风电、光伏等分布电源通过电力电子设备并网，但此类电源不具备传统电源的惯性响应特性，无法主动响应电网频率变化。同时，风电机组出力存在波动性，当电网有功出力和负荷动态失衡时，将造成系统频率偏差，从而触发风电大规模脱网，严重危及电网稳定运行。因此，需降低风电接入对电网频率及电能质量的影响。电网标准中明确提出风电机组应具备一次调频能力。

虚拟同步机（Virtual Synchronous Generator, VSG）技术可协调风-储系统与电网间的能量交换，使风电场具备一次调频能力。而集中式VSG技术只需将储能与风电场对外等效成VSG，对已配备储能系统风电场改造即可实现。采用VSG技术可使风电场参与电网调频过程，而预留备用容量参与二次调频将降低风电场的风能利用率。因此，如何实现储能VSG与风电场虚拟惯量协同控制，使得配置有储能的风电场可同时实现电网一次、二次调频成为研究重点。

VSG技术可使得配置有储能的风电场侧并网逆变器模拟同步发电机（Synchronous Generator, SG）具有有功-调频、无功-电压特性调节。目前，对于VSG技术研究多集中在本体模型和控制策略，而VSG技术应用场景主要是微电网。

但是相关研究中未涉及VSG在配置有储能-风电场调频的相关技术研究，其应用场景主要为微电网，在风电场示范应用较少。而已有的集中式VSG研究主要是依赖储能VSG风储系统，通过储能系统控制使风机与储能并联接口模拟发电机外特性。但此方案下并网接口VSG特性主要由储能设备实现，风机虚拟转动惯量未被利用。

为了充分发掘风电机组调频能力，考虑传统储能系统直接补偿风电场二次频率跌落调频控制策略存在储能系统容量需求高、经济性差的缺点，沈阳工业大学电气工程学院、辽宁东科电力有限公司的研究人员张冠锋、杨俊友、王海鑫、谢赐戬、付尧，在2022年《电工技术学报》增刊1上撰文，提出一种基于虚拟同步机（VSG）技术的风储系统协调调频控制策略。

图1 风储联合系统仿真系统

研究人员首先在风储VSG系统结构基础上建立风储VSG数学模型，并分析风储VSG调频特性；其次，依据储能系统数学模型研究储能系统VSG调频控制方法；然后，综合考虑风电场与储能系统出力特点，提出基于风电惯量释放和储能稳态支撑的风储协调控制策略，通过风电场与储能系统并行出力的方式，在降低储能系统容量需求的同时充分发挥风电机组短时功率支撑的作用。

通过仿真分析可知，采用该控制策略可在稳定系统频率的基础上大幅降低储能系统容量配置，提高风电场调频经济性。

研究人员指出：

1）在额定风速及以下，随风速增大储能系统容量配置增加。在风速为11.5m/s时，与单独储能调频和直接补偿二次频率跌落调频方法相比，采用本文所提调频方法可分别降低储能配置容量4.3%和0.9%。

2）与不调频情况相比，采用本调频方法可将系统最低频率提高0.25%，为49.85Hz，略大于其他调频方法，稳态频率提升了0.04%。风储系统采用本文所提调频策略可有效稳定系统频率波动。

3）在风速11.5m/s情况下，与直接补偿二次频率跌落调频方法相比，风电场惯量支撑结束后风电场出力跌落量降低了1.5%，因此可有效解决风电场调频二次频率跌落问题，有利于提高系统稳定性。

本文编自2022年《电工技术学报》增刊1，论文标题为“基于虚拟同步机技术的风储系统协调调频控制策略”。本课题得到了辽宁省教育厅科学研究经费项目和辽宁省科协科技创新智库项目的支持。