双馈风机(永磁同步风机)虚拟惯性控制+下垂控制参与系统一次调频的Matlab/Simulink模型，调频结束后转速回复，造成频率二次跌落SFD。 系统为三机九节点模型（可更换为四机两区域，十机39节点，IEEE39节点，IEEE11节点），所有参数已调好且可调，可直接运行，风电渗透率可调 风机采用虚拟惯性+下垂控制，含有转速回复模块，在系统频率跌落时释放转子动能提供有功支撑，参与电网的一次调频，在调频过程结束后，仿真时间30s时风机切换至mppt控制（退出时间可任意调节），功率骤降导致频率的二次跌落，

在电力系统研究领域，双馈风机（永磁同步风机）参与一次调频的相关课题一直备受关注。今天就来聊聊基于 Matlab/Simulink 搭建的双馈风机虚拟惯性控制 + 下垂控制参与系统一次调频模型中出现的频率二次跌落（SFD）现象。

一、模型基本情况

本次研究基于三机九节点模型展开，当然，为了更全面研究不同规模系统下的特性，模型还可轻松切换为四机两区域、十机 39 节点、IEEE39 节点以及 IEEE11 节点。并且所有参数不仅已精心调好，还具备可调节性，能够适应不同研究需求，上手即可直接运行。另外，风电渗透率也在可调节范围内，这对于研究不同风电接入比例对系统的影响提供了便利。

二、风机控制策略

风机采用虚拟惯性 + 下垂控制，这种控制策略在系统频率跌落时相当关键。它能够利用转速回复模块，释放转子动能，为系统提供有功支撑，从而积极参与电网的一次调频。

虚拟惯性控制代码示例

% 虚拟惯性控制部分代码示例
function [P_add] = virtual_inertia_control(f, f_nom, H, P_rated)
    % f 当前频率
    % f_nom 额定频率
    % H 惯性时间常数
    % P_rated 风机额定功率
    df = f_nom - f;
    P_add = 2 * H * df / (f_nom * dt); % dt 为仿真步长，假设已在主程序中定义
    P_add = min(max(P_add, -P_rated), P_rated); % 限制附加功率在额定功率范围内
end

这段代码通过当前频率与额定频率的差值，结合惯性时间常数和额定功率，计算出虚拟惯性控制下风机需要额外提供的有功功率。并且通过 min 和 max 函数，将附加功率限制在额定功率范围内，防止风机输出功率超出安全范围。

下垂控制代码示例

% 下垂控制部分代码示例
function [P_add] = droop_control(f, f_nom, R, P_rated)
    % f 当前频率
    % f_nom 额定频率
    % R 下垂系数
    % P_rated 风机额定功率
    df = f_nom - f;
    P_add = df / R;
    P_add = min(max(P_add, -P_rated), P_rated); % 限制附加功率在额定功率范围内
end

下垂控制代码同样基于频率偏差进行计算，通过下垂系数得到需要附加的有功功率，同样限制在额定功率范围内。

三、调频过程及频率二次跌落

在系统频率跌落时，风机迅速响应，通过虚拟惯性和下垂控制释放转子动能提供有功支撑。在调频过程结束后，当仿真时间达到 30s 时（退出时间可任意调节），风机切换至最大功率点跟踪（MPPT）控制。然而，这一过程却导致了功率骤降，进而引发频率的二次跌落。

转速回复与频率二次跌落分析

风机在调频过程中，转子转速会因释放动能而降低。当调频结束进入转速回复阶段，由于风机要恢复到初始的最佳转速以实现 MPPT 控制，这一过程中会消耗系统的有功功率，使得风机输出功率骤降。就像下面这个简单的示意代码：

% 转速回复及功率变化示意代码
if t >= 30 % 假设 30s 进入转速回复阶段
    % 转速回复相关计算，假设存在一个函数计算转速回复所需功率
    P_speed_recovery = calculate_speed_recovery_power(); 
    P_wind = P_wind - P_speed_recovery; % 风机输出功率因转速回复降低
    % 这里简化处理，实际还需考虑系统其他元件对功率变化的响应
    % 功率骤降导致频率二次跌落相关计算
    f = calculate_new_frequency(P_wind); % 计算因功率变化后的新频率
end

这种功率骤降打破了系统原有的功率平衡，使得系统频率再次跌落，这就是我们所说的频率二次跌落现象。

双馈风机(永磁同步风机)虚拟惯性控制+下垂控制参与系统一次调频的Matlab/Simulink模型，调频结束后转速回复，造成频率二次跌落SFD。 系统为三机九节点模型（可更换为四机两区域，十机39节点，IEEE39节点，IEEE11节点），所有参数已调好且可调，可直接运行，风电渗透率可调 风机采用虚拟惯性+下垂控制，含有转速回复模块，在系统频率跌落时释放转子动能提供有功支撑，参与电网的一次调频，在调频过程结束后，仿真时间30s时风机切换至mppt控制（退出时间可任意调节），功率骤降导致频率的二次跌落，

在研究电力系统稳定性时，这种频率二次跌落问题不容忽视。后续可以进一步探究如何优化风机控制策略，例如调整转速回复的速度、优化 MPPT 控制切换逻辑等，来减轻甚至避免频率二次跌落对系统稳定性的影响。希望通过分享这个模型中的现象及分析，能给同样研究相关课题的小伙伴们一些启发和思路。