风电并网控制新模式：基于特征值分析与一致性算法的GFL-GFM无缝切换策略

《Renewable Energy》：Seamless Transitions Between Grid-Following and Grid-Forming Control for Wind Turbines: A Novel Switching Metric and Smooth Control Strategy

本文针对高比例风电并网导致的电网强度弱化问题，提出一种基于事件触发的自适应切换指标和平滑控制策略，实现风力发电机（WT）在电网跟随（GFL）和电网形成（GFM）控制模式间的无缝过渡。通过特征值分析量化风速与短路比（SCR）对系统稳定性的影响，结合一致性算法进行电压频率补偿，显著抑制切换过程中的过电流/过电压现象，提升风电系统在复杂电网环境下的运行鲁棒性。

　　

研究亮点

本研究通过特征值分析揭示了风速与短路比（SCR）对风力发电机（WT）并网稳定性的差异化影响：风速升高会显著恶化电网跟随（GFL）控制稳定性，却可增强电网形成（GFM）控制的稳定边界。基于此，提出一种融合实时SCR与风速的自适应切换指标，突破传统仅依赖SCR判据的局限性。

平滑切换控制策略

为消除模式切换过程中的暂态冲击，设计基于一致性算法的平滑控制方案。通过二次补偿使两种控制模式的输出电压幅值与频率快速跟踪参考值，有效抑制过电压和过电流现象。仿真验证表明，该策略在动态工况下仍保持强鲁棒性。

方法可行性验证

以频率二次补偿为例，基于事件触发机制的一致性算法满足如下无缝切换条件：

其中t_ψ为本次事件触发时间，t_ψ-1为前次触发时间，e_i为频率补偿误差函数，Δu_i(t)为控制器输出的频率补偿值，Δω_i(t)为切换前后实际频率偏差值。

仿真验证

在MATLAB-SIMULINK平台构建仿真模型，参数见表3。初始状态下风机运行于GFL模式，当系统工况变化时，按图11所示流程执行切换操作。结果表明，所提策略较传统方法显著降低风机切换频率，并提升稳定性指标。

结论

传统单一控制模式（GFL或GFM）难以适应现代电力系统多变的电网强度。本文提出的自适应切换机制与平滑控制策略，通过量化风速与SCR的耦合影响，实现控制模式的智能择优，为高比例新能源接入下的电网安全提供关键技术支撑。