Impact Analysis of Grid-forming Doubly-fed Induction Generator on Ultra-low Frequency Oscillation Characteristics in Power System

WANG Dong; TIAN Jun; HUANG Yunhui; ZHENG Wanning; DENG Xiangtian; ZHOU Keliang

doi:10.7500/AEPS20250417002

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Impact Analysis of Grid-forming Doubly-fed Induction Generator on Ultra-low Frequency Oscillation Characteristics in Power System

Basic Research | 更新时间：2026-02-28

- Impact Analysis of Grid-forming Doubly-fed Induction Generator on Ultra-low Frequency Oscillation Characteristics in Power System
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Issue 2, Pages: 146-155(2026)
- 作者机构：
  
  1.武汉理工大学自动化学院，湖北省武汉市 430070
  2.水路交通控制全国重点实验室，武汉理工大学，湖北省武汉市 430063
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52307217)
- DOI：10.7500/AEPS20250417002
  CLC：
- Received：17 April 2025，
  
  Revised：2025-08-19，
  
  Online First：30 October 2025，
  
  Published：25 January 2026
- 稿件说明：
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王栋,田军,黄云辉等.构网型双馈风机对电力系统超低频振荡特性的影响分析[J].电力系统自动化,2026,50(2):146-155.

WANG Dong,TIAN Jun,HUANG Yunhui,et al.Impact Analysis of Grid-forming Doubly-fed Induction Generator on Ultra-low Frequency Oscillation Characteristics in Power System[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(2):146-155.
王栋,田军,黄云辉等.构网型双馈风机对电力系统超低频振荡特性的影响分析[J].电力系统自动化,2026,50(2):146-155. DOI： 10.7500/AEPS20250417002.

WANG Dong,TIAN Jun,HUANG Yunhui,et al.Impact Analysis of Grid-forming Doubly-fed Induction Generator on Ultra-low Frequency Oscillation Characteristics in Power System[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(2):146-155. DOI： 10.7500/AEPS20250417002.

摘要

构网型风机主动支撑电网频率调节的同时，其与电网间的功频动态交互也可能对电力系统低频甚至超低频振荡产生影响。文中以风水联合系统为对象，研究含一次调频及虚拟惯量控制的构网型双馈风机对电力系统超低频振荡模式的影响机理。首先，考虑不同风速工作区对风机机电尺度环节进行线性化，推导了风机端口的简化功率-频率响应模型，并在此基础上建立风水联合系统的统一频率响应模型。基于该模型，应用复转矩系数法推导了风机附加同步、阻尼系数的解析表达式，分解分析了不同工况下风机虚拟惯量系数、桨距角控制、一次调频下垂系数等控制环节参数对超低频振荡模式频率、阻尼的影响规律。结果表明，风机虚拟惯量系数和一次调频下垂系数的增大，会显著削弱系统超低频振荡模式的阻尼，存在引发振荡失稳的风险。最后，通过改进的IEEE 3机9节点系统的时域仿真验证了理论分析的有效性。

Abstract

While grid-forming doubly-fed induction generators (DFIGs) actively support power grid frequency regulation

their power-frequency dynamic interactions with the power grid may also impact low-frequency or even ultra-low frequency oscillations in power systems. Using a wind power and hydropower combined system as the study case

this paper investigates the influence mechanism of grid-forming DFIGs with primary frequency regulation and virtual inertia control on ultra-low frequency oscillation modes in the power system. First

the electromechanical-scale components of wind turbines are linearized

accounting for various wind speed operating regions

and a simplified power-frequency response model at the wind turbine terminal is derived. Based on this model

a unified frequency response model for the wind power and hydropower combined system is then established. By using the complex torque coefficient method

analytical expressions of the additional synchronization and damping coefficients of the wind turbine are derived. The influence rules of control parameters

including the virtual inertia coefficient

the pitch angle control

and the primary frequency regulation droop coefficient

on the frequency and damping characteristics of ultra-low frequency oscillation modes under various operating conditions are systematically analyzed. Results demonstrate that increasing the virtual inertia coefficient and primary frequency regulation droop coefficient significantly reduces damping of the ultra-low frequency oscillation mode of the system

potentially triggering oscillation instability. Finally

the time-domain simulation on a modified 3-machine 9-bus system validates the effectiveness of the theoretical analysis.

关键词

Keywords

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