文献综述（或调研报告）：
随着人类社会的高速发展，能源问题带来的一系列挑战迫使我们进行一场能源革命。能源绿色化、多元化的趋势逐渐显现。传统化石能源对人类社会发展起了关键性作用，但其利用率低、污染严重、储量有限等因素制约了它的进一步发展。因此，近年来新能源的发展利用得到了各个国家的重视。其中的重要组成部分风力发电也得到了快速发展。
近年来，全球风力发电行业进入迅速发展阶段，保持每年20%的增速，并随着各国政府不断出台可再生能源的鼓励政策，使得风电行业的现状与前景相当观。但由于风电的强随机性与低可控性，其大规模接入对电网的运行带来了诸多不利影响，因此“风电入网送出难”成为制约我国风电发展的主要问题[1]。
随着新一代直流输电技术的快速发展，以电压源换流器为基础的高压直流输电技术（VSC-HVDC）得到广泛应用，并大规模用于可再生能源发电并网，其中就包括风力发电。VSC-HVDC与常规高压直流输电技术相比，其具有有功无功灵活可调、不需要交流电网支撑、不增加系统短路容量、可对系统快速调节阻尼、滤波容量小、占地面积小、环境污染等显著特点，因此其今年来在我国也得到了高速发展[2]。尽管风力发电与VSC-HVDC的综合应用大大推动了风力发电的发展，但由于大规模风电场通过多端柔性直流输电向受端交流电网供电时，会解耦风机转子动能与交流电网频率联系，使得电力系统惯性响应和一次调频能力降低。此外，为追求风能的最大化利用，风电机组通常运行在最大功率点(maximum power point，MPPT)，故不提供有功备用，因而无法在系统频率变化时提供类似传统机组的调频服务[3-4]。
为了保证电力系统的安全稳定运行，降低风电接入对频率质量和稳定性的影响，风电也越来越需要承担常规能源的辅助功能，包括惯性响应、一次调频和二次调频。目前风机的控制方法主要有转子惯性控制、转子超速控制、变桨控制、附加储能系统以及综合控制等，通过控制有功功率来参与系统频率的调节[3-4]。此外，针对经柔性直流输电并网的大型风电场，可以在换流器上设计响应频率变化的控制环节，以此使风电场参与电网频率调节[5]。现阶段，随着风电与VSC-HVDC组合系统的大规模应用，对该系统以及其参与电力系统频率调节的研究也日益深入。
文献[6][7]对永磁直驱式风机、功率变换器进行了数学分析，建立了风力机、永磁同步发电机、直流系统的数学模型，并设计了机侧与网侧的控制策略，仿真验证了该控制的有效性。文献[8]针对海上风电并网与传输方式分析了高压交流、高压直流、分频输电等三种输电方式在风电并网的技术可行性、经济性以及效率等方面进行了比较与总结。
在海上风电并网过程中，VSC-HVDC输电系统应用最为广泛。文献[9]中研究了VSC-HVDC的基本结构与数学模型，并设计了该系统的双闭环控制策略。随着技术的进步与电网安全稳定的要求，基于VSC-HVDC的风电并网系统也需要具有调频功能。文献[5]提出了一种基于VSC-HVDC系统的频率控制策略，分别在整流侧换流器、逆变侧换流器和风电机组上设计响应频率变化的控制环节，且所有控制环节均基于本地测量信号，无需远距离通信。文献[10]以双馈式感应风力发电机为基础，在d-q坐标系下推导了用于风电场的VSC-HVDC的数学模型，提出了VSC-HVDC送端站与受端站的控制策略，同时研究了风电机组的虚拟惯量控制策略来有效改变系统的频率稳定问题，仿真验证了系统及其控制策略的有效性。文献[11]给出了稳态下风电场由VSC-HVDC送出的控制策略并利用直流电容能量和DFIG转子动能模拟类似于同步电机的惯性时间常数，从而得到了风电场通过VSC-HVDC并网的协同控制策略，并基于该系统的故障穿越特性提出了故障下风电场自动降低功率的协同控制策略。文献[12]针对多端直流系统参与交流电网调频以及换流站故障时协调直流电压稳定运行问题，提出了不依靠通信的变下垂组合控制策略。连接交流电网的受端换流站（grid side VSC,GSVSC）采用虚拟同步机（VSG）变下垂控制，连接风电场的换流站（wind farm VSC，WFVSC）采用改进电压—频率下垂控制，风电场DFIG采用考虑转子转速的变频调因子惯量控制。文献[13]考虑了临时与持续性能量的区别，根据风机和换流站的实时可释放能量，提出了具有时变控制参数的自适应频率支持策略，并建立了两种换流单元的恢复策略。同时定量确定了减载风机带来的外加提升功率，根据其他提供临时能源储备的风机和换流站的功率短缺情况和恢复阶段持续时间，制定了一套开启/关闭能源储备的机制。文献[14]提出了一种基于直流输电的风电场整流侧和逆变侧交流电网的四阶非线性动态模型，该模型揭示了高压直流整流侧的频率和交流电压之间的强耦合,提出了一种频率电压解耦的触发角校正策略，从而改善了整流侧的频率动态。文献[15]提出了一种使海上直流电网电压与陆上频率偏差成比例的无通信方案。它依赖于陆地换流器与海上换流器的高压直流电压控制，通过不断调整各风力发电机的压降来响应当地的风速，考虑风力发电机之间的风速差，从而提高了频率最低点/峰值。
随着风力发电技术的不断进步，风电场参与调频的控制策略也越来越多样。文献[16]考虑了风电输出功率及负荷随机波动，从风电场运行经济性和充分发挥不同工况下风电机组调频能力的角度出发，利用改进欧拉型滑动平均预测（EMAP）模型良好的信号分解能力，提出了一种多风速工况条件下变速风电机组惯性与一次调频综合控制的频率多时间尺度协调优化策略。文献[17]研究了将风电虚拟惯性响应时变特性响应参数和一次调频响应系统模型融入低频减载过程的方法，提出了改进低频减载策略和负荷切除决策模型。首先通过求解含风电场虚拟惯性响应的电网等效惯量、监测频率变化率，计算低频减载首轮启动时刻的实时功率缺额。然后定量表征风电一次调频以及负荷调节效应先抵消部分的实时功率缺额，剩余功率缺额则由自适应低频减载策略分批切除。文献[18]分析了风电场调频能力的影响因素，基于风电机组动能相等原则提出了风电场以及多个风电场调频能力的评估方法。然后基于风电分层协调控制的架构，推到分析了风电虚拟惯量协同控制及风电机组转速协调恢复的本质，提出了一种考虑风电机组调频能力的风电场虚拟惯量多机协同控制策略。
除此之外，一些先进与智能的控制手段也用在了风机的调频过程中。文献[19]基于模糊逻辑控制提出了一种自适应下垂控制策略，采用模糊逻辑推理调整下垂系数，能够兼顾换流站直流电压和功率分配特性，减小传输功率变化造成的直流电压偏差，提高系统运行稳定性。文献[20]提出了一种先进的控制策略，其具有两个控制回路的时变增益。在该策略中，增益是根据期望的频率响应时间来确定的。此外，控制回路的初始增益是根据风速确定的，考虑了风电场中各风机的运行条件。文献[21]介绍了一种适用于两个区域电力系统的详尽负荷频率控制模型，该模型包括了热机组和风电场的协调控制，并提出了一种基于模糊逻辑的风力发电场降频策略。
许多文献也基于预测性提出了很多新的控制方案。文献[22]提出了一种风电场频率控制的非线性模型预测控制方案，该方案使得风电场参与电网频率调节。通过将每个风力发电机的非线性动力学纳入控制设计中，可以得到一个能以最优方式适应每个风力发电机控制动作的协调控制。文献[23]介绍了一种包括风电场和火电厂的混合动力系统的模型预测频率控制策略。该方法基于混合动力系统的建模，特别是风力发电机组的频率调节模型和风电场的等效模型，然后基于此对同一区域的风电场和火电厂进行同步控制。
