基于圆环定理的风电场阻抗在线辨识及稳定性分析方法

丁晨; 王鹏; 赵浩然; 罗嘉; 吕佳瑞

doi:10.7500/AEPS20251229006

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于圆环定理的风电场阻抗在线辨识及稳定性分析方法

学术研究 | 更新时间：2026-11-04

- 基于圆环定理的风电场阻抗在线辨识及稳定性分析方法
- Online Impedance Identification and Stability Analysis Method for Wind Farm Based on Annulus Theorem
- 电力系统自动化 2026年50卷第21期页码：204-214
- 作者机构：
  
  1.山东大学电气工程学院，山东省济南市 250061
  2.国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，浙江省杭州市 310022
- 作者简介：
  
  丁晨(2002—)，男，硕士研究生，主要研究方向：风电建模、实时仿真、风电并网稳定分析。E-mail： 202434722@ mail.sdu.edu.cn
  王鹏(1988—)，男，通信作者，博士，主要研究方向：风电建模、实时仿真、风电并网稳定性分析。E-mail： p.wang@sdu.edu.cn
  赵浩然(1983—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：风力发电、综合能源。E-mail：hzhao@sdu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2023YFB4204400)
- DOI：10.7500/AEPS20251229006
  中图分类号：
- 收稿：2025-12-29，
  
  修回：2026-08-03，
  
  网络首发：2026-09-07，
  
  纸质出版：2026-11-10
- 稿件说明：
移动端阅览
丁晨,王鹏,赵浩然等.基于圆环定理的风电场阻抗在线辨识及稳定性分析方法[J].电力系统自动化,2026,50(21):204-214.

DING Chen,WANG Peng,ZHAO Haoran,et al.Online Impedance Identification and Stability Analysis Method for Wind Farm Based on Annulus Theorem[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(21):204-214.
丁晨,王鹏,赵浩然等.基于圆环定理的风电场阻抗在线辨识及稳定性分析方法[J].电力系统自动化,2026,50(21):204-214. DOI： 10.7500/AEPS20251229006.

DING Chen,WANG Peng,ZHAO Haoran,et al.Online Impedance Identification and Stability Analysis Method for Wind Farm Based on Annulus Theorem[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(21):204-214. DOI： 10.7500/AEPS20251229006.

摘要

由于风电机组运行状态快速时变，且机组结构和参数通常未知，亟须并网小扰动稳定在线分析方法来判别稳定性。文中提出基于分段仿射的阻抗在线构造方法和基于圆环定理的稳定性快速判定方法。在阻抗辨识方面，提出离线仿射建模和在线线性计算方法。采用聚合层次聚类算法对参数空间优化分区，在各分区内将阻抗表示为运行状态变量与复变量的一阶显式函数。仅需在线测量实时运行工作点，可快速定位参数分区并确定对应阻抗。在稳定判定方面，提出了基于圆环定理的特征根搜寻方法，可在线快速搜索主导振荡模态。所提方法利用特征方程系数判断特征根所在圆环的位置，避免了直接求解特征方程所带来的复杂计算。最后，通过算例分析，验证了所提方法具有较高的计算效率和精度，能够适用于风电机组的在线振荡稳定性分析。

Abstract

Due to the rapid time-varying operation status of wind turbines and the usual unknowns of unit structures and parameters

there is an urgent need for an online small-signal stability analysis method for grid connection to assess stability. This paper proposes an online impedance construction method based on piecewise affine and a fast stability judgment method based on annulus theorem. In terms of impedance identification

an off-line affine modeling and online linear calculation method is proposed. The agglomerative hierarchical clustering algorithm is used to optimally partition the parameter space

and within each partition

the impedance is expressed as a first-order explicit function of operation status variables and complex variables. It is only necessary to measure the real-time operation working point online to quickly locate the parameter partition and determine the corresponding impedance. In terms of stability judgment

an eigenvalue search method based on the annulus theorem is proposed

which can quickly search for the dominant oscillation mode online. The proposed method uses the coefficients of the characteristic equation to judge the position of the annulus where eigenvalues are located

avoiding the complex calculations caused by directly solving the characteristic equation. Through case study analysis

it is verified that the proposed method has high computational efficiency and accuracy

and can be applied to the online oscillation stability analysis of wind turbines.

关键词

Keywords

references

Global Wind Energy Council （GWEC） . Global wind report 2026 ［R］. Brussels ： Global Wind Energy Council ， 2026 .

杜程茂，杜雄，苏婧媛，等 . 定子电流控制的双馈风机导纳建模与次同步振荡风险分析［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 13 ）： 159 - 167 .

Du Chengmao ， Du Xiong ， Su Jingyuan ， et al . Admittance modeling and subsynchronous oscillation risk analysis of DFIG-based wind turbine with stator current control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 13 ）： 159 - 167 .

Fan L L ， Miao Z X . Time-domain measurement-based DQ -frame admittance model identification for inverter-based resources ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 3 ）： 2211 - 2221 .

王伟胜，李光辉，陈燕东，等 . 新能源发电宽频阻抗测量技术与装备综述［J］. 中国电机工程学报， 2025 ， 45 （ 18 ）： 7149 - 7166 .

Wang Weisheng ， Li Guanghui ， Chen Yandong ， et al . Review of broadband impedance measurement techniques and equipment for renewable energy generation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2025 ， 45 （ 18 ）： 7149 - 7166 .

陈亦平，曹玉磊，赵利刚，等 . 基于指数变换的电力系统不稳定特征值计算方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 3 ）： 161 - 168 .

Chen Yiping ， Cao Yulei ， Zhao Ligang ， et al . Calculation method for unstable eigenvalue of power system based on exponential transformation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 3 ）： 161 - 168 .

李晗，李萌，王垚鑫，等 . 考虑数据集误差下基于数据驱动的新能源设备多工况导纳获取方法［J］. 中国电机工程学报， 2025 ， 45 （ 3 ）： 948 - 959 .

Li Han ， Li Meng ， Wang Yaoxin ， et al . Multi-operating-point admittance acquisition of renewable equipment based on data-driven considering measurement error on datasets ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2025 ， 45 （ 3 ）： 948 - 959 .

Zhang M F ， Xu Q W ， Wang X F . Physics-informed neural network based online impedance identification of voltage source converters ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2023 ， 70 （ 4 ）： 3717 - 3728 .

王胜，冯兴明，周宇，等 . 基于BP神经网络预测的微网系统 dq 轴谐波阻抗的主动测量策略［J］. 电测与仪表， 2021 ， 58 （ 3 ）： 118 - 125 .

Wang Sheng ， Feng Xingming ， Zhou Yu ， et al . An active measurement strategy of dq -axis harmonic impedance in micro-grid system based on BP neural network prediction ［J］. Electrical Measurement & Instrumentation ， 2021 ， 58 （ 3 ）： 118 - 125 .

吴滨源，李建文，李永刚，等 . 基于知识和数据联合驱动的并网逆变器多工况阻抗获取方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 6 ）： 83 - 91 .

Wu Binyuan ， Li Jianwen ， Li Yonggang ， et al . Combined data-knowledge-driven impedance acquisition method for grid-connected inverter under multiple operation conditions ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 6 ）： 83 - 91 .

饶仪明，吕敬，王众，等 . 基于数据-模型融合驱动的新能源场站宽频阻抗在线辨识及稳定性评估［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 7 ）： 2670 - 2684 .

Rao Yiming ， Lü Jing ， Wang Zhong ， et al . Wideband impedance online identification and stability assessment of renewable power plants based on physics-informed data-driven method ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 7 ）： 2670 - 2684 .

Zhan Y ， Xie X R ， Liu H K ， et al . Frequency-domain modal analysis of the oscillatory stability of power systems with high-penetration renewables ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2019 ， 10 （ 3 ）： 1534 - 1543 .

Wang L G ， Xie X R ， Shair J ， et al . Frequency-domain admittance network model （FANM） based oscillatory stability analysis of hybrid AC-DC systems with MMCs ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2024 ， 39 （ 2 ）： 3444 - 3458 .

徐政 . 基于 s 域节点导纳矩阵的谐振稳定性分析方法［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 10 ）： 1 - 8 .

Xu Zheng . Resonance stability analysis method based on s -domain node admittance matrix ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 10 ）： 1 - 8 .

何君毅，周瑀涵，王康，等 . 主导模态保持的风电场站自适应等值方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 11 ）： 28 - 36 .

He Junyi ， Zhou Yuhan ， Wang Kang ， et al . Self-adaptive equivalence method for wind farm with maintained dominant mode ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 11 ）： 28 - 36 .

Qin S Y ， Wang P ， Li S L ， et al . Stability region assessment with mechanism-data driven equivalent impedance for wind power plant ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2024 ， 39 （ 8 ）： 9355 - 9366 .

周瑀涵，王冠中，王康，等 . 用于风电场小干扰稳定性分析的结构保持等值方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 19 ）： 133 - 140 .

Zhou Yuhan ， Wang Guanzhong ， Wang Kang ， et al . Structure-retained equivalent method for small signal stability analysis of wind farm ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 19 ）： 133 - 140 .

汪林光，谢小荣，许涛，等 . 基于聚合阻抗行列式对数导数计算的振荡稳定性分析方法［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 11 ）： 4254 - 4261 .

Wang Linguang ， Xie Xiaorong ， Xu Tao ， et al . Oscillatory stability analysis method based on the logarithmic derivative calculation of aggregated impedance determinant ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 11 ）： 4254 - 4261 .

张学广，邱望明，方冉，等 . 双馈风电机组静止坐标系下阻抗建模及次同步谐振抑制策略［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 6 ）： 41 - 48 .

Zhang Xueguang ， Qiu Wangming ， Fang Ran ， et al . Impedance modeling and sub-synchronous resonance mitigation strategy of DFIG based wind turbine in static reference frame ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 6 ）： 41 - 48 .

饶仪明，吕敬，戴金水，等 . 不同控制策略下直驱风电机组的机网耦合特性及稳定性分析［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 4 ）： 150 - 159 .

Rao Yiming ， Lü Jing ， Dai Jinshui ， et al . Analysis of generator-grid coupling characteristics and stability for direct-drive wind turbines with different control strategies ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 4 ）： 150 - 159 .

Steyaert B W ， Swint E ， Pennington W W ， et al . Piecewise affine modeling of wound-rotor synchronous machines for real-time motor control ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2023 ， 70 （ 6 ）： 5571 - 5580 .

Alassaf A ， Fan L L . Randomized dynamic mode decomposition for oscillation modal analysis ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 2 ）： 1399 - 1408 .

Kirby R C ， Siebenmann L C . Foundational essays on topological manifolds， smoothings， and triangulations. （AM-88）［M］. Princeton ： Princeton University Press ， 1977 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于有限次/超同步振荡数据的风电机组关键控制参数辨识

基于序贯注意力与时空特征融合的风电机组故障诊断

基于矩阵描述函数的水电并网系统超低频振荡稳定性分析

提升构网型风电机组调频能力的综合自适应控制策略

数据-知识融合驱动下光伏高渗透配电网电压/无功优化策略