风能作为一种清洁能源,近几年越来越受到关注,成为发展最快的可再生能源。双馈风机由于其变流器容量小、整体造价较低、功率损耗小、系统效率高等优势不断成为市场主流风机。但其转子侧通过背靠背式变流器组与电网相连,使得风机转速与电网频率之间不再存在直接耦合关系。风机的旋转动能被“隐藏”起来,对电力系统的惯量贡献近乎为零,导致风电机组对系统功率振荡缺乏足够的抑制作用。为此,需要通过附加控制策略使双馈风机系统模拟同步机的惯性支撑能力。同时,还需要建立一种统一的量化分析方法,针对附加控制策略的惯性补偿效果进行定量描述,以对不同的虚拟同步机控制策略在系统频率振荡方面的抑制能力进行对比分析。本文基于矩阵范数的定义,利用系统传递函数矩阵的H2/H∞范数对双馈风机系统的频率振荡抑制能力进行量化分析,并利用MATLAB/Simulink仿真软件验证了此描述方法的有效性。基于范数分析结果,提出了一种基于滑模控制理论的虚拟同步机惯量控制策略,并在IEEE30节点系统中验证了附加控制方法的惯性补偿效果。主要研究内容和成果如下:(1)根据双馈风力发电机系统的工作原理,对其各部分进行了完整的数学建模。从理论层面对双馈风机并网对系统频率稳定的影响进行分析,论证了双馈风力发电机系统惯性支撑能力较小,在系统扰动时,对其频率振荡的抑制作用不足。(2)提出了一种基于系统传递函数矩阵范数的频率响应分析方法,从物理层面讨论了系统传递函数矩阵的H2/H∞范数与双馈风机系统频率振荡抑制能力之间的量化关系。以频率扰动为系统输入,建立了双馈风机系统在不同虚拟同步机控制下的频率响应模型,并利用H2/H∞范数对比分析了三种控制策略(虚拟惯量虚拟同步机控制、直流电容虚拟同步机控制和曲线优化虚拟同步机控制)在频率振荡抑制方面的控制效果。通过系统仿真验证了H2/H∞范数可以从能量角度定量描述系统对频率扰动的抑制能力。结合对系统响应曲线的时域分析,进一步得到了H2/H∞范数与系统频率超调量、响应时间之间的对应关系。(3)根据系统范数的理论分析结果,提出了一种基于滑模控制的附加惯性补偿控制策略。通过在直流电容侧附加控制提高频率支撑能力,结合滑模控制思想达到惯性补偿效果。采用两区四机系统对该控制策略进行频率响应分析,结合范数分析论证了此控制策略的有效性。并利用MATLAB/Simulink仿真,在IEEE30节点系统中对附加惯性控制策略的有效性进行了验证。本文借助系统传递函数矩阵的H2/H∞范数,定量分析了双馈风机系统的频率振荡抑制能力。并以此为衡量系统惯性的评价指标,从惯性补偿的角度为控制策略提供参数选择,进而实现了惯量调节的目标。