风电机组两分段下垂调频控制策略及参数整定方法

高海淑; 张峰; 丁磊

doi:10.7500/AEPS20230525004

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风电机组两分段下垂调频控制策略及参数整定方法

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 风电机组两分段下垂调频控制策略及参数整定方法
- Two-segment Droop Frequency Regulation Control Strategy and Parameter Setting Method for Wind Turbines
- 电力系统自动化 2023年47卷第18期页码：111-121
- 作者机构：
  
  电网智能化调度与控制教育部重点实验室（山东大学），山东省济南市 250061
- 作者简介：
  
  高海淑(1996—)，女，博士研究生，主要研究方向：高渗透率新能源电网频率控制。E-mail：ghs121314@126.com
  张峰(1983—)，男，通信作者，博士，副教授，博士生导师，主要研究方向：新能源主动支撑控制。E-mail：fengzhang@sdu.edu.cn
  丁磊(1981—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：智能电网自愈、可再生能源接入。E-mail：dinglei@sdu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2021YFB2400500);已申请国家发明专利（申请号：202211272933.7）
- DOI：10.7500/AEPS20230525004
  中图分类号：
- 收稿：2023-05-25，
  
  修回：2023-07-12，
  
  网络出版：2023-08-17，
  
  纸质出版：2023-09-25
- 稿件说明：
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高海淑,张峰,丁磊.风电机组两分段下垂调频控制策略及参数整定方法[J].电力系统自动化,2023,47(18):111-121.

GAO Haishu,ZHANG Feng,DING Lei.Two-segment Droop Frequency Regulation Control Strategy and Parameter Setting Method for Wind Turbines[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(18):111-121.
高海淑,张峰,丁磊.风电机组两分段下垂调频控制策略及参数整定方法[J].电力系统自动化,2023,47(18):111-121. DOI： 10.7500/AEPS20230525004.

GAO Haishu,ZHANG Feng,DING Lei.Two-segment Droop Frequency Regulation Control Strategy and Parameter Setting Method for Wind Turbines[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(18):111-121. DOI： 10.7500/AEPS20230525004.

摘要

风电机组传统虚拟惯量调频存在可靠性偏低的缺陷。为此，在不额外增加调频能量需求的前提下，以桨叶动能为能量来源，提出了风电机组的两分段下垂调频策略来替代综合惯量，建立其频率解析模型并给出了参数整定方法。首先，为避免复数域模型无法应对分段调频控制分析，建立了两分段下垂调频控制的频率响应时域解析模型，并针对分段引入的非零初始条件问题，采用分部积分法合理化简时域模型，求解初始条件进而得到频率响应解析表达式。然后，基于解析表达式分析得到，两分段下垂控制能够在不额外增加调频能量的情况下具备对虚拟惯量替代的能力。进一步，提出两分段下垂调频参数的等值整定方法，并给出在线映射的应用方法。最后，仿真验证表明了所提策略及调频参数整定方法的有效性与可行性。

Abstract

The traditional virtual inertia frequency regulation of wind turbines has low reliability. Therefore

without adding additional energy demand for frequency regulation

using the kinetic energy of the propeller as the energy source

a two-segment droop frequency regulation strategy for wind turbines is proposed to replace the integrated inertia. Moreover

the frequency analytical model is established and the parameter setting method is given. First

in order to avoid the complex-domain model being unable to deal with the analysis of segmented frequency regulation control

a time-domain analytical model for the frequency response of the two-segment droop frequency regulation control is established. Aiming at the non-zero initial condition problem introduced by the segmentation

the time-domain model is reasonably simplified by the integration by parts method

and the initial condition is solved to obtain the analytical expression of frequency response. Then

based on analyzing the analytical expressions

it is obtained that the two-segment droop control is capable of virtual inertia substitution without adding additional frequency regulation energy. Further

the equivalent setting method for two-segment droop frequency regulation parameters is proposed and the application method of online mapping is given. Finally

the simulation validation shows the effectiveness and feasibility of the proposed strategy and the setting method for frequency regulation parameters.

关键词

Keywords

references

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