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东北电力大学 李国庆，刘先超，姜涛，等：电流环控制-转子动态是否影响双馈风电机组的有功功率-频率特性？
研究内容
1）虚拟惯量控制的DFIG有功-频率响应过程。
双馈风电机组运行轨迹如图1所示，主要分为电磁功率突增阶段(曲线EF)、转子动能支撑阶段(曲线FG)、电磁功率突减阶段(曲线GH)和电磁功率恢复阶段(曲线HE)4个阶段。
图1 受扰后含虚拟惯量控制的双馈风电机组运行轨迹
2）虚拟惯量控制的双馈风电机组的功频响应模型。
基于小信号线性化方法分别建立风轮机、异步发电机及其轴系、转子侧功率环控制以及电流环控制的状态方程，基于定子磁链定向原理化简转子磁链-电流环线性化方程，利用状态方程建立考虑转子磁链-电流环控制的风电机组五阶闭环传递函数为：
3）转子磁链-电流环控制动态对DFIG功频响应模型的影响。
转子磁链动态的衰减时间常数为63.5s，而在电流内环作用下的转子磁链动态时间常数为1.055s，表明电流内环的快速控制加速了转子磁链的动态响应，所建立的考虑转子磁链-电流环控制动态的DFIG五阶模型具有更明显的“通高阻低”特征。
通过频域法量化电流环作用的转子磁链频域响应，剖析所提模型与已有简化模型之间的区别，所建立的频率响应模型的波特图如图2所示。
图2 双馈风电传递函数的波特图
从图2可以看出，电流环控制参数对5~15rad/s频段的频率扰动更敏感，表现出较为显著的放大特性，所提模型可反映DFIG的功率局部振荡响应。
同时，将所提DFIG五阶模型和现有模型之间的时域特性差异进行了比较，结果如图3所示。
(a) 系统的频率响应
(b) DFIG的有功功率响应
图3 不同频率响应模型的动态响应对比
从图3(a)中可以看出，三阶模型、本文所提五阶模型与时域仿真模型的频率最低跌落点更接近，一阶模型和二阶模型误差较大；对比图3(b)中所有模型的DFIG有功出力可知，一阶、二阶模型的整体响应精度不高，而三阶模型在t=50~53s区间表现出较差的功率响应精度，其最大有功响应误差为3.7MW，所提模型在描述具有虚拟惯性控制的DFIG电力系统的有功功率-频率响应方面具有较高的精度和适用性。
后续研究方向或讨论话题
若电流环-转子磁链工作于百毫秒或秒级别的时间尺度，该环节对DFIG的功频响应影响不可忽略，但通过调节电流环参数改变电流环-转子磁链动态时间尺度，后续可为电流环参数定值提供参考依据。
参文格式
李国庆，刘先超，姜涛，等．考虑转子磁链–电流环控制动态的虚拟惯量DFIG功频响应特性建模[J]．电网技术，2023，47(12)：4897-4905．
LI Guoqing, LIU Xianchao, JIANG Tao, et al．Active power-frequency response modeling of doubly-fed induction generator with virtual inertia control considering rotor flux-current loop control dynamics[J]．Power System Technology，2023，47(12)：4897-4905 (in Chinese)．
相关文献扩展阅读
李鲁阳，王方政，陈磊，等．双馈风机对电网频率扰动的动态响应建模与分析[J/OL]．电力系统自动化，2023：1-12[2023-12-29]．
王洵阳，李霞林，郭力，等．基于断面信息的多区域互联系统频率响应模型参数估计方法[J]．电网技术，2022，46(11)：4277-4287．
唐王倩云，张睿，胡家兵．用于系统暂态行为分析的双馈风机转子转速控制时间尺度暂态模型[J]．中国电机工程学报，2021，41(9)：3037-3045．
GUO Xiang，ZHU Donghai，ZOU Xudong，et al．Dynamic inertia evaluation for type-3 wind turbines based on inertia function[J]．IEEE Journal on Emerging and Selected Topics in Circuits and Systems，2021，11(1)：28-38.
团队介绍
东北电力大学李国庆教授科研团队依托电力系统安全运行与节能技术国家地方联合工程实验室，主要开展电力系统安全性与稳定性、电力系统优化调度、柔性直流输电技术、可再生能源集成、输变电设备运行状态监测与故障诊断、电能质量、综合能源系统等领域的教学与科研工作。团队拥有核心成员25人，其中国家级人才称号获得者4人，教授10人、副教授5人；博士研究生导师9人，硕士研究生导师21人；团队有10名成员分别在田纳西大学(UTK)、北卡罗莱纳州立大学(NCSU)、北卡罗莱纳大学夏洛特分校(UNCC)、麦吉尔大学(McGill University)等国外高校和科研机构留学与研修一年以上。
近年来，团队承担国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金项目和吉林省“双十工程”重大科技攻关项目等国家、省部级科研项目60余项；承担国家电网公司、南方电网公司、发电集团等科技项目150余项。获国家科技进步奖二等奖2项、省部级科技进步一等奖5项、省部级科技进步二等奖10项、省部级科技进步三等奖3项。发表论文500余篇，其中SCI/EI期刊论文380余篇，ESI高被引论文19篇，出版专著2部；获授权国家发明专利107项，软件著作27项。
作者简介
李国庆，博士，教授，博士生导师，首批国家“万人计划”领军人才，首批新世纪百千万人才工程国家级人选，全国杰出技术人才，国务院政府津贴获得者，全国优秀科技工作者，中国能源学会副会长，中国电机工程学会会士，中国电机工程学会电工数学专委会主任委员。主持和承担国家重点研发计划项目课题2项、国家自然科学基金项目6项；承担国家电网公司和南方电网等企业科研项目50余项、省部级科研项目10余项；获得国家科技进步二等奖2项、省部级科技进步一等奖4项、二等奖11项；授权发明专利50余项，发表SCI/EI期刊论文200余篇，ESI高被引论文6篇，热点论文1篇，出版由国家科学技术学术著作出版基金资助的学术专著1部。主要研究方向为电力系统安全运行分析、新能源并网与消纳、输变电设备运行状态监测与诊断、柔性直流输电技术。
刘先超，东北电力大学博士研究生，研究方向为电力系统稳定分析与控制。
姜涛，博士，教授，博士生导师，吉林省“长白山人才工程”青年拔尖人才，吉林省突出贡献中青年专业技术人才，中国电力优秀青年科技人才，美国北卡罗来纳州立大学、美国田纳西大学、瑞典马拉达伦大学访问学者，《电力系统自动化》、《电力系统保护与控制》编委，《IEEE Transaction on Power Systems》、《Alexandria Engineering Journal》、《IET Energy Systems Integration》Associate Editor。主持和承担国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金中英联合基金项目6项，出版专著2部，在IEEE Trans. on Power Systems、中国电机工程学报等SCI/EI期刊发表论文100余篇，ESI热点论文2篇、高被引论文7篇，获吉林省科技进步二等奖2项（个人分别排名第1和第2）、中国电工技术学会科技进步二等奖1项（个人排名第2）。
王长江，实验师，博士，硕士生导师。研究方向为交直流系统安全稳定分析与控制、电力大数据挖掘与人工智能应用等。主持或参与国家级和省部级纵向科技项目2项，横向科技项目10余项。发表SCI/EI收录论文20余篇，授权国家发明专利10余项。获中国电工技术学会科学技术进步奖二等奖1项。
作者：小编
