如何优化风电参与频率控制中的最大风能追踪控制？

以研究风电替换火电场景下风电占比10%时系统负荷突增的仿真为例，说明采用最大风能追踪控制的风电场在参与系统频率稳定控制中的局限，单台风电机组在冲击负荷投入后的有功功率输出和转速的响应曲线如图6－9所示，图6－9（a）所示为风电机组向电网输出的净有功功率即转子侧和定子侧输出有功功率之和；图6－9（b）所示为机组转速的标幺值，其基准值为ωB＝50π rad／s。从图6－9中可以看出，当系统在5 s时出现功率扰动后频率发生变化时，机组的输出功率只由于锁相环的暂态响应出现瞬间的波动，频率波动前后输出有功功率的稳态值相同，电机转子转速由于机组输出功率波动出现轻微的起伏，几乎没有变化。

图6-9　系统负荷突增后风电机组输出功率及转速的动态响应曲线(www.xing528.com)

（a）转子侧和定子侧输出有功功率之和；（b）机组转速的标幺值

这是因为最大风能追踪的控制方式为了取得高经济效益，追求最大的风能利用率，以尽可能多地从风中吸收能量转换为风力机输出的机械能为控制目标，使机组输出功率只与当地的风速有关而不会响应频率的变化。另外，由于双馈电机有独立的转子侧励磁绕组可以实现变速恒频的发电方式，此种运行方式使转子转速与电网频率不存在像同步机组那样的直接耦合关系，所以机组的机械动能也无法抑制频率的波动。所以如果双馈风电机组采用最大风能追踪控制策略，当系统出现功率冲击（电源或负荷的变化、短路故障等）导致频率出现波动时，机组的有功功率输出以及转速都不会响应，导致了机组对系统频率稳定的支撑作用几乎为零。

由关于风力机的空气动力学模型的描述可知，处于最大风能追踪控制状态的双馈风电机组也不能为参与电力系统调频提供有功功率备用，因为当频率发生跌落时如果增加输出的有功功率会导致转速下降，进一步导致捕获风能的减少，形成转速下降的正反馈，从而导致停机威胁机组的运行安全。