Large Disturbance Modeling and Stability Analysis for Grid-forming Wind Turbine Connected to Power Grid Through Diode Rectifier

YU Lujie; FU Ziyu; ZHU Jiebei; LI Xialin; WANG Zhiyuan; LI Rui

doi:10.7500/AEPS20240419004

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Large Disturbance Modeling and Stability Analysis for Grid-forming Wind Turbine Connected to Power Grid Through Diode Rectifier

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

- Large Disturbance Modeling and Stability Analysis for Grid-forming Wind Turbine Connected to Power Grid Through Diode Rectifier
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 2, Pages: 84-95(2025)
- 作者机构：
  
  1.天津大学电气自动化与信息工程学院，天津市 300072
  2.天津大学佐治亚理工深圳学院，广东省深圳市 518055
  3.哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江省哈尔滨市 150001
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52207132);Guangdong Basic and Applied Basic Research Foundation(2022A1515240055)
- DOI：10.7500/AEPS20240419004
  CLC：
- Received：19 April 2024，
  
  Revised：2024-06-25，
  
  Published Online：15 August 2024，
  
  Published：25 January 2025
- 稿件说明：
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俞露杰,付子玉,朱介北等.经二极管整流并网的构网型风机大扰动建模与稳定性分析[J].电力系统自动化,2025,49(2):84-95.

YU Lujie,FU Ziyu,ZHU Jiebei,et al.Large Disturbance Modeling and Stability Analysis for Grid-forming Wind Turbine Connected to Power Grid Through Diode Rectifier[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(2):84-95.
俞露杰,付子玉,朱介北等.经二极管整流并网的构网型风机大扰动建模与稳定性分析[J].电力系统自动化,2025,49(2):84-95. DOI： 10.7500/AEPS20240419004.

YU Lujie,FU Ziyu,ZHU Jiebei,et al.Large Disturbance Modeling and Stability Analysis for Grid-forming Wind Turbine Connected to Power Grid Through Diode Rectifier[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(2):84-95. DOI： 10.7500/AEPS20240419004.

摘要

二极管整流单元型高压直流(DRU-HVDC)送出系统因其经济性优势，在新能源基地直流送出领域具有良好的应用前景。然而，在当前构网型换流器的大扰动稳定性研究中，大多由大容量同步机或大电网支撑故障点的频率和相位，且查表式设定故障电流参考值，缺乏对构网型风机接入DRU-HVDC系统这类故障点频率由换流器控制主导且动态调整故障电流参考值系统的研究。为解决上述问题，首先，建立计及电流限幅和频率控制的高阶非线性微分方程模型；然后，推导故障后系统平衡点的解析表达式，并论证采用

轴优先的电流限幅策略和频率控制在保障大扰动后平衡点存在性方面的优势；最后，基于Takagi-Sugeno法构建Lyapunov函数并得到系统的估计吸引域，分析换流器关键控制参数对暂态稳定性的影响，并与PSCAD/EMTDC中仿真算例进行对比，以验证暂态稳定性分析的准确性。

Abstract

Due to economic advantages

diode-rectifier-unit based high-voltage direct current (DRU-HVDC) transmission system has a good application prospect in the field of DC transmission of the renewable energy base. However

most of current studies on the large disturbance stability of grid-forming converters rely on a large-capacity synchronous generator or a strong grid to support the frequency and phase of the fault point

and set the fault current reference value by a look-up table. There is a lack of research on the system where the fault point frequency of grid-forming wind turbines is controlled by the converter and the fault current reference value is dynamically adjusted in the DRU-HVDC system. In order to solve the above problems

first

a high-order nonlinear differential equation model considering current limitation and frequency control is established. Then

the analytical expression of the equilibrium point of the system after the fault is derived

and the advantages of

-axis priority current limiting strategy and frequency control in ensuring the existence of the equilibrium point after large disturbances are demonstrated. Finally

the Lyapunov function is constructed based on Takagi-Sugeno method and the estim

ated domain of attraction (EDA) for the system is obtained. The influence of the key control parameters of the converter on the transient stability is analyzed and compared with the simulation cases in PSCAD/EMTDC to verify the accuracy of the transient stability analysis.

关键词

Keywords

references

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