风电技术专题︱应用于动模试验系统的风电模拟技术研究
中国电工技术学会定于2016年7月10~11日在北京铁道大厦举办“2016第十一届中国电工装备创新与发展论坛”，主题为“电工行业十三五规划研究与解读”，并设“智能制造与电工装备行业的转型升级”“智能开关设备的关键技术与最新发展”两个分论坛。
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中国科学院电工研究所、中国科学院大学的研究人员孟岩峰、胡书举、李旭、许洪华，在2016年第3期《电工技术学报》上撰文，研究了应用于动模试验系统的风电模拟控制技术，针对风电模拟系统与实际风力发电机组转动惯量的悬殊性，提出一种风力机模拟控制方法，实现了实际风力发电机组动态特性的准确模拟。
针对动模系统电网条件特性，提出采用PI控制器并联多谐振控制器的改进控制策略，实现了风电模拟系统在谐波畸变、不平衡等非理想电网条件下的稳定运行，同时在双馈风电模拟系统中采用协调控制策略实现了双馈风电模拟系统的低电压穿越功能。
接入某电力系统动模试验系统进行了实验，实验结果验证了所提模拟控制方法与改进控制策略的有效性。
实验室的试验研究对风力发电技术的发展起着重要的引导作用，但由于条件的限制，多数实验室不具备风场环境或风力机，给风力发电技术的实验研究带来了很大的困难。风力机特性的模拟主要是模拟其稳态和动态情况下的功率/转速特性或转矩/转速特性，应用风力机特性模拟系统，可在实验室模拟不同类型风力机的特性，缩短研发周期和减少实验研究的费用，对风力发电新技术的试验、应用、推广具有重要意义[1],[2]。
电力系统动态模拟即电力系统的物理模拟，基于相似定理而设计，对电力系统各个子系统及部件进行物理模拟，从而能够通过对模拟系统的研究，反映出被模拟电力系统的相关特性[3],[4]。
近年，随着国内风力发电迅速发展，风电接入电网对电力系统中的系统分析、潮流计算、故障分析及继电保护等方面带来一系列值得研究、需要解决的问题。电力系统动模试验（即物理模拟）是电力系统分析与研究的重要手段，将能够准确模拟实际风力发电机组的物理模拟技术应用于电力系统动模试验中，对研究风电并网接入影响及相关问题具有重要意义[5],[6]。
目前绝大多数的风力机模拟主要注重于风力机的静态模拟[2],[7]，只考虑了风力机的稳态特性，对于动态模拟效果不甚理想。由于真实风力机的转动惯量远大于模拟系统电动机的转动惯量，造成两者的动态变化过程存在很大的差异。
为此，相关文献提出基于转矩闭环的动态模拟方法[4],[8]，加入了由转速加速度产生的动态补偿转矩，可同时模拟风力机的静态和动态特性[9],[10]，但该方法计算较为复杂，且容易引起系统不稳定。
另外，目前文献中提到的风力机模拟技术仅考虑风力机自身模拟，并未整体考虑风力发电机组模拟控制技术[2],[4],7-10]，这也使得其不适用于电力系统动模试验。
本文就应用于电力系统动模试验系统的风电模拟控制技术展开研究，详细介绍了风电模拟系统的建模及控制策略，在理论研究的基础上，将研制的风电模拟系统接入到电力系统动模试验系统中进行了实验研究，结果表明，采用本文提出的模拟控制方法和改进控制策略，风电模拟系统运行良好，能准确模拟实际风电场风力发电机组的运行特性。
图2 电网侧变流器控制框图
结论
动模试验是研究电力系统问题的重要手段，本文将风电模拟系统应用于电力系统动模试验系统，研究了应用于动模系统的风力发电机组模拟控制技术，取得如下结论：
1）提出一种小功率风电模拟系统模拟大转动惯量风力发电机组的控制方法，消除了因转动量悬殊对模拟效果的影响，采用该模拟控制方法可实现应用小功率模拟系统模拟大转动惯量的实际风力发电机组运行特性；
2）针对动模系统电网条件特性，提出采用PI控制器并联多谐振控制器的改进控制策略，实现了风电模拟系统在谐波畸变、不平衡等非理想电网条件下的稳定运行，同时在双馈风电模拟系统中采用协调控制策略实现了双馈风电模拟系统的低电压穿越功能。
基于本文所提模拟控制方法及改进控制策略，实现了风力发电机组模拟系统在动模试验系统中的应用，实际运行效果表明了本文所提应用于动模系统的风电模拟控制技术的有效性，对研究当前大规模风电并网对电力系统的影响及与之相关的一系列问题具有非常重要而实际的意义。
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