Matlab/Simulink 下多风电场协调虚拟惯性与调频控制探索

matlab/simulink多风电场协调的虚拟惯性，下垂控制一次调频，风电渗透率可调，目前为20%。所有参数均设计好，可直接运行。可加入超速减载，变桨控制，频率二次跌落转速回复设计。多个风电场协调更符合实际，与单机等值风电场相比，可考虑风速差异，更能模拟实际风电场。不同频率控制方法的频率特性如图所示。

在电力系统研究领域，随着风电规模的不断扩大，风电场的频率控制成为一个关键课题。今天咱们就来聊聊基于Matlab/Simulink的多风电场协调虚拟惯性以及相关的调频控制策略，目前风电渗透率设定为20% 。

多风电场协调的优势

实际中的风电场往往是多个分布的，多个风电场协调控制相比单机等值风电场更贴合实际情况。因为不同地理位置的风电场风速存在差异，这种差异对风电输出功率有着显著影响。比如在Matlab/Simulink模型搭建中，可以利用随机数结合地理信息来模拟不同风电场的风速：

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% 假设三个风电场，风速范围为[5, 25] m/s
windSpeed1 = 5 + 20 * rand(1); 
windSpeed2 = 5 + 20 * rand(1); 
windSpeed3 = 5 + 20 * rand(1);

上述代码简单生成了三个不同风电场随机风速，这有助于我们模拟真实场景下风速的时空变化，进而更好研究多风电场联合运行时的特性。

虚拟惯性与下垂控制一次调频

虚拟惯性控制可以使风电机组像传统同步发电机一样提供惯性响应，增强系统频率稳定性。下垂控制则是根据系统频率偏差来调节风电机组的有功功率输出。以下是一个简单下垂控制代码示意：

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% 下垂系数设置
R = 0.05; 
% 额定频率
f_nom = 50; 
% 实时测量频率
f_measured = 49.8; 
% 计算有功功率参考值变化量
deltaP = (f_nom - f_measured) / R;

这里通过下垂系数R和频率偏差计算出有功功率参考值的变化量deltaP ，风电机组根据这个值调整自身功率输出，从而参与系统的一次调频。

超速减载、变桨控制与频率二次跌落转速回复设计

超速减载策略在系统频率快速下降时，通过快速减少风电机组的有功输出，避免系统频率过度跌落。例如：

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if f_measured < 49.5 
    % 执行超速减载
    P_out = P_out * 0.8; 
end

当频率低于49.5Hz时，风电机组输出功率降低至原来的80%。

变桨控制通过调整叶片桨距角，改变风电机组捕获的风能，达到调节功率的目的。而频率二次跌落转速回复设计是在一次调频后，针对可能出现的频率二次跌落情况，进一步调整风电机组转速，恢复系统频率稳定。

不同频率控制方法的频率特性

从我们搭建的Matlab/Simulink模型仿真结果来看，不同频率控制方法呈现出各异的频率特性。虚拟惯性控制能够快速提供惯性响应，抑制频率的初始变化速率；下垂控制则能根据频率偏差持续调节功率，使频率稳定在一定范围内。而超速减载、变桨控制等策略在不同阶段对频率的稳定和恢复起到重要作用。通过观察不同控制方法下频率变化曲线（可在Simulink示波器中直观看到），我们可以清晰对比各方法的优劣，从而为实际电力系统风电场控制策略的选择提供有力依据。

在本次基于Matlab/Simulink的研究中，所有参数都已设计好，模型可直接运行，方便大家深入探究多风电场协调控制下的频率稳定问题，希望能为风电领域的小伙伴们带来一些思路和启发。