基于转子速度反馈与无风速测量的风力发电机组新型减载控制策略及其电网形成应用

本文提出了一种创新的风力发电机组（WT）减载控制策略，通过转子速度反馈实现恒速区参考功率的自适应分配（Additional Power Control），并建立减载附加功率与桨距角的函数映射关系，实现无风速测量（Wind-Speed-Measurement-Free）的全风速减载。结合匹配控制（Matching Control）的电网形成（GFM）技术，解决了传统方法依赖风速传感器、减载精度低的问题，显著提升了高比例可再生能源电网的频率支撑能力。

　　

亮点

传统电网形成风力发电机减载控制的局限

1. 1.

   风速测量误差：减载附加功率P_add通过查表法确定，但风速传感器误差会导致桨距角调节失准，最终影响减载效率并引发功率波动。

风力发电机的动态特性

气流产生风能，根据贝茨理论，风机叶片捕获的机械功率P_m满足公式：

P_m = (1/2)ρSv³C_p(λ,β)

其中ρ为空气密度，S=πR²为扫风面积，C_p为功率转换系数，λ=ω_rR/v为叶尖速比。

新型减载控制原理

定义减载系数k_del∈[0,1]，减载功率P_del=k_delP_mppt。本研究优先通过转子侧变流器（RSC）减载，当转速达限时切换至桨距角控制（PAC），实现动能最大化利用。

匹配控制及其原理

采用匹配控制（Matching Control）作为电网形成算法，基于直流电压动态变化生成虚拟角频率，适用于功率波动的可再生能源逆变器，其无功功率环采用电压-无功下垂控制器。

仿真验证

在Matlab/Simulink中搭建模型，参数包括：风机惯性时间常数H_WT=5s，额定功率P_n=2MW，额定直流电压U_dc0=1800V。验证表明该策略能有效消除功率波动。

结论

本研究突破了传统依赖风速测量的减载控制局限，通过转子速度反馈和函数映射实现精准功率预留，结合匹配控制提升了电网频率稳定性，为高比例可再生能源并网提供了关键技术支撑。