全功率型风电机组调频控制器的实用化辨识方法

金泳霖; 晁璞璞; 刘志辉; 张凯; 张睿浩; 崔浩瀚; 李卫星

doi:10.7500/AEPS20231113001

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全功率型风电机组调频控制器的实用化辨识方法

新型电力系统惯量-功率-频率控制理论与应用 | 更新时间：2025-06-16

- 全功率型风电机组调频控制器的实用化辨识方法
- Practical Identification Method of Frequency Regulation Controller for Full-power Wind Turbines
- 电力系统自动化 2024年48卷第8期页码：91-100
- 作者机构：
  
  大连理工大学电气工程学院，辽宁省大连市 116024
- 作者简介：
  
  金泳霖(1997—)，男，博士研究生，主要研究方向：新能源发电、电力系统分析与控制。E-mail：yljin@dlut.edu.cn
  晁璞璞(1990—)，女，通信作者，博士，副教授，博士生导师，主要研究方向：新能源建模与并网控制。E-mail：chaopupu@dlut.edu.cn
  刘志辉(2000—)，男，硕士研究生，主要研究方向：新能源建模与并网控制。E-mail：2751141287@mail.dlut.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金-山西煤基低碳联合基金项目(U1910216);已申请国家发明专利（申请号：2023116719485）
- DOI：10.7500/AEPS20231113001
  中图分类号：
- 收稿：2023-11-13，
  
  修回：2024-02-05，
  
  网络出版：2024-03-27，
  
  纸质出版：2024-04-25
- 稿件说明：
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金泳霖,晁璞璞,刘志辉等.全功率型风电机组调频控制器的实用化辨识方法[J].电力系统自动化,2024,48(8):91-100.

JIN Yonglin,CHAO Pupu,LIU Zhihui,et al.Practical Identification Method of Frequency Regulation Controller for Full-power Wind Turbines[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(8):91-100.
金泳霖,晁璞璞,刘志辉等.全功率型风电机组调频控制器的实用化辨识方法[J].电力系统自动化,2024,48(8):91-100. DOI： 10.7500/AEPS20231113001.

JIN Yonglin,CHAO Pupu,LIU Zhihui,et al.Practical Identification Method of Frequency Regulation Controller for Full-power Wind Turbines[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(8):91-100. DOI： 10.7500/AEPS20231113001.

摘要

建立和实际调频响应特性一致的风电机组模型，是分析高比例新能源电力系统频率安全稳定的前提和基础。目前，针对风电机组涉频仿真建模的研究较少，多在调频控制器结构已知的前提下采用智能算法进行控制参数的辨识，缺乏通用性与工程实用性。首先，文中建立了能够涵盖国内主流型号全功率型风电机组的通用电磁暂态模型，并在此基础上，针对风电机组的可行调频控制策略，构建了包括超速减载控制、桨距角控制、虚拟惯量控制和下垂控制的全要素综合调频控制系统。然后，基于机组调频响应特性与调频控制策略/参数的对应关系，提出了采用机组实测频率响应特性曲线形态辨识调频控制器结构、采用机组实测频率响应特性曲线特征值辨识调频控制器参数的实用化辨识方法。最后，通过所提实用化调频控制器辨识方法建立的机组电磁暂态模型与厂家“黑盒”模型及现场试验的调频响应特性的对比，验证了所提调频控制器辨识方法的有效性。

Abstract

Establishing a wind turbine model that is consistent with the actual frequency response characteristics is the prerequisite and foundation for analyzing the frequency safety and stability of power systems with high proportion of renewable energy. At present

there is little research on frequency simulation modeling of wind turbines

and intelligent algorithms are mostly used to identify control parameters based on the known structure of frequency regulation controllers

lacking universality and engineering practicality. First

a universal electromagnetic transient model that can cover mainstream models of full-power wind turbines in China is established. On this basis

aiming at the feasible frequency regulation control strategy for wind turbines

a comprehensive frequency regulation control system covering all elements is constructed including overspeed de-load control

pitch angle control

virtual inertia control

and droop control. Then

based on the correspondence between the frequency response characteristics of the unit and the frequency control strategy/parameters

a practical identification method is proposed

which adopts the morphology of the measured frequency response characteristic curves of the unit to identify the structure of the frequency regulation controller

and uses the eigenvalues of the measured frequency response characteristic curves of the unit to identify the parameters for the frequency regulation controller. Finally

the effectiveness of the proposed identification method for the frequency regulation controller is demonstrated by comparing the electromagnetic transient model of the unit established by the proposed practical identification method for the frequency regulation controller with the “black box” model of manufacturers and the frequency regulation response characteristics of on-site tests.

关键词

Keywords

references

王博，杨德友，蔡国伟 . 高比例新能源接入下电力系统惯量相关问题研究综述［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 8 ）： 2998 - 3007 .

WANG Bo ， YANG Deyou ， CAI Guowei . Review of research on power system inertia related issues in the context of high penetration of renewable power generation ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 8 ）： 2998 - 3007 .

王诗超，崔浩瀚，陈雅皓，等 . 大容量海上风电机组故障穿越电磁暂态模型辨识方法［J］. 南方电网技术， 2023 ， 17 （ 10 ）： 123 - 132 .

WANG Shichao ， CUI Haohan ， CHEN Yahao ， et al . Identification method of fault ride-through electromagnetic transient model for large-scale off-shore wind turbines ［J］. Southern Power System Technology ， 2023 ， 17 （ 10 ）： 123 - 132 .

WU Yuankang ， YANG Wuhan ， HU Yihang ， et al . Frequency regulation at a wind farm using time-varying inertia and droop controls ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2019 ， 55 （ 1 ）： 213 - 224 .

盛四清，占志刚，吴林林，等 . 考虑频率二次跌落的风电机组调频控制研究［J］. 太阳能学报， 2023 ， 44 （ 8 ）： 485 - 491 .

SHENG Siqing ， ZHAN Zhigang ， WU Linlin ， et al . Research on frequency regulation control of wind turbines considering secondary frequency drop ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2023 ， 44 （ 8 ）： 485 - 491 .

DÍAZ-GONZÁLEZ F ， HAU M ， SUMPER A ， et al . Participation of wind power plants in system frequency control： review of grid code requirements and control methods ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2014 ， 34 ： 551 - 564 .

曾雪洋，张纯，王顺亮，等 . 基于减载系数变化的风电机组一次调频控制［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 8 ）： 119 - 125 .

ZENG Xueyang ， ZHANG Chun ， WANG Shunliang ， et al . Primary frequency control of wind turbine based on deloading coefficient variation ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 8 ）： 119 - 125 .

周涛，黄菊，韩汝帅，等 . 综合惯性控制下风机惯性支撑能力分析及等效惯量评估［J/OL］. 上海交通大学学报： 1 - 24 ［ 2023-10-27 ］. https：//kns.cnki.net/kcms2/article/abstract？v=S5uBaE2 M3OdkDKyUhnTtEo2xFRP_Z9LiyPUk7Xlaaxgk_gCxTBHbCOJ8sm0aAttWgSeZaH1-zvlX4-WgYBt5WzmhfWoYUHhFbK-Np5i5Z06vpVfo7osxa3XIKCjRJBUljr2mTDD2J3A=&uniplat form=NZKPT&language=CHS https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=S5uBaE2M3OdkDKyUhnTtEo2xFRP_Z9LiyPUk7Xlaaxgk_gCxTBHbCOJ8sm0aAttWgSeZaH1-zvlX4-WgYBt5WzmhfWoYUHhFbK-Np5i5Z06vpVfo7osxa3XIKCjRJBUljr2mTDD2J3A=&uniplatform=NZKPT&language=CHS .

ZHOU Tao ， HUANG Ju ， HAN Rushuai ， et al . Inertial support capacity analysis and equivalent inertia estimation of wind turbines under integrated inertial control ［J/OL］. Journal of Shanghai Jiao Tong University ： 1 - 24 ［ 2023-10-27 ］. https：//kns.cnki.net/kcms2/article/abstract？v=S5uBaE2M3OdkDKyUhn TtEo2xFRP_Z9LiyPUk7Xlaaxgk_gCxTBHbCOJ8sm0aAttWgSeZaH1-zvlX4-WgYBt5WzmhfWoYUHhFbK-Np5i5Z06vpVfo7osxa3XIKCjRJBUljr2mTDD2J3A=&uniplatform=NZKPT&l anguage=CHS https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=S5uBaE2M3OdkDKyUhnTtEo2xFRP_Z9LiyPUk7Xlaaxgk_gCxTBHbCOJ8sm0aAttWgSeZaH1-zvlX4-WgYBt5WzmhfWoYUHhFbK-Np5i5Z06vpVfo7osxa3XIKCjRJBUljr2mTDD2J3A=&uniplatform=NZKPT&language=CHS .

邢鹏翔，侍乔明，王刚，等 . 风电机组虚拟惯量控制的响应特性及机理分析［J］. 高电压技术， 2018 ， 44 （ 4 ）： 1302 - 1310 .

XING Pengxiang ， SHI Qiaoming ， WANG Gang ， et al . Response characteristics and mechanism analysis about virtual inertia control of wind generators ［J］. High Voltage Engineering ， 2018 ， 44 （ 4 ）： 1302 - 1310 .

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/OL］. 电力系统自动化： 1 - 13 ［ 2023-09-06 ］. http：//aeps-info.com/aeps/article/abstract/20220613002 http://aeps-info.com/aeps/article/abstract/20220613002 .

ZHANG Feng ， TIAN Yu ， DING Lei . Analytical solution for influential mechanism model of virtual inertia delay of wind power and its substitutability research ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ： 1 - 13 . http：//aeps-info.com/aeps/article/abstract/20220613002 http://aeps-info.com/aeps/article/abstract/20220613002 .

李世春，黄悦华，王凌云，等 . 基于转速控制的双馈风电机组一次调频辅助控制系统建模［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 24 ）： 7077 - 7086 .

LI Shichun ， HUANG Yuehua ， WANG Lingyun ， et al . Modeling primary frequency regulation auxiliary control system of doubly fed induction generator based on rotor speed control ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 24 ）： 7077 - 7086 .

伍双喜，谭嫣，刘思宁，等 . 风电机组参与调频的系统频率响应模型［J］. 南方电网技术， 2022 ， 16 （ 10 ）： 48 - 56 .

WU Shuangxi ， TAN Yan ， LIU Sining ， et al . System frequency response model with wind turbines participating in frequency regulation ［J］. Southern Power System Technology ， 2022 ， 16 （ 10 ）： 48 - 56 .

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 .

潘学萍，鞠平，温荣超，等 . 解耦辨识双馈风电机组转子侧控制器参数的频域方法［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 20 ）： 19 - 25 .

PAN Xueping ， JU Ping ， WEN Rongchao ， et al . Decoupling estimation of parameters in rotor side controller of DFIG-based wind turbine by frequency domain method ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 20 ）： 19 - 25 .

徐恒山，李颜汝，李文昊，等 . 融合寻优算法的双馈风力机控制参数分步辨识方法［J/OL］. 太阳能学报： 1 - 8 ［ 2023-10-08 ］. https：//kns.cnki.net/kcms2/article/abstract？v=S5uBaE2M3Oen3lXdmXyel3MDcwRmO0-p2V5js_kYfih02qsJQ4l8JQaTu wtAHgVV4NAQR886yUsNr3XJNEYTA_wK17VrLokdV9lKnSc2WuawCZDy8fmi0hwjFkb1g_RYG9rPdoL7hCE=&uni plat form=NZKPT&language=CHS https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=S5uBaE2M3Oen3lXdmXyel3MDcwRmO0-p2V5js_kYfih02qsJQ4l8JQaTuwtAHgVV4NAQR886yUsNr3XJNEYTA_wK17VrLokdV9lKnSc2WuawCZDy8fmi0hwjFkb1g_RYG9rPdoL7hCE=&uniplatform=NZKPT&language=CHS .

XU Hengshan ， LI Yanru ， LI Wenhao ， et al . Stepwise identification method of control parameters for DFIG based on composite optimization algorithm ［J/OL］. Acta Energiae Solaris Sinica ： 1 - 8 ［ 2023-10-08 ］. https：//kns.cnki.net/kcms2/article/abstract？v=S5uBaE2M3Oen3lXdmXyel3MDcwRmO0-p2V5 js_kYfih02qsJQ4l8JQaTuwtAHgVV4NAQR886yUsNr3XJNEYTA_wK17VrLokdV9lKnSc2WuawCZDy8fmi0hwjFkb1g_RYG9rPdoL7hCE=&uniplatform=NZKPT&language=CHS https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=S5uBaE2M3Oen3lXdmXyel3MDcwRmO0-p2V5js_kYfih02qsJQ4l8JQaTuwtAHgVV4NAQR886yUsNr3XJNEYTA_wK17VrLokdV9lKnSc2WuawCZDy8fmi0hwjFkb1g_RYG9rPdoL7hCE=&uniplatform=NZKPT&language=CHS .

秦继朔，贾科，孔繁哲，等 . 基于寻优算法的永磁风机并网逆变器故障穿越控制参数分步辨识［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （增刊1 ）： 59 - 69 .

QIN Jishuo ， JIA Ke ， KONG Fanzhe ， et al . Step-by-step identification of fault ride-through control parameters of grid-connected inverter with permanent magnet fan based on optimization algorithm ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ Supplement 1 ）： 59 - 69 .

ZHENG D ， YUAN K B ， WANG W ， et al . Optimal frequency control for wind power-integrated power system based on parameter identification ［J］. Energy Reports ， 2023 ， 9 ： 58 - 70 .

李世春，徐松林，李惠子，等 . 风电场等效虚拟惯量快速估计方法［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 12 ）： 4683 - 4692 .

LI Shichun ， XU Songlin ， LI Huizi ， et al . Rapid estimation of equivalent virtual inertia of wind farm ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 12 ）： 4683 - 4692 .

盛锴，邹鑫，陶向宇，等 . 基于功率响应特性的双馈风电场一次调频模型参数全局辨识［J］. 热能动力工程， 2022 ， 37 （ 9 ）： 143 - 151 .

SHENG Kai ， ZOU Xin ， TAO Xiangyu ， et al . Global model parameter identification of doubly-fed wind farm’s primary frequency modulation based on power response characteristic ［J］. Journal of Engineering for Thermal Energy and Power ， 2022 ， 37 （ 9 ）： 143 - 151 .

国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会 . 风力发电机组电网适应性测试规程： GB/T 36994—2018 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2018 .

State Administration for Market Regulation ， Standardization Administration of China . Wind turbines—test procedure of grid adaptability ： GB/T 36994—2018 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2018 .

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， 2018 .

State Administration for Market Regulation ， Standardization Administration 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 ， 2018 .

国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会 . 风电场接入电力系统技术规定第1部分：陆上风电： GB/T 19963.1—2021 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2021 .

State Administration for Market Regulation ， Standardization Administration of China . Technical specification for connecting wind farm to power system Part 1： on shore wind power ： GB/T 19963.1—2021 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2021 .

余浩，庄池杰，曾嵘，等 . 提高暂态电压测量精度的自适应小波去噪方法［J］. 高电压技术， 2020 ， 46 （ 6 ）： 2139 - 2147 .

YU Hao ， ZHUANG Chijie ， ZENG Rong ， et al . Adaptive wavelet de-noising method for improving the accuracy of transient overvoltage measurement ［J］. High Voltage Engineering ， 2020 ， 46 （ 6 ）： 2139 - 2147 .

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