Optimization Strategy for Rotor-side Converter of Grid-forming DFIG-based Wind Turbines Under Unbalanced Weak Grid

XU Shang; XIE Zhen; YANG Shuxin; LI Mengjie; YANG Shuying; ZHANG Xing

doi:10.7500/AEPS20240513004

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Optimization Strategy for Rotor-side Converter of Grid-forming DFIG-based Wind Turbines Under Unbalanced Weak Grid

Special Topic on Stable Operation and DC Transmission Technology for Large-Scale Renewable Energy Bases | 更新时间：2025-06-16

- Optimization Strategy for Rotor-side Converter of Grid-forming DFIG-based Wind Turbines Under Unbalanced Weak Grid
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 7, Pages: 35-45(2025)
- 作者机构：
  
  1.合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽省合肥市 230009
  2.国网安徽省电力有限公司培训中心，安徽省合肥市 230011
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52377177)
- DOI：10.7500/AEPS20240513004
  CLC：
- Received：13 May 2024，
  
  Revised：2024-09-26，
  
  Published Online：05 December 2024，
  
  Published：10 April 2025
- 稿件说明：
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徐上,谢震,杨曙昕等.不平衡弱电网下构网型双馈风电机组转子侧变流器优化策略[J].电力系统自动化,2025,49(7):35-45.

XU Shang,XIE Zhen,YANG Shuxin,et al.Optimization Strategy for Rotor-side Converter of Grid-forming DFIG-based Wind Turbines Under Unbalanced Weak Grid[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(7):35-45.
徐上,谢震,杨曙昕等.不平衡弱电网下构网型双馈风电机组转子侧变流器优化策略[J].电力系统自动化,2025,49(7):35-45. DOI： 10.7500/AEPS20240513004.

XU Shang,XIE Zhen,YANG Shuxin,et al.Optimization Strategy for Rotor-side Converter of Grid-forming DFIG-based Wind Turbines Under Unbalanced Weak Grid[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(7):35-45. DOI： 10.7500/AEPS20240513004.

摘要

双馈风电机组在不平衡电网下运行时，系统存在正、负序通路，而随着电网强度减弱，机网耦合加剧，不平衡定子电压的扰动将影响系统正常运行。为研究弱电网下双馈风电机组不平衡运行以及稳定机理，首先，构建了构网型双馈风电机组小信号状态空间模型，基于系统模型对正、负序转子电流控制进行稳定性及不平衡度分析。然后，提出基于自适应虚拟阻抗的优化控制策略，以实现弱电网下对不平衡定子电压、电流的协同补偿，并通过理论分析证明了所提策略有效提高了不平衡弱电网下双馈风电机组的稳定性。最后，通过硬件在环实验平台验证了所提优化策略的有效性。

Abstract

When doubly-fed induction generator (DFIG)-based wind turbines operate under an unbalanced power grid

the system has positive- and negative-sequence paths. With the weakening of power grid strength

the coupling between the turbine and the grid intensifies

and disturbances in unbalanced stator voltage will affect the normal operation of the system. In order to study the unbalanced operation and stability mechanism of doubly-fed wind turbine units under a weak grid

first

a small-signal state-space model of DFIG-based wind turbines is constructed

and the stability and unbalanced degree of positive- and negative-sequence rotor current control are analyzed based on the system model. Then

the optimal control strategy based on adaptive virtual impedance is proposed to realize the cooperative compensation for the unbalanced stator voltage and current under the weak grid. The theoretical analysis proves that the proposed strategy effectively improves the stability of the DFIG-based wind turbines under the unbalanced weak grid. Finally

through the hardware-in-the-loop experiment platform

the effectiveness of the proposed optimization strategy is verified.

关键词

Keywords

references

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