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有功和无功功率控制对基于双馈感应发电机的风力 turbine 惯性的影响
Effects of Active and Reactive Power Control on Inertia in DFIG-Based Wind Turbines
| 作者 | Xiang Guo · Qingbo Tang · Donghai Zhu · Yini Zhou · Xudong Zou · Jiabing Hu |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年5月 |
| 技术分类 | 风电变流技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 风力发电机 有功功率控制 无功功率控制 惯性 频率支持方法 |
语言:
中文摘要
风力发电机组(WTs)的惯性分析通常聚焦于机电时间尺度。在分析中,有功功率控制(APC)和锁相环(PLL)是必须考虑的因素,而无功功率控制(RPC)通常被认为可以忽略不计,特别是在强电网中。然而,这样的假设可能并不恰当。因此,本文旨在全面研究基于双馈感应发电机的风力发电机组中,APC和RPC对惯性的影响。首先,通过结合各种控制回路组合(包括APC、RPC和不同的PLL配置)建立相位运动模型。随后,详细研究了APC和RPC对惯性的影响。分析表明,APC会削弱惯性,而RPC则能显著增强惯性。此外,应特别关注惯性传递函数的相位特性,因为它们会对惯性性能产生重大影响。此外,本文提出了一种改进的频率支撑方法,该方法无需将PLL带宽调整到极低值(如1 Hz或更低)即可实现更优的频率响应。最后,通过实验验证了上述分析和所提方法的有效性。
English Abstract
The inertia analysis for wind turbines (WTs) typically focuses on the electromechanical timescale. Active power control (APC) and phase-locked loop (PLL) are essential considerations while reactive power control (RPC) is often deemed negligible, particularly in stiff grid. However, such assumptions may be inappropriate. Therefore, this article aims to comprehensively examine the effects of APC and RPC on the inertia for doubly fed induction generator-based WTs. Firstly, phase motion models are developed by incorporating various combinations of control loops, including APC, RPC, and different PLL configurations. Subsequently, the impacts of the APC and RPC on the inertia are examined in detail. The analysis reveals that the APC diminishes inertia, whereas the RPC significantly enhances the inertia. Additionally, special attention should be given to phase characteristics of the inertia transfer function, as they can substantially influence inertial performance. Furthermore, an improved frequency support method is proposed, which achieves superior frequency response without necessitating the PLL bandwidth to be adjusted to extremely low values, such as 1 Hz or lower. Finally, the analysis and the proposed method are validated through experiments.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项针对双馈风电机组惯性特性的研究具有重要的技术借鉴价值。虽然研究对象是风电系统,但其核心机理——变流器控制策略对电网惯性响应的影响——与我司光伏逆变器和储能变流器的控制逻辑存在本质相通性。
该研究揭示的关键发现对我司产品优化具有直接指导意义。首先,有功控制削弱系统惯性而无功控制显著增强惯性的结论,为我司构网型逆变器的多目标协同控制提供了新思路。在新能源渗透率持续攀升的背景下,电网对变流器设备的惯性支撑能力要求日益严苛,传统仅依赖有功-频率下垂控制的方案已显不足。该研究提出的改进频率支撑方法,无需将锁相环带宽调至极低值(1Hz以下)即可实现优异的频率响应,这对提升我司逆变器在弱电网环境下的稳定性和快速响应能力极具参考价值。
从技术成熟度评估,相位运动模型和惯性传递函数的相位特性分析已通过实验验证,具备工程化应用基础。对于阳光电源而言,技术机遇在于:可将该方法集成到1500V大功率逆变器和液冷储能系统的控制算法中,增强产品在高比例新能源场景下的电网适应性,形成差异化竞争优势。技术挑战主要体现在多时间尺度控制的耦合协调、不同电网强度下的参数自适应整定,以及与现有虚拟同步机控制策略的融合优化。建议我司技术团队深入研究有功-无功协同控制机制,在下一代智能逆变器平台中预留相关算法接口,抢占构网型设备技术制高点。