摘要
将构网型双馈感应发电机（DFIG）系统与飞轮储能系统（FESS）集成的FESS-DFIG系统，其设计需在有限的动能储备条件下，既能提供快速的频率支撑，又能维持直流母线电压刚性，同时满足转子转速限制。本研究提出了一种基于模型的工程设计与验证框架，将上述耦合需求在网侧变流器（GSC）和转子侧变流器（RSC）之间进行分配。对于GSC，基于dq模型推导的定子-转子耦合项被实现为负载电流前馈信号，以降低直流母线两侧的瞬态功率不平衡。对于RSC，虚拟同步控制与基于Sigmoid函数的转子能量约束相结合，其中最低转速限制、过渡宽度和形状系数作为具有物理可解释性的设计参数，用于平衡频率支撑与机械保护。由此产生的架构以从惯量响应到转子转速恢复的连续过渡取代了突变的支撑撤回。在负载扰动下的MATLAB/Simulink仿真验证表明，在相同的0.2 p.u.阶跃负载扰动条件下，与传统仅反馈的双环PI控制器相比，所提出的负载电流前馈设计将直流母线电压最大偏差降低了约33%，抑制了由硬切换逻辑引起的二次频率跌落和功率振荡，并将转子转速维持在规定的0.8 p.u.安全边界。在低动能和高动能条件下的测试进一步表明，无需改变整体控制架构即可实现稳定运行。因此，所提出的框架为在变流器接入的风能系统中集成直流母线调节、构网型响应和转子能量管理提供了系统化的设计基础。
