Feedback Control Strategy for Wind Power Auxiliary Frequency Regulation Based on System Frequency Trajectory Optimization

GAO Yingjie; XU Yin; WU Xiangyu; CHANG Zhengwei

doi:10.7500/AEPS20240521004

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Feedback Control Strategy for Wind Power Auxiliary Frequency Regulation Based on System Frequency Trajectory Optimization

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Feedback Control Strategy for Wind Power Auxiliary Frequency Regulation Based on System Frequency Trajectory Optimization
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 10, Pages: 198-207(2025)
- 作者机构：
  
  1.北京交通大学电气工程学院，北京市 100044
  2.国网四川省电力公司，四川省成都市 610041
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Corporation of China(5108-202218280A-2-270-XG)
- DOI：10.7500/AEPS20240521004
  CLC：
- Received：21 May 2024，
  
  Revised：2024-10-23，
  
  Published Online：07 April 2025，
  
  Published：25 May 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
高映洁,许寅,吴翔宇等.基于系统频率轨迹最优化的风电辅助调频反馈控制策略[J].电力系统自动化,2025,49(10):198-207.

GAO Yingjie,XU Yin,WU Xiangyu,et al.Feedback Control Strategy for Wind Power Auxiliary Frequency Regulation Based on System Frequency Trajectory Optimization[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(10):198-207.
高映洁,许寅,吴翔宇等.基于系统频率轨迹最优化的风电辅助调频反馈控制策略[J].电力系统自动化,2025,49(10):198-207. DOI： 10.7500/AEPS20240521004.

GAO Yingjie,XU Yin,WU Xiangyu,et al.Feedback Control Strategy for Wind Power Auxiliary Frequency Regulation Based on System Frequency Trajectory Optimization[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(10):198-207. DOI： 10.7500/AEPS20240521004.

摘要

为提高电力系统频率安全保障能力，风电需主动向系统提供一定的频率支撑。为此，文中提出一种基于系统频率轨迹最优化的风电辅助调频反馈控制策略。首先，建立了计及风电机组工作点偏移和调频死区的系统频率响应（SFR）模型。其次，基于SFR模型，采用一阶前向欧拉差分法构建差分离散化的最优系统频率轨迹优化模型，求解附加调频功率轨迹。然后，分析风电辅助调频反馈函数曲线规律及最优系统频率轨迹特性，推导反馈控制策略通用表达式，并进一步考虑实际频率控制中死区环节的影响，提出一种针对普通型死区的反馈函数修正方法，可集成到反馈控制策略框架中以准确描述风电机组频率支撑动态特性。最后，采用四机两区域算例进行仿真验证，结果表明所提策略及修正方法能有效改善系统频率响应动态特性，提高系统频率安全稳定性。

Abstract

In order to improve the frequency security guarantee ability of the power system

wind power needs to actively provide certain frequency support to the system. Therefore

this paper proposes a feedback control strategy for wind power auxiliary frequency regulation based on system frequency trajectory optimization. Firstly

the system frequency response (SFR) model considering shift of the wind turbine working point and dead band of the frequency regulation is established. Secondly

based on the SFR model

the first-order forward Euler difference method is used to construct a differential dispersion based optimal system frequency trajectory optimization model for solving the additional frequency regulation power trajectory. Then

the feedback function curve law of wind power auxiliary frequency regulation and the optimal system frequency trajectory characteristics are analyzed

and the general expression of the feedback control strategy is deduced. Furthermore

considering influence of the dead band in the practical frequency control

a feedback function correction method for the ordinary dead band is proposed

which can be integrated into the framework of feedback control strategy to accurately describe the dynamic characteristics of wind turbine frequency support. Finally

simulation verification is conducted using a four-machine two-area case

and the results show that the proposed strategy and correction method can effectively improve the dynamic characteristics of SFR and enhance the frequency security and stability of the system.

关键词

Keywords

references

MORREN J ， DE HAAN S W H ， KLING W L ， et al . Wind turbines emulating inertia and supporting primary frequency control ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2006 ， 21 （ 1 ）： 433 - 434 .

张正阳，殷明慧，李阳，等 . 考虑机组稳定约束的风机一次调频控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 4 ）： 1471 - 1480 .

ZHANG Zhengyang ， YIN Minghui ， LI Yang ， et al . Turbine stability-constrained primary frequency control of wind turbine generator ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 4 ）： 1471 - 1480 .

BAO W Y ， DING L ， LIU Z F ， et al . Analytically derived fixed termination time for stepwise inertial control of wind turbines： Part Ⅰ analytical derivation ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2020 ， 121 ： 106120 .

GUO Y C ， BAO W Y ， DING L ， et al . Analytically derived fixed termination time for stepwise inertial control of wind turbines： Part Ⅱ application strategy ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2020 ， 121 ： 106106 .

陈玮 . 直驱型永磁同步风力发电系统主动频率支撑控制技术［D］. 杭州：浙江大学， 2022 .

CHEN Wei . Active frequency support control technology of direct-drive permanent magnet synchronous wind power generation system ［D］. Hangzhou ： Zhejiang University ， 2022 .

YANG D J ， KIM J ， KANG Y C ， et al . Temporary frequency support of a DFIG for high wind power penetration ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 3 ）： 3428 - 3437 .

孙铭，徐飞，陈磊，等 . 利用转子动能的风机辅助频率控制最优策略［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 2 ）： 506 - 514 .

SUN Ming ， XU Fei ， CHEN Lei ， et al . Optimal auxiliary frequency control strategy of wind turbine generator utilizing rotor kinetic energy ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 2 ）： 506 - 514 .

SUN M ， SUN Y ， CHEN L ， et al . Novel temporary frequency support control strategy of wind turbine generator considering coordination with synchronous generator ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2022 ， 13 （ 2 ）： 1011 - 1020 .

李阳，李群，陈载宇，等 . 面向电网最大频率偏差的风电机组短时频率支撑最优策略与机理［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 3 ）： 1020 - 1035 .

LI Yang ， LI Qun ， CHEN Zaiyu ， et al . Maximum-frequency-deviation-oriented optimal short-term frequency support strategy of wind turbines and the mechanism ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 3 ）： 1020 - 1035 .

张宇博，杨松浩，郝治国 . 最大化电力系统频率最低点的并网风电机组频率支撑控制［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 8 ）： 141 - 151 .

ZHANG Yubo ， YANG Songhao ， HAO Zhiguo . Frequency support control of grid-connected wind turbines to maximize frequency nadir of power systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 8 ）： 141 - 151 .

ZHANG Y B ， HAO Z G ， YANG S H ， et al . A system-view optimal additional active power control of wind turbines for grid frequency support ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2024 ， 39 （ 2 ）： 4323 - 4335 .

ZHANG Y B ， YANG S H ， HAO Z G ， et al . Model-free fast frequency support of wind farms for tracking optimal frequency trajectory ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2024 ， 15 （ 4 ）： 2638 - 2650 .

国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会 . 并网电源一次调频技术规定及试验导则： GB/T 40595—2021 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2021 .

State Administration for Market Regulation ， Standardization Administration of the People’s Republic of China . Guide for technology and test on primary frequency control of grid-connected power resource ： GB/T 40595—2021 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2021 .

王哲浩 . 风电场与常规电厂一次调频的协调策略研究［D］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2021 .

WANG Zhehao . Study on coordination strategy of primary frequency modulation between wind farm and conventional power plant ［D］. Harbin ： Harbin Institute of Technology ， 2021 .

张峰，游欢欢，丁磊 . 新能源一次调频死区影响机理建模及系数修正策略［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 6 ）： 158 - 167 .

ZHANG Feng ， YOU Huanhuan ， DING Lei . Influential mechanism modelling of dead band in primary frequency regulation of renewable energy and its coefficient correction strategy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 6 ）： 158 - 167 .

姜超，蔡国伟，杨冬锋，等 . 基于双馈风电机组频率响应解析模型的系统低频减载策略［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 21 ）： 108 - 118 .

JIANG Chao ， CAI Guowei ， YANG Dongfeng ， et al . Under-frequency load shedding strategy for power system based on analytical frequency response model of doubly-fed wind turbines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 21 ）： 108 - 118 .

周海强，鲁锦文，薛峰，等 . 计及风电综合惯性控制的电力系统扩展频率响应模型［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 8 ）： 198 - 205 .

ZHOU Haiqiang ， LU Jinwen ， XUE Feng ， et al . Extended frequency response model for power system considering wind power synthetic inertia control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 8 ）： 198 - 205 .

张峰，田宇，丁磊 . 风电虚拟惯量延时的影响机理模型解析及替代性研究［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 7 ）： 267 - 276 .

ZHANG Feng ， TIAN Yu ， DING Lei . Analytical solution for influential mechanism model of virtual inertia delay of wind power and its substitutability research ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 7 ）： 267 - 276 .

YE H ， PEI W ， QI Z P . Analytical modeling of inertial and droop responses from a wind farm for short-term frequency regulation in power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 31 （ 5 ）： 3414 - 3423 .

杨德健，王鑫，严干贵，等 . 计及调频死区的柔性风储联合频率控制策略［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 17 ）： 4646 - 4656 .

YANG Dejian ， WANG Xin ， YAN Gangui ， et al . Flexible frequency regulation scheme of DFIG embed battery energy storage system considering deadbands ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 17 ）： 4646 - 4656 .

晁璞璞，李卫星，金小明，等 . 基于有功响应的双馈型风电场实用化等值方法［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 6 ）： 1639 - 1646 .

CHAO Pupu ， LI Weixing ， JIN Xiaoming ， et al . An active power response based practical equivalent method for DFIG wind farms ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 6 ）： 1639 - 1646 .

LEE J ， MULJADI E ， SRENSEN P ， et al . Releasable kinetic energy-based inertial control of a DFIG wind power plant ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2016 ， 7 （ 1 ）： 279 - 288 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

System Frequency Response Model of Deloaded Wind Power System Considering Working Point Shifting

Extended Frequency Response Model for Power System Considering Wind Power Synthetic Inertia Control

Related Author

GAO Yingjie

XU Yin

WU Xiangyu

ZHANG Long

SUN Dan

ZHANG Xu

NIAN Heng

ZHOU Haiqiang

Related Institution

College of Electrical Engineering, Zhejiang University

College of Energy and Electrical Engineering, Hohai University

State Key Laboratory of Smart Grid Protection and Control

NARI Technology Co., Ltd.

School of Electrical Engineering and Automation, Harbin Institute of Technology

⁰