Practical Equivalent Method for Direct-drive Wind Farms Applicable to Frequency Response Analysis of Power Grids

ZHANG Lei; CHAO Pupu; JIN Yonglin; LIU Zhihui; LI Weixing; LI Zhimin

doi:10.7500/AEPS20240430004

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Practical Equivalent Method for Direct-drive Wind Farms Applicable to Frequency Response Analysis of Power Grids

Application Research | 更新时间：2025-07-14

- Practical Equivalent Method for Direct-drive Wind Farms Applicable to Frequency Response Analysis of Power Grids
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 14, Pages: 200-207(2025)
- 作者机构：
  
  1.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
  2.可再生能源并网全国重点实验室（中国电力科学研究院有限公司），北京市 100192
  3.大连理工大学电气工程学院，辽宁省大连市 116024
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(U22B20109)
- DOI：10.7500/AEPS20240430004
  CLC：
- Received：30 April 2024，
  
  Revised：2024-11-05，
  
  Published Online：24 December 2024，
  
  Published：25 July 2025
- 稿件说明：
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张磊,晁璞璞,金泳霖等.适用于电网频率响应分析的直驱型风电场实用化等值方法[J].电力系统自动化,2025,49(14):200-207.

ZHANG Lei,CHAO Pupu,JIN Yonglin,et al.Practical Equivalent Method for Direct-drive Wind Farms Applicable to Frequency Response Analysis of Power Grids[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(14):200-207.
张磊,晁璞璞,金泳霖等.适用于电网频率响应分析的直驱型风电场实用化等值方法[J].电力系统自动化,2025,49(14):200-207. DOI： 10.7500/AEPS20240430004.

ZHANG Lei,CHAO Pupu,JIN Yonglin,et al.Practical Equivalent Method for Direct-drive Wind Farms Applicable to Frequency Response Analysis of Power Grids[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(14):200-207. DOI： 10.7500/AEPS20240430004.

摘要

风电参与系统调频是提升新型电力系统频率安全稳定水平的重要途径之一。为了高效分析风电参与调频时系统的频率演化机理，亟须研究适用于电网频率响应特性分析的风电场聚合等值方法。文中建立了直驱型风电机组的通用调频控制模型，仿真分析了直驱型风电机组工作于不同运行点时的调频响应特性，发现处于不同风速区间内的同型号风电机组参与系统调频时具有显著的聚群特征，据此提出了适用于电网频率响应特性分析的直驱型风电场实用化等值方法。通过建立和对比某风电场的详细拓扑模型、文中所提等值模型、传统单机等值模型及两种典型多机等值模型在不同运行场景的调频响应特性，发现所提方法的等值性能明显优于其他等值方法，可以在保证计算速度的同时兼顾对详细场站频率响应特性的模拟精度，并且能较好地适应不同的风速和扰动场景。

Abstract

The participation of wind power in system frequency regulation is one of the important ways to enhance the frequency safety and stability level of the new power system. To efficiently analyze the frequency evolution mechanism of the system when wind power participates in frequency regulation

it is urgent to study the aggregation equivalent method of wind farms applicable to the frequency response characteristic analysis of power grids. This paper establishes a general frequency regulation control model for direct-drive wind turbines

and simulates and analyzes the frequency regulation response characteristics of direct-drive wind turbines operating at different operation points. It is found that wind turbines of the same model participating in system frequency regulation in different wind speed intervals have significant clustering characteristics. Based on this

a practical equivalent method for direct-drive wind farms applicable to the frequency response characteristic analysis of power grids is proposed. By establishing and comparing the detailed topological model of a wind farm

the equivalent model proposed in this paper

the traditional single-machine equivalent model

and two typical multi-machine equivalent models in different operation scenarios

it is found that the equivalent performance of the proposed method is significantly better than the other equivalent methods. It can ensure the calculation speed while maintaining the simulation accuracy of the detailed station frequency response characteristics

and can better adapt to different wind speeds and disturbance scenarios.

关键词

Keywords

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