Adaptive Suppression Method Against Sub-/Super-Synchronous Oscillations in Direct-drive Wind Power System Based on Flywheel Energy Storage

ZHANG Dan; XIE Xiaorong; ZHANG Qingtao; WANG Xi; YUAN Zhichang

doi:10.7500/AEPS20250223001

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Adaptive Suppression Method Against Sub-/Super-Synchronous Oscillations in Direct-drive Wind Power System Based on Flywheel Energy Storage

Basic Research | 更新时间：2026-02-28

- Adaptive Suppression Method Against Sub-/Super-Synchronous Oscillations in Direct-drive Wind Power System Based on Flywheel Energy Storage
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 22, Pages: 113-122(2025)
- 作者机构：
  
  1.上海海事大学物流科学与工程研究院，上海市 201306
  2.新型电力系统运行与控制全国重点实验室（清华大学），北京市 100084
  3.上海海事大学物流工程学院，上海市 201306
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(U22B20100)
- DOI：10.7500/AEPS20250223001
  CLC：
- Received：23 February 2025，
  
  Revised：2025-08-03，
  
  Online First：24 September 2025，
  
  Published：25 November 2025
- 稿件说明：
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张丹,谢小荣,张庆滔等.基于飞轮储能的直驱风电系统次/超同步振荡自适应抑制方法[J].电力系统自动化,2025,49(22):113-122.

ZHANG Dan,XIE Xiaorong,ZHANG Qingtao,et al.Adaptive Suppression Method Against Sub-/Super-Synchronous Oscillations in Direct-drive Wind Power System Based on Flywheel Energy Storage[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(22):113-122.
张丹,谢小荣,张庆滔等.基于飞轮储能的直驱风电系统次/超同步振荡自适应抑制方法[J].电力系统自动化,2025,49(22):113-122. DOI： 10.7500/AEPS20250223001.

ZHANG Dan,XIE Xiaorong,ZHANG Qingtao,et al.Adaptive Suppression Method Against Sub-/Super-Synchronous Oscillations in Direct-drive Wind Power System Based on Flywheel Energy Storage[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(22):113-122. DOI： 10.7500/AEPS20250223001.

摘要

直驱风电系统中机组与电网的多时间尺度交互易引发次/超同步振荡，须探索有效的抑制方法。飞轮储能具有功率动态响应快、单位时间充放电频次高等优点，能够提高系统阻尼特性，在次/超同步振荡抑制方面具有应用潜力。文中提出了一种基于飞轮储能的次/超同步振荡自适应阻尼抑制方法，设计次/超同步振荡自适应阻尼器(SSOAD)附加在飞轮储能网侧变流器，并利用飞轮储能快速吸收和释放能量的特点，实现次/超同步振荡的抑制。首先，提出了集“测量-辨识-控制”功能一体化的SSOAD整体架构。在此基础上，为了辨识出振荡模态的数目及各个模态的频率，设计了次/超同步振荡检测与辨识方法和自适应多通道阻尼器。然后，设计了飞轮储能系统控制策略，包括基于电流补偿的振荡抑制方法和充放电双向转换控制方法。最后，搭建了直驱风电系统仿真模型以验证所提SSOAD的可行性。结果表明，所设计的SSOAD不仅能够实现多振荡模式的实时辨识，还能够保证在多变运行条件下有效抑制次/超同步振荡。

Abstract

The multi-timescale interaction between wind turbines and the power grid in direct-drive wind power systems is prone to inducing sub-/super-synchronous oscillations

necessitating the exploration of effective suppression methods. Flywheel energy storage

with its advantages in fast dynamic power response and high charging/discharging frequency per unit time

can enhance system damping characteristics and holds potential for suppressing sub-/super-synchronous oscillations. This paper proposes an adaptive damping suppression method against sub-/super-synchronous oscillations based on flywheel energy storage. A sub-/super-synchronous oscillation adaptive damper (SSOAD) is designed and integrated into the grid-side converter of the flywheel energy storage system

leveraging its capability to rapidly absorb and release energy to achieve sub-/super-synchronous oscillation suppression. First

an overall architecture of SSOAD integrating “measurement-identification-control” functions is proposed. On this basis

a sub-/super-synchronous oscillation detection and identification method

along with an adaptive multi-channel damper

is designed to identify the number of oscillation modes and their respective frequencies. Then

a control strategy for the flywheel energy storage system is designed

including an oscillation suppression method based on current compensation and a bidirectional charging/discharging conversion control method. Finally

a simulation model of a direct-drive wind power system is built to validate the feasibility of the proposed SSOAD. The results demonstrate that the designed SSOAD not only enables real-time identification of multiple oscillation modes

but also ensures effective suppression of sub-/super-synchronous oscillations under varying operation conditions.

关键词

Keywords

references

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