第39卷 第21期 电力系统保护与控制 Vol.39 No.21 2011年11月1日 Power System Protection and Control Nov. 1, 2011

基于虚拟同步发电机的风电场并网控制研究

王思耕1，葛宝明1，毕大强2

（1.北京交通大学电气工程学院，北京100044；2.电力系统国家重点实验室，清华大学电机系，北京100084） 摘要：随着风力发电容量占电网容量的比重不断加大，风电场对电网稳定性的影响也越来越大。同步发电机具有调节系统功率平衡，维持电网电压稳定的作用，并具有自同步特性，适于系统并联。通过在风电场交流侧配置储能电池，并对储能系统的逆变器采取基于同步发电机模型的控制策略，将风电场等效为虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator-VSG），使风电场向电网输送的功率平滑，并对大电网体现同步发电机的特性。根据负荷的波动，调节自身输出功率，维持系统频率与电压稳定，有效提高了大规模风电场并网性能。建立了由风力发电机组、储能电池及汽轮发电机组组成的系统仿真模型，仿真结果验证了控制策略的可行性。

关键词：风电场；储能；虚拟同步发电机；功率平抑；调频调压

Control strategies of grid-connected wind farm based on virtual synchronous generator

WANG Si-geng1，GE Bao-ming1，BI Da-qiang2

（1. School of Electrical Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China；

2. State Key Lab of Power System，Dept of Electrical Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China） Abstract：With the increase of grid-connected capacity of wind power generation，the influence of wind farm power fluctuation on the grid stability becomes more and more serious. In power system，synchronous generator can adjust system power and stabilize grid voltage and it has the feature of self-synchronization，fitting for system shunt connection. By adding a energy storage battery to wind farm AC side and adopting control strategy based on synchronous generator model to the converter of storge system，this paper makes the wind farm behave like a Virtual Synchronous Generator (VSG) and makes the power sending to power grid from wind farm smooth and makes it embody the feature of the synchronous turbine. According to load fluctuation，it can adjust its output power，stabilize system frequency and voltage，and effectively enhance the grid-connected performance of large-scale wind farm. A detailed model consisting of wind turbine，energy storage and steam turbine unit is developed by using MATLAB/Simulink. The simulation results show the feasibility of the control strategy.

Key words：wind farm；energy storage；virtual synchronous generator；power smooth；freguency and voltage regulation 中图分类号： TM341; TM762 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2011)21-0049-06

0 引言

风能作为一种洁净的可再生能源，符合环境保护计划的要求，风力发电技术产业在世界范围内得到飞速发展。但是由于风能具有随机性和间歇性，随着电网中风力发电装机容量所占的比例逐步提高，大规模风电场对系统的稳定性造成的影响也逐渐加大[1-3]。同时，由于系统负荷变化导致的频率变

基金项目：电力系统国家重点实验室资助项目（SKLD09KZ10）；台达电力电子科教发展计划基金资助项目（DREG2009006，DREG2010001）

化也会变得更加剧烈，容易使电网失去稳定性。

同步发电机在电力系统中具有维持系统功率平衡、稳定电压的重要作用。文献[4-6]在微电网领域中提出虚拟同步发电机理论，即通过在分布式发电电源直流侧配置储能系统，并配以基于同步发电机模型的并网逆变器控制算法，使分布式电源对大电网体现同步发电机特性，为系统频率稳定性做出贡献。文献[7-8]通过将储能系统配置于风电场中，可以有效平抑风电场输出功率的波动，提高系统的稳定性，但仍未改变电力电子接口对电网的影响。现有文献的仿真工作多以无穷大电源模拟电网，没能有效体现出风电场及负荷波动对系统频率的影响以