基于频率-转速下垂控制的储能型双馈调相机惯量支撑方法

赵书强; 高铭阳; 王慧; 曲瀚辰; 李善颖

doi:10.7500/AEPS20241122004

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基于频率-转速下垂控制的储能型双馈调相机惯量支撑方法

学术研究 | 更新时间：2025-09-25

- 基于频率-转速下垂控制的储能型双馈调相机惯量支撑方法
- Inertia Support Method of Energy Storage Doubly-fed Condenser Based on Frequency-Rotor Speed Droop Control
- 电力系统自动化 2025年49卷第17期页码：112-121
- 作者机构：
  
  1.新能源电力系统全国重点实验室（华北电力大学），河北省保定市 071003
  2.国网冀北电力有限公司，北京市 100054
- 作者简介：
  
  赵书强(1964—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统分析与控制、电力系统规划与可靠性。E-mail：zsqdl@163.com
  高铭阳(2001—)，男，硕士研究生，主要研究方向：新能源电力系统稳定与控制。E-mail：gaomingyang0116@163.com
  王慧(1982—)，男，通信作者，博士，高级工程师，主要研究方向：新能源电力系统的分析与控制。E-mail：wanghui@ncepu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2023YFB2406800)
- DOI：10.7500/AEPS20241122004
  中图分类号：
- 收稿日期：2024-11-22，
  
  修回日期：2025-03-11，
  
  网络出版日期：2025-03-27，
  
  纸质出版日期：2025-09-10
- 稿件说明：
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赵书强,高铭阳,王慧等.基于频率-转速下垂控制的储能型双馈调相机惯量支撑方法[J].电力系统自动化,2025,49(17):112-121.

ZHAO Shuqiang,GAO Mingyang,WANG Hui,et al.Inertia Support Method of Energy Storage Doubly-fed Condenser Based on Frequency-Rotor Speed Droop Control[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(17):112-121.
赵书强,高铭阳,王慧等.基于频率-转速下垂控制的储能型双馈调相机惯量支撑方法[J].电力系统自动化,2025,49(17):112-121. DOI： 10.7500/AEPS20241122004.

ZHAO Shuqiang,GAO Mingyang,WANG Hui,et al.Inertia Support Method of Energy Storage Doubly-fed Condenser Based on Frequency-Rotor Speed Droop Control[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(17):112-121. DOI： 10.7500/AEPS20241122004.

摘要

作为一种新型调相机设备，储能型双馈调相机(ESDFC)不仅具备同步调相机的强电压支撑能力，而且可充分利用转子储能改善频率响应特性，为高比例新能源接入电力系统的安全稳定运行提供支撑。首先，针对当前有功型虚拟惯量控制方法难以兼顾储能型双馈调相机稳态定速运行、暂态惯量支撑及转速自恢复的问题，提出一种基于频率-转速下垂控制的惯量支撑方法，并阐明了频率扰动期间的转速调节过程。然后，通过小信号建模对不同控制参数下的等效惯量进行评估，构建了并网系统频率响应模型，并采用特征值法对小干扰稳定性进行分析，据此讨论了主要控制参数的选取原则。最后，通过新能源场站并网仿真算例验证了所提惯量控制策略对频率支撑的有效性。

Abstract

As a new type of condenser equipment

the energy storage doubly-fed condenser (ESDFC) not only has the strong voltage support ability of the synchronous condenser

but also can make full use of the rotor energy storage to improve the frequency response characteristics

thus providing support for the safe and stable operation of the power system with the integration of high proportion of renewable energy. First

aiming at the problem that the current active virtual inertia control methods have difficulties in balancing the steady-state constant-speed operation

transient inertia support and rotor speed self-recovery of the ESDFC

an inertia support method based on the frequency-rotor speed droop control is proposed to clarify the rotor speed regulation process during the frequency disturbance. Then

the equivalent inertia with different control parameters is evaluated by small signal modeling

and the frequency response model of the grid-connected system is constructed. The eigenvalue method is used to analyze the small signal stability

and the selection principle of the main control parameters is discussed. Finally

the effectiveness of the proposed inertia control strategy for the frequency support is verified by the grid-connected simulation case of the renewable energy station.

关键词

Keywords

references

张智刚，康重庆 . 碳中和目标下构建新型电力系统的挑战与展望［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 8 ）： 2806 - 2819 .

ZHANG Zhigang ， KANG Chongqing . Challenges and prospects for constructing the new-type power system towards a carbon neutrality future ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 8 ）： 2806 - 2819 .

徐式蕴，王一鸣，孙华东，等 . 国外新能源脱网事故对中国电网安全稳定运行的启示［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 13 ）： 1 - 8 .

XU Shiyun ， WANG Yiming ， SUN Huadong ， et al . Insights from renewable energy outage accidents abroad for secure and stable operation of power grids in China ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 13 ）： 1 - 8 .

曹炜，张甜，傅业盛，等 . 同步调相机增强电力系统惯性和改善频率响应的研究与应用［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 3 ）： 1 - 10 .

CAO Wei ， ZHANG Tian ， FU Yesheng ， et al . Research and application for increasing inertia and improving frequency response of power system by using synchronous condenser ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 3 ）： 1 - 10 .

赵天骐，李秉芳，杨松浩，等 . 新能源场站分布式同步调相机暂态功角稳定性影响因素分析［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 16 ）： 114 - 122 .

ZHAO Tianqi ， LI Bingfang ， YANG Songhao ， et al . Analysis of influence factors for transient rotor-angle stability of distributed synchronous condensers in renewable energy stations ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 16 ）： 114 - 122 .

HADAVI S ， RATHNAYAKE D B ， JAYASINGHE G ， et al . A robust exciter controller design for synchronous condensers in weak grids ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2022 ， 37 （ 3 ）： 1857 - 1867 .

刘振亚，张启平，王雅婷，等 . 提高西北新甘青750 kV送端电网安全稳定水平的无功补偿措施研究［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 5 ）： 1015 - 1022 .

LIU Zhenya ， ZHANG Qiping ， WANG Yating ， et al . Research on reactive compensation strategies for improving stability level of sending-end of 750 kV grid in northwest China ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 5 ）： 1015 - 1022 .

李志强，王东阳，肖洋 . 用于调相机-飞轮储能系统的磁齿轮调速器设计［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 7 ）： 66 - 72 .

LI Zhiqiang ， WANG Dongyang ， XIAO Yang . Design of magnetic-geared speed regulator in energy storage system with synchronous condenser and flywheel ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 7 ）： 66 - 72 .

FERREIRA A C ， SOUZA L M ， WATANABE E H . Improving power quality with a variable speed synchronous condenser ［C］// 2002 International Conference on Power Electronics， Machines and Drives ， June 4-7 ， 2002 ， Santa Fe， USA ： 456 - 461 .

赵阳，邹旭东，刘新民，等 . 多功能柔性功率调节器控制技术［J］. 中国电机工程学报， 2008 ， 28 （ 9 ）： 116 - 121 .

ZHAO Yang ， ZOU Xudong ， LIU Xinmin ， et al . Control technology of multi-functional flexible power conditioner ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2008 ， 28 （ 9 ）： 116 - 121 .

姜兴远 . 异步化调相机对风力发电稳定性的影响研究［D］. 哈尔滨：哈尔滨理工大学， 2022 .

JIANG Xingyuan . Study on the influence of asynchronous camera on the stability of wind power generation ［D］. Harbin ： Harbin University of Science and Technology ， 2022 .

MATSUDA K ， ALSHARIF F ， UMEMURA A ， et al . Stabilization of power system by virtual inertia control of adjustable speed synchronous condenser ［C］// 2021 2nd International Conference on Robotics， Electrical and Signal Processing Techniques （ICREST）， January 5-7 ， 2021 ， DHAKA， Bangladesh ： 163 - 167 .

贾焦心，杨添淇，颜湘武，等 . 电力电子并网装备等效惯量评估研究进展［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 9 ）： 3 - 10 .

JIA Jiaoxin ， YANG Tianqi ， YAN Xiangwu ， et al . Research progress on equivalent inertia estimation of grid-connected power electronic devices ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 9 ）： 3 - 10 .

SHAO W H ， WU R Z ， RAN L ， et al . A power module for grid inverter with in-built short-circuit fault current capability ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2020 ， 35 （ 10 ）： 10567 - 10579 .

贺益康，胡家兵，徐烈 . 并网双馈异步风力发电机运行控制［M］. 北京：中国电力出版社， 2012 .

HE Yikang ， HU Jiabing ， XU Lie . Operation control of grid-connected doubly-fed asynchronous wind turbine ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2012 .

胡正阳，高丙团，张磊，等 . 风电机组双向支撑能力分析与自适应惯量控制策略［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 19 ）： 5224 - 5240 .

HU Zhengyang ， GAO Bingtuan ， ZHANG Lei ， et al . Bidirectional support capability analysis and adaptive inertial control strategy of wind turbine ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 19 ）： 5224 - 5240 .

黄安，李刚，程时杰，等 . 多功能柔性功率调节器的稳态工作特性研究［J］. 电网技术， 2006 ， 30 （ 22 ）： 13 - 18 .

HUANG An ， LI Gang ， CHENG Shijie ， et al . Research on steady state characteristic of multi-functional flexible power regulator ［J］. Power System Technology ， 2006 ， 30 （ 22 ）： 13 - 18 .

张祥宇，胡剑峰，付媛，等 . 风储联合系统的虚拟惯量需求与协同支撑［J］. 电工技术学报， 2024 ， 39 （ 3 ）： 672 - 685 .

ZHANG Xiangyu ， HU Jianfeng ， FU Yuan ， et al . Virtual inertia demand and collaborative support of wind power and energy storage system ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2024 ， 39 （ 3 ）： 672 - 685 .

谢珍建，汤奕 . 计及源荷惯量特征的电力系统最小惯量需求评估［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 10 ）： 66 - 77 .

XIE Zhenjian ， TANG Yi . Evaluation of minimum inertia requirement of power system considering source-load inertia characteristics ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 10 ）： 66 - 77 .

袁小明，程时杰，胡家兵 . 电力电子化电力系统多尺度电压功角动态稳定问题［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 19 ）： 5145 - 5154 .

YUAN Xiaoming ， CHENG Shijie ， HU Jiabing . Multi-time scale voltage and power angle dynamics in power electronics dominated large power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 19 ）： 5145 - 5154 .

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 .

王康，李子恒，杨超然，等 . 面向大型新能源基地小干扰稳定性提升的调相机选址方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 4 ）： 66 - 74 .

WANG Kang ， LI Ziheng ， YANG Chaoran ， et al . Siting method of synchronous condenser for small-signal stability improvement of large-scale renewable energy base ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 4 ）： 66 - 74 .

刘巨，姚伟，文劲宇 . 考虑PLL和接入电网强度影响的双馈风机小干扰稳定性分析与控制［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 11 ）： 3162 - 3173 .

LIU Ju ， YAO Wei ， WEN Jinyu . Small signal stability analysis and control of double-fed induction generator considering influence of PLL and power grid strength ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 11 ）： 3162 - 3173 .

国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 . 电能质量电力系统频率偏差： GB/T 15945—2008 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2008 .

General Administration of Quality Supervision ， Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China ， Standardization Administration of the People’s Republic of China . Power quality—frequency deviation for power system ： GB/T 15945—2008 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2008 .

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