面向风电机组有功功率控制的风轮变速运行模式比较研究

电力系统迫切需要风电机组(简称风机)从最大功率点跟踪控制转变为支撑电网二次调频的有功功率控制(active power control,APC)。延续最大功率点跟踪控制的设计思路，现有风机APC控制研究大多基于系统稳态的视角，将风机控制到稳定平衡点，在稳定平衡点处响应电网指令和维持机电动态稳定。但面对湍流风速，大惯量风轮实际上处于不断变速的动态过程中，而非持续运行在稳定平衡点处，对APC控制性能造成不容忽视的影响。为此该文从现有风机APC控制策略中归纳出两种风轮变速运行模式：主动变速和被动变速，两者对应于截然不同的变速机理和动态过程。运用频域分析和实验数据分析，比较了两种变速运行模式在功率指令响应性能、传动链载荷及变桨执行机构疲劳载荷方面的差异。结果表明，被动变速放弃了对稳定平衡点的跟踪，利用风轮惯性响应缓冲风速波动，更适用于湍流风速场景。该文工作为风机APC控制设计与性能优化提供了风机运行机理方面的基础。