Physical Rotor Binding Method for Inertia Support of Grid-forming Permanent Magnet Wind Turbines

LI Qun; YIN Minghui; LIU Kunlong; CHEN Zaiyu; LI Qiang; ZOU Yun

doi:10.7500/AEPS20240711003

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Physical Rotor Binding Method for Inertia Support of Grid-forming Permanent Magnet Wind Turbines

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Physical Rotor Binding Method for Inertia Support of Grid-forming Permanent Magnet Wind Turbines
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 11, Pages: 91-101(2025)
- 作者机构：
  
  1.国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，江苏省南京市 211103
  2.南京理工大学自动化学院，江苏省南京市 210094
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Corporation of China(5108-202218280A-2-241-XG)
- DOI：10.7500/AEPS20240711003
  CLC：
- Received：11 July 2024，
  
  Revised：2024-12-07，
  
  Published Online：16 January 2025，
  
  Published：10 June 2025
- 稿件说明：
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李群,殷明慧,刘昆龙等.面向构网永磁风电机组惯量支撑的物理转子绑定方法[J].电力系统自动化,2025,49(11):91-101.

LI Qun,YIN Minghui,LIU Kunlong,et al.Physical Rotor Binding Method for Inertia Support of Grid-forming Permanent Magnet Wind Turbines[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(11):91-101.
李群,殷明慧,刘昆龙等.面向构网永磁风电机组惯量支撑的物理转子绑定方法[J].电力系统自动化,2025,49(11):91-101. DOI： 10.7500/AEPS20240711003.

LI Qun,YIN Minghui,LIU Kunlong,et al.Physical Rotor Binding Method for Inertia Support of Grid-forming Permanent Magnet Wind Turbines[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(11):91-101. DOI： 10.7500/AEPS20240711003.

摘要

对于构网风电机组，虚拟同步控制通过虚拟转子模拟同步发电机的运行原理，进而向电力系统提供惯量支撑。虽然虚拟转子转速与系统频率同步，但文中发现由于转子驱动功率的差异，永磁风电机组物理转子（风轮）实际上并不能经由虚拟转子与系统频率保持同步，使得构网风电机组在惯量支撑方面同样会出现跟网风电机组的问题，即不能向电力系统提供确定且持续的惯量支撑，特别表现在构网风电机组通常在系统频率达到极值点之前便提前结束惯量支撑。这将严重影响风电高占比电力系统的频率响应特性。为此，文中提出了非同步转子惯性时间系数的定义，并据此推导分析采用虚拟同步控制的构网风电机组惯性时间系数的时变特性。在此基础上，提出了面向构网风电机组的物理转子绑定方法，实现风电机组物理转子与系统频率步调一致的变化，使得构网风电机组能够向系统提供恒定的惯量支撑，进而改善风电高占比电力系统的频率响应特性。

Abstract

For grid-forming wind turbines (WTs)

virtual synchronous control provides inertia support to the power system by simulating the operation principle of synchronous generators through the virtual rotor. Although the virtual rotor speed is synchronized with the system frequency

it is found that due to differences in rotor driving power

the physical rotor (wind rotor) of permanent magnet WTs cannot actually maintain synchronization with the system frequency through the virtual rotor. As a result

grid-forming WTs also face the same problem as grid-following WTs

that is

it cannot provide definite and continuous inertia support to the power system. In particular

the inertia support of grid-forming WTs is usually terminated before the system frequency reaches the extreme point. This severely affects the frequency response characteristics of power system with high proportion of wind power. To address this issue

this paper proposes the definition of the non-synchronous rotor inertia time coefficient

under which the time-varying characteristics of the inertia time coefficient for grid-forming WTs using virtual synchronous control are analyzed. On this basis

a physical rotor binding method is proposed for grid-forming WTs to achieve consistent changes between the physical rotor speed and the system frequency

enabling grid-forming WTs to provide constant inertia support to the system and improve the frequency response characteristics of power system with high proportion of wind power.

关键词

Keywords

references

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