Analysis and Decoupling Suppression Strategy of Control Coupling Oscillation for Wind Farm Connected to Weak Grid

SUN Sujuan; HOU Kai; SUN Lixin; GUO Liang; KONG Xiangmei; QU Huixing

doi:10.7500/AEPS20240520006

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Analysis and Decoupling Suppression Strategy of Control Coupling Oscillation for Wind Farm Connected to Weak Grid

Basic Research | 更新时间：2025-07-14

- Analysis and Decoupling Suppression Strategy of Control Coupling Oscillation for Wind Farm Connected to Weak Grid
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 14, Pages: 54-64(2025)
- 作者机构：
  
  1.国电南瑞科技股份有限公司，江苏省南京市 211106
  2.国网电力科学研究院有限公司（南瑞集团有限公司），江苏省南京市 211106
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Corporation of China(4000-202318081A-1-1-ZN┫基金项目:)
- DOI：10.7500/AEPS20240520006
  CLC：
- Received：20 May 2024，
  
  Revised：2024-12-20，
  
  Published Online：21 May 2025，
  
  Published：25 July 2025
- 稿件说明：
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孙素娟,侯凯,孙立鑫等.风电场接入弱电网控制耦合振荡分析及解耦抑制策略[J].电力系统自动化,2025,49(14):54-64.

SUN Sujuan,HOU Kai,SUN Lixin,et al.Analysis and Decoupling Suppression Strategy of Control Coupling Oscillation for Wind Farm Connected to Weak Grid[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(14):54-64.
孙素娟,侯凯,孙立鑫等.风电场接入弱电网控制耦合振荡分析及解耦抑制策略[J].电力系统自动化,2025,49(14):54-64. DOI： 10.7500/AEPS20240520006.

SUN Sujuan,HOU Kai,SUN Lixin,et al.Analysis and Decoupling Suppression Strategy of Control Coupling Oscillation for Wind Farm Connected to Weak Grid[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(14):54-64. DOI： 10.7500/AEPS20240520006.

摘要

随着中国沙漠、戈壁和荒漠地区大型风电基地风电场的短路比持续降低，跟网型风电并网系统控制耦合引起的次同步振荡风险逐步增加，亟须深入分析系统控制耦合振荡原理，提出可适应极低短路比的抑制策略。文中基于直驱型风电场接入弱交流电网系统的传递函数，分析了各控制环节对系统稳定性的影响以及振荡分量的传播通路，揭示了控制环节带宽重叠引起系统滞后相角叠加效应导致控制耦合振荡的机理；然后，依据上述分析，提出了基于电源近端电压虚拟采样的控制解耦策略

该方法在锁相环和并网电压前馈环节阻断了振荡分量的传播，大幅减轻了滞后相角叠加效应

从根本上解决了控制耦合振荡问题

且避免了常规电流环陷波器阻断法难以兼顾动态性能和抑制效果的问题。验证结果表明：在风机接入点极低短路比下，所提方法可以快速有效地抑制振荡，并能适应不同的振荡频率，且不依赖于系统电感参数的准确性；控制器在环测试进一步验证了所提方法易于工程实现。

Abstract

As the short-circuit ratio (SCR) of wind farms in large wind power bases in deserts

Gobi

and arid areas in China continues to decrease

the risk of sub-synchronous oscillation (SSO) caused by control coupling of wind farms using grid-following control connected to a weak grid is gradually increasing. It is urgent to deeply analyze the principle of control coupling oscillation and propose suppression strategies that can adapt to the extremely low SCR. Based on the transfer function of the system when direct-drive wind power is connected to a weak AC power grid

this paper analyzes the impact of each control link on the system’s stability and the propagation path of the oscillation components

and reveals the mechanism that the overlapping bandwidth of control links causes a lagging phase angle superposition effect

leading to control coupling oscillations. Then

based on the above analysis

a control decoupling strategy based on virtual sampling of the near-source voltage is proposed. This method blocks the propagation of oscillation components in the phase-locked loop and grid-connected voltage feed-forward link

significantly reducing the cumulative effect of lagging phase angle

and fundamentally solving the problem of control coupling oscillation. And it also avoids the problem of traditional current loop notch filter blocking methods that are difficult to balance dynamic performance and suppression effect. The validation results indicate that the proposed method can quickly and effectively suppress oscillations under the extremely low SCR

adapt to different oscillation frequencies

and is independent on the accuracy of system inductance parameters. The controller-in-loop test has verified that the proposed method is easy to implement in engineering.

关键词

Keywords

references

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