中国能源资讯网一、大规模风力发电带来的挑战
1、导致电力系统备用容量需求的增加。电力系统稳定运行的前提是发电与用电的实时平衡，否则会引起系统电能质量下降，甚至会发生不稳定。为此，电力系统中往往需要配置一定的备用容量，以消除瞬时的功率不平衡。而风电的随机性波动将会加剧系统中的这种功率不平衡现象，尽管风电预测准确性正在逐步提高，但超短期乃至实时预测仍然存在很大的不确定性，这意味着电力系统需要更大的旋转备用容量以实现可靠运行。
2、电力系统惯性响应和一次调频能力降低。随着风电的大规模并网，意味着未来电力系统中原有的部分常规发电机组退出运行。而现有风电机组主流机型为变速恒频的双馈型风机和直驱型风机，其基本原理是通过电力变换技术调节风电机组的输出与电网同步，从而避免了对风机转速的苛刻要求。这种运行控制方式从另一个方面使风机转速与系统频率解耦。此外，为追求风能的最大化利用，风电机组通常在最大功率点运行，不提供有功备用，因而无法在系统频率下降时提供类似传统机组的调频等辅助服务。因此，风电机组无法主动响应系统频率的变化，而这对于传统发电机组来说是维持系统频率稳定性非常重要的功能。
由此可见，为保证电力系统安全可靠运行，降低风电接入对频率质量和稳定性的影响，风电越来越被认为需要承担常规电源的辅助功能，包括惯性响应、一次调频和二次调频等。
二、风力发电调频技术
1、转子惯性控制
风力发电机可分为定速型和变速型 2 种。早期的很多风机采用了鼠笼式异步发电机，为定速运行，风电机组转子转速与系统频率耦合，滑差约为1%~2%。这种风机能够自动为电力系统提供惯性响应支持，但可以提供的容量较小，而且在后继的频率调节过程中基本没有贡献。
变速型风电机组包括目前主流的双馈型风机和直驱型风机，由于电力电子变流器的控制作用，前者的转子电磁转速可以在系统同步速的30%内波动，而后者的波动范围更大。因而，变速风机转子与系统频率解耦，无法在系统频率变化时主动提供惯性支撑。此外，由于目前风机大多采用最大风能捕获控制，风机运行于最大功率点附近，无法提供调频所需的备用容量，尤其是在向上调节时。
2、转子超速控制
转子超速控制是控制转子超速运行，使风机运行于非最大功率捕获状态的次优点，保留一部分的有功功率备用，用于一次频率调节。
超速控制参与系统一次频率调节的响应速度快，对风机本身机械应力影响不大，但存在控制盲区。当风速达到额定值以后，机组需要通过桨距角控制实现恒功率运行，此时提高转子转速会超过设定的阈值，因此，超速控制仅适用于额定风速以下的运行工况。不过，根据风电运行统计，风机输出功率超过额定值 80% 的概率一般不超过 10% ，因而超速控制在大部分时间内都可以适用。但是，采用减载发电模式，在一定程度上降低了风电场的发电效益。
3、变桨控制
变桨距控制是通过控制风机的桨距角，改变桨叶的迎风角度与输入的机械能量，使其处于最大功率点之下的某一运行点，从而留出一定的备用容量。风况一定的情况下，桨距角越大，机组留有的有功备用也就越大。
桨距角控制的调节能力较强，调节范围较大，可以实现全风速下的功率控制。但由于其执行机构为机械部件，因而响应速度较慢；而且当桨距角变化过于频繁时，也容易加剧机组的机械磨损，缩短使用寿命，增加维护成本。一般情况下，变桨控制多用于额定风速以上的工况，而且在系统频率下降时的备用支撑较为有效。在这种情况下，风机参与系统频率调节的作用时间较为持久。
4、组合控制
在多种调频方式的组合控制研究方面，其主要思路是在低风速时采用变桨距控制，高风速时采用给定功率控制，中风速时则采用二者组合控制，所采用的控制策略避免了复杂的计算过程，对随机波动强的风速具有较好的适应性。在中风速时减载运行形成有功储备；在高风速时采用桨距控制或修改转速设定点以保持合适的电力储备。
对于组合控制的作用效果，将风机转子的旋转动能和变桨备用功率进行组合控制，充分发挥转子的旋转动能，可提供持续时间超过30s的有功备用；旋转动能的应用降低了功率备用，提高了风电场经济效益，与传统方法相比，一年可以增发 2.79% 的电量，但该方法适用于中风速的工况。
综上可见，风电机组的组合控制有效利用了自身调频手段的优点，但也不可避免受制于风速变化和机组运行状态的影响，在全风况下参与系统一次调频和惯性响应的容量可信度难以得到有效保证。
