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主管单位 中华人民共和国工业和信息化部 主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:刘尊祝,程志江,杨涵棣.计其源端特性的构网型直驱风机稳定性分析[J].哈尔滨工业大学学报,2026,58(4):128.DOI:10.11918/202412038
LIU Zunzhu,CHENG Zhijiang,YANG Handi.Stability analysis of grid-forming direct-drive wind turbine considering source characteristics[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2026,58(4):128.DOI:10.11918/202412038
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计其源端特性的构网型直驱风机稳定性分析
刘尊祝1,程志江2,杨涵棣1
(1.可再生能源发电与并网技术教育部工程研究中心(新疆大学),乌鲁木齐 830017; 2.新疆大学 智能科学与技术学院,乌鲁木齐 830017)
摘要:
为准确描述构网型直驱风机的动态特性,并分析其在不同电网强度下的稳定性,考虑风机源端特性对系统进行小信号建模。首先,基于状态空间建模方法,详细构建了基于虚拟同步机控制的构网型直驱风机全系统小信号模型,并通过仿真测试验证了所建小信号模型的准确性。其次,通过特征模态分析,研究了不同电网强度对系统稳定性的影响,评估其在弱电网环境下的适应性。同时,分析风速阶跃扰动对系统低频振荡的诱发机制,探讨系统结构参数(如直流侧电容)及控制器参数对系统动态性能的影响。最后,基于RT-LAB半实物仿真平台搭建系统模型,验证了模型在实时仿真环境下的响应能力和准确性。结果表明,构网型直驱风机在弱电网条件下具有较强的适应性,但在风速阶跃扰动下易诱发低频振荡。此外,合理调整系统结构参数和优化控制器参数可有效抑制低频振荡,提高系统在弱电网环境下的稳定性。本研究为构网型风电机组的动态特性分析提供了一种系统性的建模方法,并为进一步优化其稳定控制策略提供了理论支持。
关键词:  虚拟同步机  构网型直驱风机  小信号模型  特征模态分析  弱电网适应性  低频振荡  RT-LAB半实物仿真
DOI:10.11918/202412038
分类号:TM614
文献标识码:A
基金项目:新疆维吾尔自治区科技计划项目重大科技专项(2022A01004-1)
Stability analysis of grid-forming direct-drive wind turbine considering source characteristics
LIU Zunzhu1,CHENG Zhijiang2,YANG Handi1
(1.Engineering Research Center of Renewable Energy Power Generation and Grid-Connected Technology, Ministry of Education (Xinjiang University), Urumqi 830017, China; 2.School of Intelligence Science and Technology, Xinjiang University, Urumqi 830017, China)
Abstract:
To accurately describe the dynamic characteristics of grid-forming direct-drive wind turbines and analyze their stability under different grid strengths, this study considers the source-side characteristics of wind turbines and conducts small-signal modeling of the system. First, based on the state-space modeling method, a comprehensive small-signal model of the entire grid-forming direct-drive wind turbine system with virtual synchronous generator (VSG) control is constructed, and its accuracy is verified through simulation tests. Second, eigenvalue-based modal analysis is employed to investigate the impact of different grid strengths on system stability and assess its adaptability in weak grid environments. Additionally, the mechanism of low-frequency oscillations induced by wind speed step disturbances is analyzed, along with the effects of system structural parameters (such as DC-side capacitance) and controller parameters on the systems dynamic performance. Finally, an RT-LAB hardware-in-the-loop simulation platform is used to build the system model, validating its response capability and accuracy in real-time simulation environments. The results indicate that grid-forming direct-drive wind turbines exhibit strong adaptability in weak grid conditions but may prompt low-frequency oscillations under wind speed step disturbances. Moreover, properly adjusting system structural parameters and optimizing controller parameters can effectively suppress low-frequency oscillations and enhance system stability in weak grid environments. This study provides a systematic modeling approach for analyzing the dynamic characteristics of grid-forming wind turbines and offers theoretical support for further optimizing their stability control strategies.
Key words:  virtual synchronous generator  grid-forming direct-drive wind turbine  small-signal model  eigenvalue modal analysis  adaptability to weak grids  low-frequency oscillation  RT-LAB hardware-in-the-loop simulation

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