基于开绕组电励磁同步电机接口的新能源并网系统下垂控制策略

毕家瑞; 刘纯; 孙丹; 张明远; 汪海蛟; 赵牧驰

doi:10.7500/AEPS20241230003

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基于开绕组电励磁同步电机接口的新能源并网系统下垂控制策略

研制与开发 | 更新时间：2025-09-25

- 基于开绕组电励磁同步电机接口的新能源并网系统下垂控制策略
- Droop Control Strategy of Renewable Energy Grid-connected System Based on Open-winding Wound Field Synchronous Motor Interface
- 电力系统自动化 2025年49卷第17期页码：176-185
- 作者机构：
  
  1.浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
  2.可再生能源并网全国重点实验室（中国电力科学研究院有限公司），北京市 100192
- 作者简介：
  
  毕家瑞(2001—)，男，硕士研究生，主要研究方向：新能源发电并网技术。E-mail：22310177@zju.edu.cn
  刘纯(1968—)，男，教授级高级工程师，主要研究方向：新能源并网分析及优化调度等。E-mail：liuchun@epri.sgcc.com.cn
  孙丹(1975—)，女，通信作者，教授，博士生导师，主要研究方向：新能源发电运行与控制技术。E-mail：sundan@zju.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(U23B20127)
- DOI：10.7500/AEPS20241230003
  中图分类号：
- 收稿日期：2024-12-30，
  
  修回日期：2025-04-27，
  
  网络出版日期：2025-06-16，
  
  纸质出版日期：2025-09-10
- 稿件说明：
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毕家瑞,刘纯,孙丹等.基于开绕组电励磁同步电机接口的新能源并网系统下垂控制策略[J].电力系统自动化,2025,49(17):176-185.

BI Jiarui,LIU Chun,SUN Dan,et al.Droop Control Strategy of Renewable Energy Grid-connected System Based on Open-winding Wound Field Synchronous Motor Interface[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(17):176-185.
毕家瑞,刘纯,孙丹等.基于开绕组电励磁同步电机接口的新能源并网系统下垂控制策略[J].电力系统自动化,2025,49(17):176-185. DOI： 10.7500/AEPS20241230003.

BI Jiarui,LIU Chun,SUN Dan,et al.Droop Control Strategy of Renewable Energy Grid-connected System Based on Open-winding Wound Field Synchronous Motor Interface[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(17):176-185. DOI： 10.7500/AEPS20241230003.

摘要

随着风电、光伏等新能源变流器接口电源的大规模接入，电网的等效惯量水平降低，稳定性问题愈发严重。为提高弱电网下系统的主动支撑能力，针对基于开绕组电励磁同步电机(OW-WFSM)接口的并网系统拓扑结构，分析了变流器、电机和电网三者矢量关系。根据所构建的系统电压矢量三角形，将OW-WFSM和变流器作为一个整体，提出了一种基于OW-WFSM接口的新能源并网系统新型下垂控制策略。所提策略根据功率因数角与变流器相位和幅值的矢量关系、视在功率与OW-WFSM内电势的矢量关系分别进行下垂控制，并在控制环中附加功率运行区间扩展环节，以实现新能源并网系统功率全范围稳定运行。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。

Abstract

With the large-scale integration of power sources from renewable energy converter interfaces such as wind power and photovoltaic power into the grid

the equivalent inertia level of the power grid decreases

and the stability issues have become increasingly serious. To enhance the active support capability of the system in weak power grids

for the structure of grid-connected system topology based on the open-winding wound field synchronous motor (OW-WFSM) interface

the vector relationship among the converter

the motor

and the grid is analyzed. Based on the constructed system voltage vector triangle

OW-WFSM and the converter are regarded as a whole

and a novel droop control strategy of renewable energy grid-connected system based on OW-WFSM interface is proposed. The proposed control strategy performs droop control according to the vector relationship between the power factor angle and the phase and amplitude of the converter

as well as the vector relationship between the apparent power and the internal potential within the OW-WFSM. An additional power operation range expansion section is added in the control loop to achieve stable operation of the power of the renewable energy grid-connected system over the entire power range. Simulation and experimental results have verified the effectiveness of the proposed control strategy.

关键词

Keywords

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