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基于虚拟同步相角补偿的构网型双馈风电机组轴系扭振阻尼控制
Grid-forming Control of DFIG-based Wind Turbines with Virtual Synchronous Phase Angle Compensation for Shaft Torsional Vibration Damping
| 作者 | 郭子腾张宇张琛宗皓翔蔡旭 |
| 期刊 | 高电压技术 |
| 出版日期 | 2025年3月 |
| 卷/期 | 第 51 卷 第 3 期 |
| 技术分类 | 风电变流技术 |
| 技术标签 | 构网型GFM 虚拟同步机VSG 电网侧储能 多物理场耦合 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 构网型控制 虚拟同步机控制 双馈风电机组 轴系扭振特性 阻尼控制 虚拟同步相角补偿 郭子腾 张宇 张琛 宗皓翔 蔡旭 高电压技术 High Voltage Engineering |
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构网型风电控制有助于缓解高比例新能源电力系统的频率与电压稳定性问题。现有研究多关注机组网侧动态特性，而对机电耦合下的轴系扭振特性分析不足。构网型控制增强了电网与风机前端的动态交互，易引发轴系扭振。本文建立计及机电耦合的构网型风电机组状态空间模型，通过特征值分析揭示引入额外阻尼的必要性，阐明经典阻尼策略在构网模式下的局限性，并提出基于虚拟同步相角补偿的新型阻尼控制方法，在不削弱惯量响应的前提下有效抑制轴系欠阻尼甚至发散振荡。联合Bladed与NovaCor的实时仿真验证了理论分析与所提策略的有效性。
风电做构网型控制是缓解新能源高占比电力系统频率和电压稳定问题的有效技术手段.目前针对风电机组的构网型控制大多关注机组的网侧特性,而对构网型控制下机组潜在的机电耦合交互特性解析不足,具体地:构网型控制增强了电网与风机前端的动态交互作用,导致电网侧扰动更易激发机组轴系扭振.为探究构网型控制下机组轴系的扭振特性,对其进行阻尼控制,建立了计及机电耦合特性的构网型风电机组状态空间模型;通过特征值轨迹分析,论证了对构网型机组引入额外扭振阻尼控制的必要性;阐明了经典轴系扭振阻尼策略在构网型控制下的阻尼能力受限机理;基于此提出了一种基于虚拟同步相角补偿的轴系扭振阻尼策略,在不影响构网型机组惯量响应能力的前提下有效地解决了构网型风电机组轴系的欠阻尼甚至振荡发散问题,最后在基于Bladed+NovaCor的联合实时仿真平台上验证了该文理论分析及所提阻尼策略的有效性.
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SunView 深度解读
该研究对阳光电源构网型产品的机电耦合稳定性控制具有重要参考价值。虚拟同步相角补偿技术可直接应用于ST系列储能变流器和大型储能系统的GFM控制，优化其轴系扭振特性。同时该方法也可迁移至SG系列光伏逆变器的VSG控制，提升高比例新能源并网稳定性。特别是在PowerTitan等大型储能系统中,该技术有助于改善多机组协同运行时的机电耦合特性,提高系统可靠性。这为阳光电源开发更稳定的构网型产品提供了创新思路,可提升公司在高端电力电子市场的竞争力。