華北電力大學(xué)新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司調(diào)度控制中心的研究人員米增強(qiáng)、劉力卿等，在2015年第15期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，雙饋風(fēng)電機(jī)組限電棄風(fēng)運(yùn)行能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供備用和頻率支撐。

　　為減小限電棄風(fēng)工況下轉(zhuǎn)速和槳距角頻繁動(dòng)作致使機(jī)組產(chǎn)生的機(jī)械疲勞，提出了一種基于機(jī)組運(yùn)行點(diǎn)轉(zhuǎn)移軌跡優(yōu)化的有功控制策略，并通過(guò)引入下垂控制使其具備了參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的功能。對(duì)限電棄風(fēng)工況下機(jī)組在不同運(yùn)行點(diǎn)處的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析；考慮機(jī)組有功平衡、運(yùn)行點(diǎn)穩(wěn)定性等約束條件，建立了以轉(zhuǎn)速和槳距角綜合調(diào)整量最小為目標(biāo)函數(shù)的運(yùn)行點(diǎn)轉(zhuǎn)移軌跡優(yōu)化模型，并提出了優(yōu)化模型在出現(xiàn)不可行解時(shí)的處理機(jī)制，以獲得可行的最優(yōu)轉(zhuǎn)移軌跡；建立了機(jī)組運(yùn)行軌跡和調(diào)頻控制器，并對(duì)變槳系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器的傳統(tǒng)控制策略進(jìn)行了改進(jìn)，使機(jī)組能夠沿最優(yōu)轉(zhuǎn)移軌跡調(diào)整有功和參與調(diào)頻。

　　仿真結(jié)果表明，利用所提控制策略能使機(jī)組在準(zhǔn)確完成限電棄風(fēng)任務(wù)并為電網(wǎng)提供頻率支撐的同時(shí)，大大減小機(jī)組轉(zhuǎn)速和槳距角的調(diào)整量。

　　據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)（GWEC）統(tǒng)計(jì)，截止2013年底，世界新增風(fēng)電裝機(jī)容量35,289MW，總裝機(jī)容量達(dá)到318,105MW[1]。由于風(fēng)電單方面快速發(fā)展，而電網(wǎng)建設(shè)相對(duì)滯后，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)給電網(wǎng)功率平衡和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)的挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻，為此各國(guó)紛紛修改風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)準(zhǔn)則，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)提出了更加嚴(yán)格的要求。

　　2011年12月30日，我國(guó)頒布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19963-2011《風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》，明確提出風(fēng)電場(chǎng)必須具備有功功率調(diào)節(jié)能力和參與電力系統(tǒng)調(diào)頻和備用的能力[2]。德國(guó)E.ONNetz電網(wǎng)公司規(guī)定裝機(jī)容量大于100MW的風(fēng)電場(chǎng)必須具備參與電力系統(tǒng)調(diào)頻的能力，并且調(diào)頻容量不小于裝機(jī)容量的±2%[3]。由丹麥、芬蘭、挪威和瑞典共同發(fā)布的北歐風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)準(zhǔn)則也明確提出風(fēng)電場(chǎng)必須具備有功功率調(diào)節(jié)和響應(yīng)系統(tǒng)頻率變化的能力[4]。

　　為確保系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，風(fēng)電場(chǎng)在一些時(shí)段接受電網(wǎng)調(diào)度部門命令運(yùn)行于限電棄風(fēng)工況已成為常態(tài)[5-6]。風(fēng)電場(chǎng)限電棄風(fēng)運(yùn)行無(wú)疑會(huì)產(chǎn)生損失和浪費(fèi)，但風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)適當(dāng)棄風(fēng)也就具備了類似于傳統(tǒng)發(fā)電中功率熱備用的能力，為風(fēng)電場(chǎng)參與電網(wǎng)調(diào)頻創(chuàng)造了前提，對(duì)維持系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和推動(dòng)風(fēng)電持續(xù)發(fā)展具有重要意義[7-9]。因此，有必要對(duì)限電棄風(fēng)工況下風(fēng)電機(jī)組的有功及調(diào)頻控制策略進(jìn)行深入研究。

　　雙饋風(fēng)電機(jī)組（DoublyFedInductionGener-atorWindTurbines，DFIG）是目前應(yīng)用最為廣泛的機(jī)組類型，國(guó)內(nèi)外對(duì)其有功功率控制策略進(jìn)行了大量研究。文獻(xiàn)[10,11]通過(guò)增大DFIG的轉(zhuǎn)速使其偏離最優(yōu)值，實(shí)現(xiàn)降出力運(yùn)行。但受機(jī)組轉(zhuǎn)速最大值限制，該控制策略只能在低風(fēng)速工況下應(yīng)用，功率調(diào)節(jié)能力有限。

　　文獻(xiàn)[12,13]通過(guò)控制機(jī)組槳距角調(diào)整機(jī)組的輸出功率，但機(jī)組轉(zhuǎn)速仍根據(jù)最大風(fēng)能追蹤模塊查表控制，容易使轉(zhuǎn)速和槳距角之間產(chǎn)生不必要的重疊調(diào)整。文獻(xiàn)[14-17]提出將風(fēng)速分為高、中、低三段，針對(duì)不同分段采用不同控制策略，協(xié)調(diào)控制機(jī)組的轉(zhuǎn)速和槳距角以實(shí)現(xiàn)降出力運(yùn)行。但對(duì)如何合理確定風(fēng)速分段以及不同分段之間控制策略的切換沒有深入研究。

　　文獻(xiàn)[18]對(duì)DFIG提供功率備用的多種控制策略進(jìn)行了仿真對(duì)比。另外，文獻(xiàn)[10-18]均在所提有功控制策略的基礎(chǔ)上提出了機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)頻的方法。以上文獻(xiàn)通過(guò)調(diào)整機(jī)組轉(zhuǎn)速和槳距角均使機(jī)組能夠在限電棄風(fēng)工況下運(yùn)行并為電網(wǎng)提供頻率支撐。但轉(zhuǎn)速和槳距角的頻繁動(dòng)作容易使機(jī)組產(chǎn)生機(jī)械疲勞，影響其使用壽命，而以上文獻(xiàn)均未對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行考慮，難以應(yīng)用于實(shí)際。

　　基于上述分析，本文提出一種限電棄風(fēng)工況下雙饋風(fēng)電機(jī)組有功及調(diào)頻控制策略。基于機(jī)組運(yùn)行點(diǎn)轉(zhuǎn)移軌跡優(yōu)化模型，該控制策略通過(guò)建立機(jī)組運(yùn)行軌跡和調(diào)頻控制器，并對(duì)變槳系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器的傳統(tǒng)控制策略進(jìn)行改進(jìn)，以最大程度減小機(jī)組在執(zhí)行限電棄風(fēng)命令和參與電網(wǎng)一次調(diào)頻時(shí)轉(zhuǎn)速和槳距角的綜合調(diào)整量，延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命。最后通過(guò)仿真驗(yàn)證所提控制策略的可行性。