Grid-connection Stability Domain Analysis for Wind Farms with Hybrid Direct-drive Grid-forming and Grid-following Wind Turbines

GOU Shaoyun; GUO Chunyi

doi:10.7500/AEPS20240407009

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Grid-connection Stability Domain Analysis for Wind Farms with Hybrid Direct-drive Grid-forming and Grid-following Wind Turbines

Grid-forming Technology | 更新时间：2025-06-16

- Grid-connection Stability Domain Analysis for Wind Farms with Hybrid Direct-drive Grid-forming and Grid-following Wind Turbines
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 2, Pages: 73-83(2025)
- 作者机构：
  
  新能源电力系统全国重点实验室（华北电力大学），北京市 102206
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52277093)
- DOI：10.7500/AEPS20240407009
  CLC：
- Received：07 April 2024，
  
  Revised：2024-08-26，
  
  Published Online：29 September 2024，
  
  Published：25 January 2025
- 稿件说明：
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苟少云,郭春义.构网型与跟网型混合直驱风电场并网稳定域分析[J].电力系统自动化,2025,49(2):73-83.

GOU Shaoyun,GUO Chunyi.Grid-connection Stability Domain Analysis for Wind Farms with Hybrid Direct-drive Grid-forming and Grid-following Wind Turbines[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(2):73-83.
苟少云,郭春义.构网型与跟网型混合直驱风电场并网稳定域分析[J].电力系统自动化,2025,49(2):73-83. DOI： 10.7500/AEPS20240407009.

GOU Shaoyun,GUO Chunyi.Grid-connection Stability Domain Analysis for Wind Farms with Hybrid Direct-drive Grid-forming and Grid-following Wind Turbines[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(2):73-83. DOI： 10.7500/AEPS20240407009.

摘要

传统跟网型(GFL)风机并入弱交流电网时存在小信号失稳风险，而构网型(GFM)机组可在一定程度上提升系统的稳定裕度，这将促使未来出现构网型风机与跟网型风机混合的风电场。然而，跟网型与构网型风机的占比不同时，混合风电场的稳定域如何变化值得深入探索。首先，文中建立了跟网型与构网型混合直驱风电场并网系统的详细数学模型，提出了综合考虑稳态运行约束条件和小信号稳定性约束条件的系统并网稳定域计算方法，定量评估了混合直驱风电场在多维约束下的并网稳定运行域。然后，得到了特定风电场出力下混合直驱风电场在不同GFM风机占比时的电网短路比(SCR)可行范围，并进一步探究了风电场出力及风机至公共连接点(PCC)集电线路长度变化时，混合直驱风电场并网稳定域的变化趋势。最后，通过PSCAD/EMTDC下的电磁暂态仿真，验证了所得混合直驱风电场并网稳定域的准确性。

Abstract

When traditional grid-following (GFL) wind turbines are integrated into weak AC grids

there is a risk of small-signal instability. In contrast

grid-forming (GFM) wind turbines can enhance the system stability margin to some extent

which may lead to the emergence of hybrid wind farms with a mixture of GFL and GFM wind turbines in the future. However

when the proportions of GFL and GFM wind turbines are different

it is worth exploring how the stability domain of hybrid wind farms changes. First

a detailed mathematical model is established for the grid-connection system of wind farms with hybrid direct-drive GFL and GFM wind turbines. A method for calculating the system grid-connection stability domain is proposed

which comprehensively considers both the steady-state operation constraints and the small-signal stability constraints

and the grid-connection stability operation domain of the hybrid direct-drive wind farms under multi-dimensional constraints is quantitatively evaluated. Then

feasible ranges of grid short-circuit ratio (SCR) for the hybrid direct-drive wind farm under varying proportions of GFM wind turbines are determined at specific wind farm power outputs. Furthermore

when the output of wind farms and the length of collector line from wind turbines to the point of common coupling (PCC) vary

the trend of changes in the grid-connection stability domain of the hybrid direct-drive wind farms is explored. Finally

the accuracy of the obtained grid-connection stability domain of the hybrid direct-drive wind farms is verified through electromagnetic transient simulations in PSCAD/EMTDC.

关键词

Keywords

references

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