摘要
随着风力发电在电力系统中的渗透率逐渐提高，如何增强风电系统的动态响应能力成为关键问题。本文针对双馈感应发电机(DFIG)，提出一种结合虚拟惯性控制、一次调频和下垂控制的综合控制策略，以改善其在电网扰动条件下的稳定性和频率响应性能。在MATLAB/Simulink平台上搭建了三机九节点的仿真模型，验证了该控制策略在频率调节与稳定性方面的优势。
理论
1. DFIG基本结构与控制
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双馈感应发电机能够通过控制定子和转子的电流，灵活地调节有功和无功功率。
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通常包含转子侧变流器(RSC)和网侧变流器(GSC)，用于独立控制电网功率和电压。
2. 虚拟惯性控制
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模拟同步发电机的惯性响应特性，提高风电场对频率扰动的动态响应能力。
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控制方程：
3. 一次调频
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风力发电机组参与电网一次频率调节，通过调整输出功率来响应电网频率变化。
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控制方程：
4. 下垂控制
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用于实现有功功率和频率、无功功率和电压之间的协调控制，保持电网稳定运行。
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控制方程：
实验结果
仿真模型包含3台DFIG风力机组及9个节点，测试了不同控制策略下的系统响应：
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图1展示了三机九节点系统模型。
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频率响应：在电网频率扰动时，加入虚拟惯性和一次调频后，频率跌落显著减小，恢复速度提升。
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功率响应：在下垂控制作用下，各机组能够协调输出，保证负载平衡。
实验分析：
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综合控制策略显著改善了频率响应和电压稳定性。
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仿真结果表明，在短时间内，该系统能够快速恢复稳态，增强电网扰动的鲁棒性。
部分代码
% 系统参数初始化
f_nominal = 50; % 额定频率
K_in = 0.1; % 虚拟惯性系数
K_p = 0.05; % 一次调频系数
K_d = 0.02; % 下垂系数% 频率偏差计算
function delta_f = calc_frequency_deviation(f_nominal, current_f)delta_f = f_nominal - current_f;
end% 虚拟惯性控制
function P_inertial = virtual_inertia_control(K_in, delta_f, df_dt)P_inertial = -K_in * df_dt;
end% 一次调频控制
function P_freq = primary_frequency_control(K_p, delta_f)P_freq = -K_p * delta_f;
end% 下垂控制
function P_droop = droop_control(P_0, K_d, delta_f)P_droop = P_0 - K_d * delta_f;
end% 主控制循环
f_current = 49.5; % 当前频率
df_dt = -0.05; % 频率变化率
P_0 = 1.0; % 参考功率delta_f = calc_frequency_deviation(f_nominal, f_current);
P_inertial = virtual_inertia_control(K_in, delta_f, df_dt);
P_freq = primary_frequency_control(K_p, delta_f);
P_droop = droop_control(P_0, K_d, delta_f);disp(['Inertia Power: ', num2str(P_inertial)]);
disp(['Frequency Power: ', num2str(P_freq)]);
disp(['Droop Power: ', num2str(P_droop)]);
参考文献
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Hu, W., et al. (2014). Virtual Inertia Control of DFIG-based Wind Turbines for Dynamic Frequency Support. IEEE Transactions on Energy Conversion, 29(4), 820-830.
Mullane, A., & Malley, M. (2005). The Inertial Response of Induction-Machine-Based Wind Turbines. IEEE Transactions on Power Systems, 20(3), 1496-1503.
Morren, J., & de Haan, S. W. H. (2005). Ridethrough of Wind Turbines with Doubly Fed Induction Generator During a Voltage Dip. IEEE Transactions on Energy Conversion, 20(2), 435-441.
（文章内容仅供参考，具体效果以图片为准)
