构网型双馈风电机组机电耦合特性建模与轴系扭振分析

黄旭东; 胡彬; 赵志坚; 占领; 张震霄; 年珩

doi:10.7500/AEPS20241113002

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构网型双馈风电机组机电耦合特性建模与轴系扭振分析

学术研究 | 更新时间：2026-02-28

- 构网型双馈风电机组机电耦合特性建模与轴系扭振分析
- Modeling of Electromechanical Coupling Characteristics and Analysis of Shaft Oscillation for Grid-forming Doubly-fed Wind Turbine
- 电力系统自动化 2025年49卷第23期页码：68-76
- 作者机构：
  
  1.浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
  2.运达能源科技集团股份有限公司，浙江省杭州市 310012
- 作者简介：
  
  黄旭东(1997—)，男，博士研究生，主要研究方向：新能源并网稳定性分析。E-mail：12310034@zju.edu.cn
  胡彬(1996—)，男，通信作者，博士，主要研究方向：新能源并网稳定性分析。E-mail：11810031@zju.edu.cn
  赵志坚(1986—)，男，硕士，主要研究方向：风电电气工程。E-mail：zhaozhijian1226@126.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金杰出青年基金资助项目(52325702);浙江省自然科学基金资助项目(LMS25E070001);中国博士后科学基金第17批特别资助项目(2024T170766)
- DOI：10.7500/AEPS20241113002
  中图分类号：
- 收稿：2024-11-13，
  
  修回：2025-04-06，
  
  网络首发：2025-10-24，
  
  纸质出版：2025-12-10
- 稿件说明：
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黄旭东,胡彬,赵志坚等.构网型双馈风电机组机电耦合特性建模与轴系扭振分析[J].电力系统自动化,2025,49(23):68-76.

HUANG Xudong,HU Bin,ZHAO Zhijian,et al.Modeling of Electromechanical Coupling Characteristics and Analysis of Shaft Oscillation for Grid-forming Doubly-fed Wind Turbine[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(23):68-76.
黄旭东,胡彬,赵志坚等.构网型双馈风电机组机电耦合特性建模与轴系扭振分析[J].电力系统自动化,2025,49(23):68-76. DOI： 10.7500/AEPS20241113002.

HUANG Xudong,HU Bin,ZHAO Zhijian,et al.Modeling of Electromechanical Coupling Characteristics and Analysis of Shaft Oscillation for Grid-forming Doubly-fed Wind Turbine[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(23):68-76. DOI： 10.7500/AEPS20241113002.

摘要

采用构网(GFM)控制的双馈风电机组（GFM-DFIG)可以为弱电网提供主动支撑能力。然而，GFM控制会加剧机组机械结构与电网频率之间的耦合作用，增加轴系扭振的风险。目前，针对GFM-DFIG进行机电耦合特性建模时一方面没有考虑运行区域的影响，而运行区域的变化会直接影响有功指令，导致出现轴系扭振；另一方面，建模时通常忽略电流内环对转子电压的调节作用，而转子电压又会受到电流环和转速环的共同影响，改变轴系扭振的阻尼特性。为此，建立了电磁转矩和转速差的小信号模型，揭示了GFM控制参数、运行区域以及电流环参数对轴系阻尼的作用规律。分析结果表明，当GFM-DFIG切换运行区域时，会引发轴系扭振，仅调整GFM控制参数难以解决该问题，而通过优化电流环带宽，可以有效降低运行区域切换过程中轴系扭振的风险。最后，在硬件在环平台进行了实验验证。

Abstract

The doubly-fed wind turbine with grid-forming (GFM) control (GFM-DFIG) can provide active support capability for weak grids. However

GFM control will exacerbate the coupling effect between the mechanical structure of the doubly-fed wind turbine and the grid frequency

increasing the risk of shaft oscillation. At present

when modeling the electromechanical coupling characteristics of GFM-DFIG

on one hand

the influence of the operation region is not considered

and changes in the operation region will directly affect the active power command

resulting in shaft oscillation. On the other hand

when modeling

the regulation effect of the current inner loop on the rotor voltage is usually ignored

and the rotor voltage is affected by both the current loop and the speed loop

which changes the damping characteristics of the shaft oscillation. Therefore

this paper establishes a small-signal model of electromagnetic torque and speed difference

revealing the effects of GFM control parameters

operation region

and current loop parameters on shaft damping. The analysis results indicate that when GFM-DFIG switches operation regions

it will cause shaft oscillation

simply adjusting the GFM control parameters is difficult to solve this problem. Optimizing the current loop bandwidth can effectively reduce the risk of shaft oscillation during the operation region switching process. Finally

the experimental verification is conducted on the hardware-in-the-loop testing platform.

关键词

Keywords

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