隨著新能源滲透率不斷增加，傳統發電份額不斷被擠占，導致系統慣量下降，熱備用容量減小，降低了電網的安全穩定裕度。已知目前雙饋感應風力發電機（DFIG）在最大功率點跟蹤控制下，發電機輸出功率難以響應電網頻率波動，而超速減載控制和變槳距角控制雖然在一定程度上改善風電機組整體性能和一次調頻特性，但存在預留一定備用容量而無法實現最大發電效益。目前儲能裝置已廣泛應用于風電場，但大多為風電場集中式儲能方案，其安全可靠性風險往往大于分布式模式，故如何提高單臺風電機組的致穩性和抗擾性，使其具備一次調節能力顯得尤為重要。

圖1 實驗裝置圖1

圖2 實驗裝置圖2

圖3 DFIG的儲能配置圖

結合上述應用背景，提出以下技術解決方案：

1、結合DFIG直流母線儲能裝置的優勢，從增加控制自由度、平滑源端風功率間歇性波動以及抑制網側負荷擾動三個維度入手，分別提出基于超級電容器控制的DFIG慣量支撐與一次調頻控制，基于變功率點跟蹤和超級電容器儲能協調控制的DFIG一次調頻策略和考慮源－荷功率隨機波動的DFIG一次頻率平滑調節方法，上述控制可在增大發電效益的同時提升頻率調節效果。

2、量化DFIG的一次電壓調節能力，制定DFIG的動態無功控制策略，設計DFIG與風場無功補償裝置的綜合協調控制方案，從提高系統穩定性和魯棒性出發，研究自抗擾控制技術等快速提升風電場系統無功響應速度，最大限度地緩解電網電壓跌落，提高電網的電壓安全穩定性。

3、結合功率密度、可充放電循環壽命以及經濟性作為儲能介質選擇的主要評測指標，確定合適的單一或混合儲能介質及變換裝置類型，根據頻率調節目標計算儲能裝置的容量，進一步研究混合儲能的容量優化方法，設計出一套高充放電效率、低成本的混合儲能裝置。

4、研究風儲聯合調頻和基于超級電容調頻、風機分布式儲能和場站集中式儲能所組合成的四種儲能調頻方案的優缺點，通過多復雜工況驗證不同技術方案的調頻效果，結合儲能容量、使用壽命、經濟成本和技術性能比較得出最優方案。

5、研究大功率基于單一儲能或混合儲能控制的風電機組一次調頻樣機，完成風電機組參與系統慣量支撐與一次調節方案的驗證，對新型一次調頻控制技術和一次調壓控制方案進行大功率樣機的試驗驗證，完成工程應用的基礎準備工作。

1、針對風電機組一次頻率調節，分別提出了基于超級電容器儲能、變功率點跟蹤和超級電容儲能協調控制和考慮源荷功率頻率調節等方法，提高一次頻率調節能力，并優化了儲能裝置的容量配置。

2、設計雙饋感應風力發電機的動態無功協調控制方案，提出了雙饋感應風力發電機最小限度降低機組出力下可提高無功極限最大值的最優方法。

3、分別就風儲聯合調頻策略和基于超級電容器調頻策略、風機分布式儲能和場站集中式儲能所組合成的四種儲能調頻方案的優缺點和拓撲結構進行對比分析，最終得出采用風機分布式儲能下的風儲協調方案更加具有應用優勢。

通過本項目的研究，可形成新能源風機技術在大電網中應用效果驗證方面的技術成果，有助于進一步體現國家風光儲輸示范工程的示范引領作用，推動新能源風機儲能技術在大規模新能源接入地區的推廣應用，為提升新能源發電高滲透率地區電網的安全穩定運行水平，促進建立可再生能源并網的輔助服務機制提供重要依據和借鑒。

目前裝置依托“雙饋感應風力發電機慣量阻尼及一次調節方法的研究”項目，已開發完成380V/10kW實驗樣機，并預計展開示范應用。

“基于超級電容儲能控制的雙饋風電機組慣量與一次調頻策略”論文獲得《電力系統自動化》期刊2020年度優秀論文三等獎。