Coordinated Control of Inertia Support for Offshore Wind Power Based on DRU-HVDC Transmission System

HUANG Baolong; ZHAO Jinbin; MAO Ling; PAN Chao; BIAN Xiaoyan

doi:10.7500/AEPS20240926011

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Coordinated Control of Inertia Support for Offshore Wind Power Based on DRU-HVDC Transmission System

Key Technologies for Offshore Wind Power System | 更新时间：2026-02-28

- Coordinated Control of Inertia Support for Offshore Wind Power Based on DRU-HVDC Transmission System
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Issue 4, Pages: 46-55(2026)
- 作者机构：
  
  1.上海电力大学电气工程学院，上海市 200090
  2.教育部海上风电技术工程研究中心（上海电力大学），上海市 200090
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52177184)
- DOI：10.7500/AEPS20240926011
  CLC：
- Received：26 September 2024，
  
  Revised：2025-01-15，
  
  Online First：09 December 2025，
  
  Published：25 February 2026
- 稿件说明：
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黄宝龙,赵晋斌,毛玲等.基于DRU-HVDC送出系统的海上风电惯量支撑协调控制[J].电力系统自动化,2026,50(4):46-55.

HUANG Baolong,ZHAO Jinbin,MAO Ling,et al.Coordinated Control of Inertia Support for Offshore Wind Power Based on DRU-HVDC Transmission System[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(4):46-55.
黄宝龙,赵晋斌,毛玲等.基于DRU-HVDC送出系统的海上风电惯量支撑协调控制[J].电力系统自动化,2026,50(4):46-55. DOI： 10.7500/AEPS20240926011.

HUANG Baolong,ZHAO Jinbin,MAO Ling,et al.Coordinated Control of Inertia Support for Offshore Wind Power Based on DRU-HVDC Transmission System[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(4):46-55. DOI： 10.7500/AEPS20240926011.

摘要

大规模海上风电场经二极管整流单元（DRU）的高压直流（HVDC）系统送出方案在经济技术方面具有显著优势。然而，深远海风电场因长距离通信设备成本以及通信延时的影响，难以及时获取受端电网频率变化信息并提供惯量支撑。因此，提出一种基于DRU换流站运行特性的快速低延时频率映射-还原方法，协调控制直流电容储能-风机转子动能参与惯量响应。首先，文中介绍了海上风电场经DRU-HVDC送出系统拓扑结构和稳态运行特性。然后，受端换流站采用虚拟惯量控制方式，将电网频率变化映射为直流电压变化，同时阐明DRU换流站运行时海上交流侧与直流侧电气量间耦合特性，风机仅需本地检测电压幅值和功率来还原电网频率信息，并依据还原后的频率信息依次协调控制释放直流电容能量-风机转子动能。最后，在PSCAD/EMTDC环境中搭建了海上风电场经DRU-HVDC送出系统的仿真模型，仿真结果验证了所提出的频率映射-还原方法和惯量响应协调控制方法的可行性，降低通信延时对系统惯量响应速度的影响，提升受端电网惯性水平。

Abstract

The high-voltage direct current (HVDC) system transmission scheme for large-scale offshore wind farms through diode rectifier units (DRUs) has significant advantages in economic and technological aspects. However

it is difficult for deep and remote offshore wind farms to timely obtain the frequency change information of the power grid at the receiving end and provide inertia support due to the cost of long-distance communication equipment and the influence of communication delay. Therefore

this paper proposes a fast and low-delay frequency mapping-restoration method based on the operation characteristics of DRU converter station

which coordinately controls DC capacitor energy storage-wind turbine rotor kinetic energy to participate in the inertia response. First

the topology and steady-state operation characteristics of the offshore wind farm via DRU-HVDC transmission system are introduced. Then

the virtual inertia control method is adopted in the converter station at the receiving end

which maps the grid frequency change into DC voltage change. At the same time

the coupling characteristics between the offshore AC-side and DC-side electrical variables are clarified during the operation of the DRU converter station The wind turbine only needs to locally detect the voltage amplitude and power to restore the grid frequency information

and then coordinately controls to release DC capacitor energy and wind turbine rotor kinetic energy based on the restored frequency information. Finally

the simulation model of offshore wind farm via DRU-HVDC transmission system is built in PSCAD/EMTDC environment

and the simulation results verify the feasibility of the proposed frequency mapping-restoration method and inertia response coordinated control method

which reduces the effect of communication delay on the system inertia response speed and improves the inertia level of the power grid at the receiving end.

关键词

Keywords

references

迟永宁，梁伟，张占奎，等 . 大规模海上风电输电与并网关键技术研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 14 ）： 3758 - 3771 .

CHI Yongning ， LIANG Wei ， ZHANG Zhankui ， et al . An overview on key technologies regarding power transmission and grid integration of large scale offshore wind power ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 14 ）： 3758 - 3771 .

谢晔源，袁庆伟，段军，等 . 具备黑启动和构网能力的远海风电经DRU-MMC送出方案［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 16 ）： 142 - 153 .

XIE Yeyuan ， YUAN Qingwei ， DUAN Jun ， et al . Remote offshore wind power transmission scheme based on diode rectifier unit and modular multilevel converter with black-start and grid-forming capability ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 16 ）： 142 - 153 .

叶柏贤，王学梅，刘航，等 . 海上风电-柔直与常规直流混合馈入系统谐振稳定性分析及优化［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 17 ）： 68 - 80 .

YE Baixian ， WANG Xuemei ， LIU Hang ， et al . Analysis and optimization of resonance stability for MMC-HVDC and LCC-HVDC hybrid infeed system of offshore wind power ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 17 ）： 68 - 80 .

宋伟宏，杨林刚，林磊，等 . 基于MMC-HVDC的海上风电柔直系统频率波动抑制技术［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 8 ）： 2760 - 2770 .

SONG Weihong ， YANG Lingang ， LIN Lei ， et al . Frequency fluctuation suppression technology of offshore wind power generation plants based on MMC-HVDC transmission ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 8 ）： 2760 - 2770 .

丁磊，尹善耀，王同晓，等 . 结合超速备用和模拟惯性的双馈风机频率控制策略［J］. 电网技术， 2015 ， 39 （ 9 ）： 2385 - 2391 .

DING Lei ， YIN Shanyao ， WANG Tongxiao ， et al . Integrated frequency control strategy of DFIGs based on virtual inertia and over-speed control ［J］. Power System Technology ， 2015 ， 39 （ 9 ）： 2385 - 2391 .

SABORÍO-ROMANO O ， BIDADFAR A ， SAKAMURI J N ， et al . Primary frequency response from offshore wind farms connected to HVDC via diode rectifiers ［C］// 2019 IEEE Milan PowerTech ， June 23-27 ， 2019 ， Milan， Italy ： 1 - 6 .

何廷一，孙领，王晨光，等 . 避免频率二次跌落的风电场一次调频功率分配方法［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 11 ）： 12 - 20 .

HE Tingyi ， SUN Ling ， WANG Chenguang ， et al . A method of primary frequency regulation power distribution in a wind farm to avoid secondary frequency drop ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 11 ）： 12 - 20 .

姚伟，熊永新，姚雅涵，等 . 海上风电柔直并网系统调频控制综述［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 10 ）： 3397 - 3413 .

YAO Wei ， XIONG Yongxin ， YAO Yahan ， et al . Review of voltage source converter-based high voltage direct current integrated offshore wind farm on providing frequency support control ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 10 ）： 3397 - 3413 .

LU Z X ， YE Y D ， QIAO Y . An adaptive frequency regulation method with grid-friendly restoration for VSC-HVDC integrated offshore wind farms ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 5 ）： 3582 - 3593 .

LIU H Z ， CHEN Z . Contribution of VSC-HVDC to frequency regulation of power systems with offshore wind generation ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2015 ， 30 （ 3 ）： 918 - 926 .

孙铭，徐飞，陈磊，等 . 利用转子动能的风机辅助频率控制最优策略［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 2 ）： 506 - 514 .

SUN Ming ， XU Fei ， CHEN Lei ， et al . Optimal auxiliary frequency control strategy of wind turbine generator utilizing rotor kinetic energy ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 2 ）： 506 - 514 .

李宇骏，杨勇，李颖毅，等 . 提高电力系统惯性水平的风电场和VSC-HVDC协同控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 34 ）： 6021 - 6031 .

LI Yujun ， YANG Yong ， LI Yingyi ， et al . Coordinated control of wind farms and VSC-HVDC to improve inertia level of power system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 34 ）： 6021 - 6031 .

蔡旭，杨仁炘，周剑桥，等 . 海上风电直流送出与并网技术综述［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 21 ）： 2 - 22 .

CAI Xu ， YANG Renxin ， ZHOU Jianqiao ， et al . Review on offshore wind power integration via DC transmission ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 21 ）： 2 - 22 .

LI Y J ， XU Z ， ØSTERGAARD J ， et al . Coordinated control strategies for offshore wind farm integration via VSC-HVDC for system frequency support ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2017 ， 32 （ 3 ）： 843 - 856 .

JUNYENT-FERR A ， PIPELZADEH Y ， GREEN T C . Blending HVDC-link energy storage and offshore wind turbine inertia for fast frequency response ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2015 ， 6 （ 3 ）： 1059 - 1066 .

MEHRABANKHOMARTASH M ， SAEEDIFARD M ， YAZDANI A . Adjustable wind farm frequency support through multi-terminal HVDC grids ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2021 ， 12 （ 2 ）： 1461 - 1472 .

KOU P ， LIANG D L ， WU Z H ， et al . Frequency support from a DC-grid offshore wind farm connected through an HVDC link： a communication-free approach ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2018 ， 33 （ 3 ）： 1297 - 1310 .

杨明扬，王晗，蔡旭，等 . 基于二极管分散整流的风电机组中压直流汇集直接送出系统［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 2 ）： 9 - 19 .

YANG Mingyang ， WANG Han ， CAI Xu ， et al . Medium-voltage DC collection and DC transmission system of wind turbines based on distributed diode rectifiers ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 2 ）： 9 - 19 .

朱介北，史美琦，索之闻，等 . 基于直流电压补偿的海上风电-多端柔直送出系统惯量协调控制［J］. 电网技术， 2024 ， 24 （ 47 ）： 1 - 14 .

ZHU Jiebei ， SHI Meiqi ， SUO Zhiwen ， et al . DC voltage compensation-based inertia coordinated control of VSC-MTDC integrated offshore wind farms ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 24 （ 47 ）： 1 - 14 .

俞露杰，付子玉，朱介北，等 . 远海风电DRU-HVDC送出系统构网控制与启动方法综述［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 24 ）： 63 - 79 .

YU Lujie ， FU Ziyu ， ZHU Jiebei ， et al . Review on grid-forming control and start-up method of diode-rectifier-unit based HVDC transmission system for remote offshore wind farm ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 24 ）： 63 - 79 .

SABORÍO-ROMANO O ， BIDADFAR A ， SAKAMURI J N ， et al . Communication-less frequency support from offshore wind farms connected to HVDC via diode rectifiers ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2021 ， 12 （ 1 ）： 441 - 450 .

ZHANG Z R ， JIN Y Q ， XU Z . Grid-forming control of wind turbines for diode rectifier unit based offshore wind farm integration ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2023 ， 38 （ 2 ）： 1341 - 1352 .

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