Generic Electromagnetic Transient Modeling for Fault Ride-through of Doubly-fed Wind Turbines Based on Power Outer-loop Control

ZHU Darui; CHENG Jiakang; DUAN Jiandong; CHEN Jie; DENG Jun

doi:10.7500/AEPS20241102001

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Generic Electromagnetic Transient Modeling for Fault Ride-through of Doubly-fed Wind Turbines Based on Power Outer-loop Control

Engineering Application | 更新时间：2026-02-28

- Generic Electromagnetic Transient Modeling for Fault Ride-through of Doubly-fed Wind Turbines Based on Power Outer-loop Control
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Issue 2, Pages: 197-207(2026)
- 作者机构：
  
  1.西安理工大学电气工程学院，陕西省西安市 710048
  2.国网陕西省电力有限公司电力科学研究院，陕西省西安市 710100
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(U2106218);Scientific Research Program Funded by Education Department of Shaanxi Provincial Government(24JP129);State Grid Corporation of China(5226KY220013)
- DOI：10.7500/AEPS20241102001
  CLC：
- Received：02 November 2024，
  
  Revised：2025-04-08，
  
  Online First：14 August 2025，
  
  Published：25 January 2026
- 稿件说明：
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朱大锐,程嘉康,段建东等.基于功率外环控制的双馈风电机组故障穿越通用电磁暂态建模[J].电力系统自动化,2026,50(2):197-207.

ZHU Darui,CHENG Jiakang,DUAN Jiandong,et al.Generic Electromagnetic Transient Modeling for Fault Ride-through of Doubly-fed Wind Turbines Based on Power Outer-loop Control[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(2):197-207.
朱大锐,程嘉康,段建东等.基于功率外环控制的双馈风电机组故障穿越通用电磁暂态建模[J].电力系统自动化,2026,50(2):197-207. DOI： 10.7500/AEPS20241102001.

ZHU Darui,CHENG Jiakang,DUAN Jiandong,et al.Generic Electromagnetic Transient Modeling for Fault Ride-through of Doubly-fed Wind Turbines Based on Power Outer-loop Control[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(2):197-207. DOI： 10.7500/AEPS20241102001.

摘要

当前风机厂家众多，控制逻辑各有差异，且多是控制结构未知的封装模型，模型应用存在较大局限性。而风电并网系统稳定性研究需要能准确反映实际风电机组各种典型故障穿越全过程响应特性的电磁暂态模型。为了解决此问题，对大量风机厂家封装模型进行故障穿越特性测试，分析测试数据并提出适用于对称、不对称故障的低、高电压穿越分阶段的全过程通用响应曲线，通过设计的每阶段转子侧、网侧功率外环参考值表达式并修改外环有功功率和无功功率参考值及控制参数，可便捷模拟不同厂家风机从故障发生到响应恢复的全过程。通过与主流厂家两种封装模型测试数据对比及误差计算分析，验证了所提建模方法对全部故障工况的适应性及通用性。

Abstract

Currently

there are numerous wind turbine manufacturers with different control logics

and most of wind turbines are packaged models with unknown control structures. The application of these models has significant limitations. However

the stability study of grid-connected wind power system requires electromagnetic transient models that can accurately reflect the response characteristics of wind turbines during various typical fault ride-through processes. To address this issue

this paper tests the fault ride-through characteristics of a large number of packaged models from various wind turbine manufacturers

analyzes the test data

and proposes whole-process universal response curves of low and high voltage ride-through for both symmetric and asymmetric faults in multiple stages. By designing reference expressions for the outer-loop power control at the rotor and grid sides for each stage

and modifying the reference values for active and reactive power along with the control parameters

the entire fault response and recovery process of various wind turbines for manufacturers can be conveniently simulated. By comparing the test data of two packaged models with mainstream manufacturers and analyzing the error calculation

the adaptability and universality of the proposed modeling method for all fault conditions are verified.

关键词

Keywords

references

张智刚，康重庆 . 碳中和目标下构建新型电力系统的挑战与展望［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 8 ）： 2806 - 2819 .

ZHANG Zhigang ， KANG Chongqing . Challenges and prospects for constructing the new-type power system towards a carbon neutrality future ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 8 ）： 2806 - 2819 .

周佩朋，孙华东，项祖涛，等 . 大规模电力系统仿真用新能源场站模型结构及建模方法研究（三）：电磁暂态模型［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 8 ）： 2990 - 3000 .

ZHOU Peipeng ， SUN Huadong ， XIANG Zutao ， et al . Research on the structure and modeling method of new energy station models for large scale power system simulation（Ⅲ）： electromagnetic transient model ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 8 ）： 2990 - 3000 .

年珩，程鹏，贺益康 . 故障电网下双馈风电系统运行技术研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 16 ）： 4184 - 4197 .

NIAN Heng ， CHENG Peng ， HE Yikang . Review on operation techniques for DFIG-based wind energy conversion systems under network faults ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 16 ）： 4184 - 4197 .

周海强，崔晓丹，许剑冰，等 . 计及低电压穿越及故障全过程动态的双馈风电场等值方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 6 ）： 216 - 225 .

ZHOU Haiqiang ， CUI Xiaodan ， XU Jianbing ， et al . Equivalent method of DFIG-based wind farm considering low voltage ride-through and dynamics of entire fault process ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 6 ）： 216 - 225 .

焦浩然，金萧，许国东，等 . 暂态谐波电网下双馈风力发电机建模与控制技术［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 3 ）： 82 - 92 .

JIAO Haoran ， JIN Xiao ， XU Guodong ， et al . Modeling and control technology of doubly-fed induction generator based wind turbine in power grid with transient harmonic ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 3 ）： 82 - 92 .

江艺宝，于佳乐，赵浩然，等 . 新型电力系统电磁暂态并行仿真关键技术及展望［J］. 高电压技术， 2024 ， 50 （ 7 ）： 3145 - 3160 .

JIANG Yibao ， YU Jiale ， ZHAO Haoran ， et al . Key technology and prospect of parallel simulation of electromagnetic transient in new power system ［J］. High Voltage Engineering ， 2024 ， 50 （ 7 ）： 3145 - 3160 .

穆世霞，侯俊贤，王虹富，等 . 双馈风力发电机组快速电磁暂态仿真模型［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 9 ）： 147 - 153 .

MU Shixia ， HOU Junxian ， WANG Hongfu ， et al . Fast electromagnetic transient simulation model of doubly-fed induction generator based wind turbine ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 9 ）： 147 - 153 .

Wind turbines-part 27-1：electrical simulation models-wind turbines ： IEC 61400-27-1： 2015 ［S］. Geneva， Switzerland ： IEC ， 2015 .

Wind energy generation systems-part 27-2：electrical simulation models-model validation ： IEC 61400-27-2： 2020 ［S］. Geneva， Switzerland ： IEC ， 2020 .

WECC Renewable Energy Modeling Task Force . WECC second generation of wind turbine models guidelines ［R］. Palo Alto， USA ： EPRI ， 2014 .

TRILLA L ， GOMIS-BELLMUNT O ， JUNYENT-FERRE A ， et al . Modeling and validation of DFIG 3-MW wind turbine using field test data of balanced and unbalanced voltage sags ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2011 ， 2 （ 4 ）： 509 - 519 .

潘学萍，鞠平，吴峰，等 . 双馈风电机组模型结构讨论［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 5 ）： 7 - 14 .

PAN Xueping ， JU Ping ， WU Feng ， et al . Discussion on model structure of DFIG-based wind turbines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 5 ）： 7 - 14 .

颜湘武，崔森，孙雪薇，等 . 双馈风力发电机组全运行工况与快速启动电磁暂态建模［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 4 ）： 1250 - 1260 .

YAN Xiangwu ， CUI Sen ， SUN Xuewei ， et al . Transient modeling of doubly-fed induction generator based wind turbine on full operation and rapid starting condition ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 4 ）： 1250 - 1260 .

朱益华，李卫星，李成翔，等 . 基于频域通用建模的双馈风电机组参数的一体化辨识方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 15 ）： 92 - 101 .

ZHU Yihua ， LI Weixing ， LI Chengxiang ， et al . Integrated identification method for parameters of doubly-fed wind turbines based on general modeling in frequency domain ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 15 ）： 92 - 101 .

李丹，秦世耀，李少林，等 . 基于混沌粒子群的双馈风电机组LVRT实测建模及暂态参数辨识［J］. 中国电力， 2024 ， 57 （ 8 ）： 75 - 84 .

LI Dan ， QIN Shiyao ， LI Shaolin ， et al . LVRT measurement modeling and transient parameter identification of doubly fed wind turbines based on chaotic particle swarm optimization ［J］. Electric Power ， 2024 ， 57 （ 8 ）： 75 - 84 .

崔森，郁舒雁 . 基于PSModel的海上风电场全电磁暂态建模与仿真［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 1 ）： 262 - 273 .

CUI Sen ， YU Shuyan . Full electromagnetic transient modeling and simulation of offshore wind farm based on PSModel ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 1 ）： 262 - 273 .

齐金玲，李卫星，晁璞璞，等 . 直驱风机故障穿越全过程的通用电磁暂态建模方法［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 4 ）： 1428 - 1443 .

QI Jinling ， LI Weixing ， CHAO Pupu ， et al . Generic electromagnetic transient modeling method for complete fault ride-through processes of direct-driven wind turbine generators ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 4 ）： 1428 - 1443 .

刘逸凡，邹明，王焱，等 . 面向海上风电仿真的永磁同步发电机电磁暂态等效建模方法［J］. 电工技术学报， 2024 ， 39 （ 8 ）： 2400 - 2411 .

LIU Yifan ， ZOU Ming ， WANG Yan ， et al . Electromagnetic transient equivalent modeling method of permanent magnet synchronous generator for offshore wind power simulation ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2024 ， 39 （ 8 ）： 2400 - 2411 .

LI W X ， CHAO P P ， LIANG X D ， et al . Modeling of complete fault ride-through processes for DFIG-based wind turbines ［J］. Renewable Energy ， 2018 ， 118 ： 1001 - 1014 .

ABUAISHA T S . General study of the control principles and dynamic fault behavior of variable-speed wind turbine and wind farm generic models ［J］. Renewable Energy ， 2014 ， 68 ： 245 - 254 .

中国机械工业联合会 . 风力发电机组故障电压穿越能力测试规程： GB/T 36995—2018 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2019 .

China Machinery Industry Federation . Wind turbines-test procedure of voltage fault ride through capability ： GB/T 36995—2018 ［S］. Beijing ： China Standard Press ， 2019 .

戚正浩，段建东，高桐，等 . 双馈风力发电机组变流器控制参数分步辨识方法［J］. 太阳能学报， 2024 ， 45 （ 5 ）： 18 - 26 .

QI Zhenghao ， DUAN Jiandong ， GAO Tong ， et al . Stepwise identification method of converter control parameters for doubly-fed induction generators ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2024 ， 45 （ 5 ）： 18 - 26 .

徐政 . 新型电力系统背景下电网强度的合理定义及其计算方法［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 10 ）： 3805 - 3819 .

XU Zheng . Reasonable definition and calculation method of power grid strength under the background of new type power systems ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 10 ）： 3805 - 3819 .

中国电力企业联合会 . 风电机组电气仿真模型验证规程：NB/T 31053—2021 ［S］. 北京：国家能源局， 2021 .

China Electricity Council . Code of practice for electrical simulation model validation of wind turbines： NB/T 31053—2021 ［S］. Beijing ： National Energy Administration ， 2021 .

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State Key Laboratory of HVDC (Electric Power Research Institute of China Southern Power Grid Company Limited)

National Energy Power Grid Technology Research and Development Centre

School of Electrical Engineering, Dalian University of Technology

School of Electrical and Information Engineering, Tianjin University

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