风电虚拟惯量延时的影响机理模型解析及替代性研究

风电机组采用虚拟惯量参与电网调频时，其本质是带延时的快速功率响应，但虚拟惯量延时对频率控制的非线性影响尚不清晰。同时，虚拟惯量存在测频精度要求高、延时大、频率微分环节放大量测误差等固有缺陷。为此，提出了风电机组虚拟惯量延时的影响机理模型解析及替代性研究的思路。首先，通过将风电机组虚拟惯量和下垂控制的延时特性近似等效为一阶惯性环节，建立风电调频使用虚拟惯量和下垂控制的系统频率响应模型；其次，基于劳斯近似法对高阶模型进行降阶解析，求得系统频率最低点的解析表达式；然后，解析求解风电调频仅使用下垂控制的系统频率响应模型，并在频率最低点指标下给出与虚拟惯量和下垂控制相同调频效果的下垂控制系数设定方法。进一步，在设定下垂控制参数下，对比两种控制方式下的最大频率变化率、稳态频率等关键指标关系，得出结论：适当改变下垂系数可替代带延时虚拟惯量，并能取得比虚拟惯量和下垂控制更佳的调频效果。最后，建立仿真模型，并从系统频率响应动态、调频能量需求、风电机组响应功率等方面验证了分析的正确性。