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风电变流技术 构网型GFM ★ 5.0

构网型风力发电系统的频率响应分析与增强

Frequency Response Analysis and Enhancement of Grid-Forming Wind Generation Systems

作者 Lei Liu · Liansong Xiong · Xianjue Luo · Xiaohan Zhao · Yonghui Liu · Xiaokang Liu
期刊 IEEE Transactions on Energy Conversion
出版日期 2024年10月
技术分类 风电变流技术
技术标签 构网型GFM
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电网构造型风电机组 频率响应 增强控制 频率交互 实验验证
语言:

中文摘要

摘要:构网型(GFM)风力发电系统(WGS)能够在扰动期间主动响应电网频率变化。然而,随着扰动强度的增加,构网型风力发电系统的频率响应(FR)性能逐渐不足,导致电网频率偏差容易超出相关阈值。由于构网型风力发电系统构建频率的特性及其与电网频率的相互作用,其频率响应机制尚不清楚,这给提升构网型风力发电系统的频率响应性能带来了挑战。为此,本文分析了构网型风力发电系统的频率响应机制,并提出了一种频率响应增强控制方法。首先,建立了能够反映上述频率相互作用的频率响应模型。然后,从物理角度分析了构网型风力发电系统的频率响应机制,包括间接频率响应和直接频率响应。发现了两条相应的频率响应增强路径:一是基于调整构网控制中功率 - 频率环参数的间接路径;二是基于调整风力发电系统功率的直接路径。基于直接路径,通过在扰动发生后迅速预设功率来修正风力发电系统的参考功率,开发了一种新型频率响应增强控制方法。最后,实验验证了所提控制方法卓越的频率响应增强效果。

English Abstract

Grid-forming (GFM) wind generation systems (WGSs) can actively respond to the grid frequency change during disturbances. However, with increasing intensities of disturbances, the frequency response (FR) performance of GFM WGSs gradually becomes insufficient, resulting that grid frequency deviations are prone to exceeding pertinent thresholds. Due to the properties of GFM WGS building frequency and its interaction with the grid frequency, the FR mechanism is not yet clear, which poses a challenge to enhancing the FR performance of GFM WGSs. To this end, this paper analyzes the FR mechanism of GFM WGSs and proposes an FR enhancement control. Firstly, an FR model that can reflect the above frequency interaction is established. Then, the FR mechanism of GFM WGSs is analyzed from a physical perspective, including indirect and direct FR. Two corresponding FR enhancement paths are discovered: i) an indirect path based on adjusting the parameters of power-frequency loop in GFM control, and ii) a direct path based on adjusting the WGS power. Based on the direct path, a novel FR enhancement control is developed by promptly presetting power to correct the reference power of WGSs after disturbances. Finally, the superb FR enhancement effect of the proposed control is verified by experiments.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项构网型风电系统频率响应技术具有重要的跨领域应用价值。虽然研究聚焦于风电领域,但其核心机理——构网型(Grid-Forming)电源的频率响应机制与增强策略,与公司光伏逆变器和储能系统的技术演进方向高度契合。

该论文揭示的间接和直接频率响应双路径机制,为阳光电源优化构网型逆变器控制策略提供了理论支撑。特别是所提出的"功率预设校正"直接路径方法,可直接移植到公司1+X模块化逆变器和储能变流器产品中。在高比例新能源接入场景下,这种快速频率响应能力能够显著提升系统惯量支撑和一次调频性能,这对公司正在推进的虚拟电厂和源网荷储一体化解决方案至关重要。

从技术成熟度评估,该研究已完成实验验证,处于可工程化阶段。阳光电源可将其融入现有PowerTitan储能系统和SG3125HV-MV光伏逆变器的控制算法升级中,形成差异化竞争优势。尤其在欧洲、澳洲等要求新能源场站具备电网支撑能力的市场,该技术可直接转化为产品卖点。

技术挑战主要集中在多机并联场景下的协调控制和不同扰动强度下的参数自适应整定。但这恰恰是阳光电源的机遇所在——公司可结合自身在大规模新能源电站的工程经验,开发适用于光储混合系统的频率响应协同控制策略,将单一技术突破转化为系统级解决方案,进一步巩固在构网型技术领域的领先地位,支撑公司向"全球清洁能源系统解决方案引领者"战略目标迈进。