Analysis of Generator-Grid Coupling Characteristics and Stability for Direct-drive Wind Turbines with Different Control Strategies

RAO Yiming; LYU Jing; DAI Jinshui; WANG Han; CAI Xu

doi:10.7500/AEPS20230627009

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Analysis of Generator-Grid Coupling Characteristics and Stability for Direct-drive Wind Turbines with Different Control Strategies

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Analysis of Generator-Grid Coupling Characteristics and Stability for Direct-drive Wind Turbines with Different Control Strategies
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 4, Pages: 150-159(2024)
- 作者机构：
  
  电力传输与功率变换控制教育部重点实验室（上海交通大学），上海市 200240
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52277195)
- DOI：10.7500/AEPS20230627009
  CLC：
- Received：27 June 2023，
  
  Revised：2023-10-18，
  
  Published Online：25 December 2023，
  
  Published：25 February 2024
- 稿件说明：
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饶仪明,吕敬,戴金水等.不同控制策略下直驱风电机组的机网耦合特性及稳定性分析[J].电力系统自动化,2024,48(4):150-159.

RAO Yiming,LYU Jing,DAI Jinshui,et al.Analysis of Generator-Grid Coupling Characteristics and Stability for Direct-drive Wind Turbines with Different Control Strategies[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(4):150-159.
饶仪明,吕敬,戴金水等.不同控制策略下直驱风电机组的机网耦合特性及稳定性分析[J].电力系统自动化,2024,48(4):150-159. DOI： 10.7500/AEPS20230627009.

RAO Yiming,LYU Jing,DAI Jinshui,et al.Analysis of Generator-Grid Coupling Characteristics and Stability for Direct-drive Wind Turbines with Different Control Strategies[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(4):150-159. DOI： 10.7500/AEPS20230627009.

摘要

直驱风电机组与弱交流电网或柔性直流输电系统间相互作用易导致宽频振荡问题。现有研究普遍认为，直驱风电机组与交/直流电网间的交互特性主要取决于其网侧变流器，故通常忽略直驱风电机组的机侧系统动态。已有文献讨论传统矢量控制下机侧系统对直驱风电机组并网特性的影响，但针对不同控制策略下直驱风电机组的机网耦合特性尚缺少相关研究。文中针对4种典型控制策略下直驱风电机组的机网耦合特性进行比较研究。首先，推导并验证了直驱风电机组在不同控制策略下的详细阻抗模型；然后，基于机网耦合度指标对直驱风电机组的机网耦合特性进行对比分析，得出不同控制策略下机侧系统动态对直驱风电机组交流侧阻抗特性及并网稳定性的影响；最后，通过直驱风电机组并弱交流电网分析案例验证了理论分析的正确性。

Abstract

The interaction between the direct-drive wind turbines and the weak AC grid or flexible DC transmission system will easily lead to wideband oscillation events. It is generally believed that the interaction characteristics between direct-drive wind turbines and AC/DC power grids mainly depend on the grid-side converters

so the dynamics of the generator-side system of direct-drive wind turbines are usually ignored. There have been some literatures discussing the influence of the generator-side system under traditional vector control on the grid-connected characteristics of direct-drive wind turbines

but there is a lack of relevant research on the generator-grid coupling characteristics for direct-drive wind turbines with different control strategies. In this paper

the generator-grid coupling characteristics of direct-drive wind turbines with four typical control strategies are compared. First

the detailed impedance models of direct-drive wind turbines with different control strategies are derived and verified. Then

based on the generator-grid coupling degree index

the generator-grid coupling characteristics of direct-drive wind turbines are compared and analyzed

and the influence of generator-side system dynamics on AC impedance characteristics and grid-connected stability of direct-drive wind turbines with different control strategies is obtained. Finally

the correctness of the theoretical analysis is verified by the case analysis of direct-drive wind turbines connecting to weak AC power grid.

关键词

Keywords

references

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Low-frequency Oscillation Mechanism Analysis and Damping Compensation Control of Virtual Synchronous Direct-driven Wind Turbine Generators

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YAO Zenghui

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Key Laboratory of Control of Power Transmission and Conversion, Ministry of Education, (Shanghai Jiao Tong University)

Department of Electrical Engineering, Tsinghua University

State Grid Liaoning Electric Power Co., Ltd.

Polytechnic Institute, Zhejiang University

College of Electrical Engineering, Zhejiang University

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