Damping Analysis and Torque Oscillation Suppression of Power Synchronized Grid-forming Doubly-fed Induction Generator in Weak Grid

XIE Zhen; GAO Xiang; ZHANG Xuanguang; ZHANG Xing

doi:10.7500/AEPS20220809008

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Damping Analysis and Torque Oscillation Suppression of Power Synchronized Grid-forming Doubly-fed Induction Generator in Weak Grid

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Damping Analysis and Torque Oscillation Suppression of Power Synchronized Grid-forming Doubly-fed Induction Generator in Weak Grid
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 11, Pages: 29-38(2023)
- 作者机构：
  
  合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽省合肥市 230009
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51877063)
- DOI：10.7500/AEPS20220809008
  CLC：
- Received：09 August 2022，
  
  Revised：2022-11-25，
  
  Published Online：10 April 2023，
  
  Published：10 June 2023
- 稿件说明：
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谢震,高翔,张悬光等.弱电网下功率同步构网型DFIG的阻尼分析及转矩振荡抑制[J].电力系统自动化,2023,47(11):29-38.

XIE Zhen,GAO Xiang,ZHANG Xuanguang,et al.Damping Analysis and Torque Oscillation Suppression of Power Synchronized Grid-forming Doubly-fed Induction Generator in Weak Grid[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(11):29-38.
谢震,高翔,张悬光等.弱电网下功率同步构网型DFIG的阻尼分析及转矩振荡抑制[J].电力系统自动化,2023,47(11):29-38. DOI： 10.7500/AEPS20220809008.

XIE Zhen,GAO Xiang,ZHANG Xuanguang,et al.Damping Analysis and Torque Oscillation Suppression of Power Synchronized Grid-forming Doubly-fed Induction Generator in Weak Grid[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(11):29-38. DOI： 10.7500/AEPS20220809008.

摘要

随着风电占比的不断增加，功率同步构网型双馈风电机组(PS-DFIG)接入弱电网下的稳定性问题受到广泛关注。相比于锁相同步跟网型控制下的功率响应特性，基于构网型控制结构的PS-DFIG中有功环与转速环交互影响更容易引发转矩产生低频振荡。为此，文中首先建立了PS-DFIG系统的有功功率与发电机转速的小信号模型，分析了有功功率与转速响应的耦合特性，在此基础上借助电气阻尼分析方法研究了PS-DFIG系统环路特性对传动链低频振荡的影响。然后，基于多环路带宽设计准则，在有功环中引入微分前馈方法提高有功功率带宽，同时在转速环输出中附加转矩补偿，改善了电磁转矩的电气阻尼特性，提升了功率环参数的鲁棒性，有效降低了PS-DFIG系统传动链低频振荡的风险。最后，在RT-LAB的硬件在环平台进行了实验验证。

Abstract

With the increasing proportion of wind power

the stability problem of the power synchronized grid-forming doubly-fed induction generator (PS-DFIG) connected to the weak grid has received extensive attention. Compared with the power response characteristics of phase-locked synchronized grid-following control

the interaction between the active power loop and the rotor speed loop in PS-DFIG based on grid-forming control is more likely to cause low-frequency torque oscillation. First

the small-signal model of active power and generator speed of the PS-DFIG system is established

and the coupling characteristics of active power and rotor speed responses are analyzed. On this basis

the influence of the loop characteristics of the PS-DFIG system on the low-frequency oscillation of the drivetrain is studied by means of the electrical damping analysis method. Then

based on the multi-loop bandwidth design criterion

the differential feedforward method is introduced into the active power loop to improve the active power bandwidth. At the same time

the torque compensation is added to the output of the rotor speed loop

which improves the electrical damping characteristics of the electromagnetic torque

relatively improves the parameter robustness of the power loop

and effectively reduces the risk of low-frequency oscillation of the drivetrain system of PS-DFIG system. Finally

the experimental verification is carried out on the hardware-in-loop platform of RT-LAB.

关键词

Keywords

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