综合节点电压-支路电流的风电并网系统场内/场网振荡模式辨识

胡宸凤; 郭春义; 张加卿; 孟凡彬

doi:10.7500/AEPS20240816004

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综合节点电压-支路电流的风电并网系统场内/场网振荡模式辨识

学术研究 | 更新时间：2025-07-14

- 综合节点电压-支路电流的风电并网系统场内/场网振荡模式辨识
- Identification of Inside-wind-farm/Wind-farm-Grid Oscillation Modes for Wind Power Grid-connected System Combined Node Voltage and Branch Current
- 电力系统自动化 2025年49卷第14期页码：65-75
- 作者机构：
  
  新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），北京市 102206
- 作者简介：
  
  胡宸凤(2001—)，女，硕士研究生，主要研究方向：新能源并网稳定性分析。E-mail：18866777255@163.com
  郭春义(1984—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：直流输电系统的控制与稳定、新能源并网与稳定控制等。E-mail：chunyiguo@outlook.com
  张加卿(1998—)，女，博士研究生，主要研究方向：高压直流输电的稳定性分析。E-mail：zhangjiaqing1219@126.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金面上项目(52277093)
- DOI：10.7500/AEPS20240816004
  中图分类号：
- 收稿：2024-08-16，
  
  修回：2024-11-13，
  
  网络出版：2025-04-01，
  
  纸质出版：2025-07-25
- 稿件说明：
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胡宸凤,郭春义,张加卿等.综合节点电压-支路电流的风电并网系统场内/场网振荡模式辨识[J].电力系统自动化,2025,49(14):65-75.

HU Chenfeng,GUO Chunyi,ZHANG Jiaqing,et al.Identification of Inside-wind-farm/Wind-farm-Grid Oscillation Modes for Wind Power Grid-connected System Combined Node Voltage and Branch Current[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(14):65-75.
胡宸凤,郭春义,张加卿等.综合节点电压-支路电流的风电并网系统场内/场网振荡模式辨识[J].电力系统自动化,2025,49(14):65-75. DOI： 10.7500/AEPS20240816004.

HU Chenfeng,GUO Chunyi,ZHANG Jiaqing,et al.Identification of Inside-wind-farm/Wind-farm-Grid Oscillation Modes for Wind Power Grid-connected System Combined Node Voltage and Branch Current[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(14):65-75. DOI： 10.7500/AEPS20240816004.

摘要

风电并网系统存在场内/场网振荡模式，不同模式的激发条件、抑制方式不同，且场内振荡难以在广域系统中被监测，影响风电场的安全稳定运行。因此，有必要对风电场内机组间的交互作用进行分析，得到不同振荡模式的振荡特征，进而有效辨识场内/场网振荡模式，为风电并网系统的振荡抑制提供参考依据。文中基于风电场多机并网系统，采用频域阻抗模型对直驱风电并网系统场内/场网振荡模式进行了机理分析，发现常用的节点电压分析法在场内振荡模式的辨识上存在失效情况。然后，根据场内/场网振荡模式分析的结果，以振荡溯源定位思想为基础，提出了一种综合节点电压-支路电流振荡特征的场内/场网振荡模式辨识法，该方法可以对场内/场网振荡及存在场内/场网振荡风险的模式进行辨识。最后，基于辨识结果对相应振荡模式进行时域仿真，验证了上述辨识方式的有效性。

Abstract

The wind power grid-connected system has both inside-wind-farm/wind-farm-grid oscillation modes

The excitation conditions and suppression methods of different modes are different

and the inside-wind-farm oscillation is difficult to monitor in the wide-area system

which affects the safe and stable operation of the wind farm. Therefore

it is necessary to analyze the interaction between wind turbines in the wind farm

then obtain the oscillation characteristics of various oscillation modes and effectively identify the inside-wind-farm/wind-farm-grid oscillation modes

which provides a reference for oscillation suppression in the wind power grid-connected system. Based on the grid-connected system of multiple units in the wind farm

the frequency-domain impedance model is used to analyze the mechanism of inside-wind-farm/wind-farm-grid oscillation modes for the direct-drive wind power grid-connected system. It is found that the traditional node voltage analysis method may fail in the identification of the inside-wind-farm oscillation mode. Then

according to the results of the inside-wind-farm/wind-farm-grid oscillation mode analysis

based on the idea of oscillation source location

a mode identification method is proposed considering the oscillation characteristics of node voltage and branch current. This method can identify the inside-wind-farm/wind-farm-grid oscillation and the modes with the risk of inside-wind-farm/wind-farm-grid oscillation. Finally

based on the results of the identification

the time-domain simulation of the corresponding oscillation mode is carried out

and the effectiveness of the identification method is verified.

关键词

Keywords

references

SHAIR J ， LI H Z ， HU J B ， et al . Power system stability issues， classifications and research prospects in the context of high-penetration of renewables and power electronics ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2021 ， 145 ： 111111 .

马宁宁，谢小荣，贺静波，等 . 高比例新能源和电力电子设备电力系统的宽频振荡研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4720 - 4732 .

MA Ningning ， XIE Xiaorong ， HE Jingbo ， et al . Review of wide-band oscillation in renewable and power electronics highly integrated power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4720 - 4732 .

LIU H K ， XIE X R ， HE J B ， et al . Subsynchronous interaction between direct-drive PMSG based wind farms and weak AC networks ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 6 ）： 4708 - 4720 .

孟凡彬，郭春义，张加卿，等 . 机组参数灰箱的风电场并网系统多层级振荡薄弱点在线辨识［J/OL］. 电力系统自动化［ 2025-04-02 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.tp.20241023.0959.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.tp.20241023.0959.002.html .

MENG Fanbin ， GUO Chunyi ， ZHANG Jiaqing ， et al . Identification of zone-link multi-level oscillation weak point online in wind farm AC grid with grey-box wind turbine parameters ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ［ 2025-04-02 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.tp.20241023.0959.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.tp.20241023.0959.002.html .

ZHAO S Q ， LI R ， GAO B F ， et al . Sub and super synchronous oscillations between type 4 wind turbines and series compensated AC transmission systems ［C］// 2018 IEEE Power & Energy Society General Meeting （PESGM）， August 5-10 ， 2018 ， Portland， USA .

XIE X R ， ZHANG X ， LIU H K ， et al . Characteristic analysis of subsynchronous resonance in practical wind farms connected to series-compensated transmissions ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2017 ， 32 （ 3 ）： 1117 - 1126 .

ALAWASA K M ， MOHAMED Y A R I ， XU W . Modeling， analysis， and suppression of the impact of full-scale wind-power converters on subsynchronous damping ［J］. IEEE Systems Journal ， 2013 ， 7 （ 4 ）： 700 - 712 .

郑泽天，沈沉，严鋆，等 . 直驱风电场多电压源型变流器控制耦合引发振荡的机理分析［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 17 ）： 14 - 26 .

ZHENG Zetian ， SHEN Chen ， YAN Jun ， et al . Mechanism analysis of oscillations induced by control coupling of voltage source converters in wind farms with direct-driven turbines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 17 ）： 14 - 26 .

AMIN M ， MOLINAS M ， LYU J . Oscillatory phenomena between wind farms and HVDC systems： the impact of control ［C］// 2015 IEEE 16th Workshop on Control and Modeling for Power Electronics （COMPEL）， July 12-15 ， 2015 ， Vancouver， Canada ： 1 - 8 .

谢小荣，刘华坤，贺静波，等 . 直驱风机风电场与交流电网相互作用引发次同步振荡的机理与特性分析［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 9 ）： 2366 - 2372 .

XIE Xiaorong ， LIU Huakun ， HE Jingbo ， et al . Mechanism and characteristics of subsynchronous oscillation caused by the interaction between full-converter wind turbines and AC systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 9 ）： 2366 - 2372 .

张明远，肖仕武，田恬，等 . 基于阻抗灵敏度的直驱风电场并网次同步振荡影响因素及参数调整分析［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 9 ）： 2768 - 2777 .

ZHANG Mingyuan ， XIAO Shiwu ， TIAN Tian ， et al . Analysis of SSO influencing factors and parameter adjustment for grid-connected full-converter wind farm based on impedance sensitivity ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 9 ）： 2768 - 2777 .

EBRAHIMZADEH E ， BLAABJERG F ， WANG X F ， et al . Harmonic stability and resonance analysis in large PMSG-based wind power plants ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2018 ， 9 （ 1 ）： 12 - 23 .

徐立光 . 直驱风场次同步振荡特性分析与抑制措施研究［D］. 北京：华北电力大学， 2023 .

XU Liguang . Analysis of synchronous oscillation characteristics of direct drive wind field and research on suppression measures ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2023 .

徐衍会，滕先浩 . 风电场内机群间次同步振荡相互作用［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 9 ）： 156 - 164 .

XU Yanhui ， TENG Xianhao . Interaction of sub-synchronous oscillation between wind turbine clusters in wind farm ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 9 ）： 156 - 164 .

纪宇辉 . 双馈风电场经VSC-HVDC并网系统场内/场网次同步振荡特性分析［D］. 北京：华北电力大学， 2022 .

JI Yuhui . Analysis of sub-synchronous oscillation characteristics of doubly-fed wind farm through VSC-HVDC grid-connected system ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2022 .

苏田宇，杜文娟，王海风 . 直驱风电场场网/场内振荡现象及抑制方法［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 2 ）： 417 - 428 .

SU Tianyu ， DU Wenjuan ， WANG Haifeng . Wind-farm-grid/inside-wind-farm oscillation phenomenon in PMSG-based wind farm and its suppression measures ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 2 ）： 417 - 428 .

邵冰冰，赵书强，高本锋，等 . 多直驱风机经VSC-HVDC并网系统场内/场网次同步振荡特性分析［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 12 ）： 3835 - 3847 .

SHAO Bingbing ， ZHAO Shuqiang ， GAO Benfeng ， et al . Inside-wind-farm/wind-farm-grid sub-synchronous oscillation characteristics analysis in multiple D-PMSGs interfaced with VSC-HVDC system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 12 ）： 3835 - 3847 .

龙鑫 . 直驱风电场并网系统场内/场网振荡模式分析［D］. 北京：华北电力大学， 2022 .

LONG Xin . Analysis of on-site/off-site oscillation mode of grid-connected system of direct-drive wind farm ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2022 .

占颖，吴琛，谢小荣，等 . 风电并网系统次同步振荡的频域模式分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 18 ）： 90 - 97 .

ZHAN Ying ， WU Chen ， XIE Xiaorong ， et al . Frequency domain modal analysis of subsynchronous oscillation in grid-connected wind power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 18 ）： 90 - 97 .

桑顺，张琛，蔡旭，等 . 计及内、外部交互模态的电压源型风电场-电网稳定性量化分析［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 7 ）： 2840 - 2853 .

SANG Shun ， ZHANG Chen ， CAI Xu ， et al . Quantitative analysis of the voltage-source-type wind farm-weak grid’s stability considering the internal and external interaction modes ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 7 ）： 2840 - 2853 .

马宁宁，谢小荣，亢朋朋，等 . 高比例风电并网系统次同步振荡的广域监测与分析［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 1 ）： 65 - 74 .

MA Ningning ， XIE Xiaorong ， KANG Pengpeng ， et al . Wide-area monitoring and analysis of subsynchronous oscillation in power systems with high-penetration of wind power ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 1 ）： 65 - 74 .

王杨，宋子宏，占颖，等 . 风电并网系统次同步振荡监测装置优化配置方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 13 ）： 141 - 150 .

WANG Yang ， SONG Zihong ， ZHAN Ying ， et al . Optimal placement method for subsynchronous oscillation monitoring devices in grid-connected wind power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 13 ）： 141 - 150 .

谢小荣，刘华坤，贺静波，等 . 新能源发电并网系统的小信号阻抗/导纳网络建模方法［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 12 ）： 26 - 32 .

XIE Xiaorong ， LIU Huakun ， HE Jingbo ， et al . Small-signal impedance/admittance network modeling for grid-connected renewable energy generation systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 12 ）： 26 - 32 .

袁小明，程时杰，胡家兵 . 电力电子化电力系统多尺度电压功角动态稳定问题［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 19 ）： 5145 - 5154 .

YUAN Xiaoming ， CHENG Shijie ， HU Jiabing . Multi-time scale voltage and power angle dynamics in power electronics dominated large power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 19 ）： 5145 - 5154 .

BALABANIAN N ， BICKART T A . Electrical network theory ［M］. New York， USA ： Wiley ， 1969 ： 393 - 394 .

占颖，谢小荣，王艳辉，等 . 计及模式可观度的阻抗网络聚合方法［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 6 ）： 2328 - 2334 .

ZHAN Ying ， XIE Xiaorong ， WANG Yanhui ， et al . Aggregation of impedance network model considering modal observability ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 6 ）： 2328 - 2334 .

王文山 . 带LCL滤波器的光伏并网逆变器研究［D］. 北京：华北电力大学， 2012 .

WANG Wenshan . Research on photovoltaic grid-connected inverter with LCL filter ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2012 .

ARRILLAGA J ， WATSON N R . Computer modelling of electrical power systems ［M］. New York， USA ： Wiley ， 2001 .

ZHANG C ， MOLINAS M ， RYGG A ， et al . Impedance-based analysis of interconnected power electronics systems： impedance network modeling and comparative studies of stability criteria ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2019 ， 8 （ 3 ）： 2520 - 2533 .

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