行考慮，難以應用于實際。
基于上述分析，本文提出一種限電棄風工況下雙饋風電機組有功及調(diào)頻控制策略。基于機組運行點轉移軌跡優(yōu)化模型，該控制策略通過建立機組運行軌跡和調(diào)頻控制器，并對變槳系統(tǒng)和轉子側變頻器的傳統(tǒng)控制策略進行改進，以最大程度減小機組在執(zhí)行限電棄風命令和參與電網(wǎng)一次調(diào)頻時轉速和槳距角的綜合調(diào)整量，延長機組的使用壽命。最后通過仿真驗證所提控制策略的可行性。
