Branch Energy Criterion for Transient Synchronization Stability of Grid-connected System with Grid-following Direct-drive Permanent Magnet Synchronous Generator

LIU Cheng; WANG Yingyue; ZHANG Yuchi; CAI Guowei; CAO Zhichong

doi:10.7500/AEPS20240723003

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Branch Energy Criterion for Transient Synchronization Stability of Grid-connected System with Grid-following Direct-drive Permanent Magnet Synchronous Generator

Basic Research | 更新时间：2025-07-14

- Branch Energy Criterion for Transient Synchronization Stability of Grid-connected System with Grid-following Direct-drive Permanent Magnet Synchronous Generator
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 14, Pages: 22-30(2025)
- 作者机构：
  
  现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室（东北电力大学），吉林省吉林市 132012
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52377082)
- DOI：10.7500/AEPS20240723003
  CLC：
- Received：23 July 2024，
  
  Revised：2025-02-13，
  
  Published Online：15 April 2025，
  
  Published：25 July 2025
- 稿件说明：
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刘铖,王盈月,张宇驰等.跟网型直驱风机并网系统暂态同步稳定的支路能量判据[J].电力系统自动化,2025,49(14):22-30.

LIU Cheng,WANG Yingyue,ZHANG Yuchi,et al.Branch Energy Criterion for Transient Synchronization Stability of Grid-connected System with Grid-following Direct-drive Permanent Magnet Synchronous Generator[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(14):22-30.
刘铖,王盈月,张宇驰等.跟网型直驱风机并网系统暂态同步稳定的支路能量判据[J].电力系统自动化,2025,49(14):22-30. DOI： 10.7500/AEPS20240723003.

LIU Cheng,WANG Yingyue,ZHANG Yuchi,et al.Branch Energy Criterion for Transient Synchronization Stability of Grid-connected System with Grid-following Direct-drive Permanent Magnet Synchronous Generator[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(14):22-30. DOI： 10.7500/AEPS20240723003.

摘要

新能源机组的大规模并网导致电力系统的动态行为呈现复杂多变的特点，传统暂态同步稳定分析手段存在失效的风险，故障下跟网型直驱风机（GFL-PMSG）的暂态同步稳定问题日益突出，为此提出一种基于支路能量的GFL-PMSG并网系统暂态同步稳定性定量判别指标。首先，考虑GFL-PMSG中各控制环响应速度的差异构建了二阶非线性降阶模型，基于其降阶模型特性和线路电压的分布规律构建了GFL-PMSG并网系统支路能量函数。然后，分析了系统稳定和失稳下的支路能量分布特性差异，解析了系统参数对支路能量分布的影响。接着，定位了能够刻画系统稳定性的关键支路，并据此构建了基于网络信息的GFL-PMSG并网系统暂态同步稳定性定量判别指标。最后，通过仿真分析验证了所提稳定性判别指标的有效性。

Abstract

The large-scale integration of renewable energy units has led to complex dynamic behaviors in power systems. There is a risk of failure in traditional transient synchronization stability analysis methods. And the transient synchronization stability problem of grid-following direct-drive permanent magnet synchronous generator (GFL-PMSG) under faults is becoming increasingly prominent. To address this issue

this paper proposes a quantitative criterion for transient synchronization stability in GFL-PMSG grid-connected systems based on branch energy. First

considering the varying response speeds of control loops in GFL-PMSG

a second-order nonlinear reduced-order model is established. Based on the characteristics of this reduced-order model and the distribution pattern of line voltage

a branch energy function for the GFL-PMSG grid-connected system is constructed. Then

the differences in branch energy distribution between stable and unstable systems are analyzed

and the influence of system parameters on branch energy distribution is examined. Subsequently

the key branches that characterize system stability are identified

and a quantitative criterion of transient synchronization stability based on network information is developed. Finally

simulation analysis verifies the effectiveness of the proposed stability criterion.

关键词

Keywords

references

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