Optimal Design of AC Filter Capacity in Offshore Wind Power Transmission System with Diode Rectifier and Modular Multilevel Converter

WANG Yining; XIANG Wang; ZHANG Haobo; WEN Jinyu

doi:10.7500/AEPS20251223003

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Optimal Design of AC Filter Capacity in Offshore Wind Power Transmission System with Diode Rectifier and Modular Multilevel Converter

更新时间：2026-10-26

- Optimal Design of AC Filter Capacity in Offshore Wind Power Transmission System with Diode Rectifier and Modular Multilevel Converter
- Automation of Electric Power Systems Pages: 1-17(2026)
- 作者机构：
  
  1.强电磁技术全国重点实验室（华中科技大学），湖北省武汉市 430074
  2.华中科技大学电气与电子工程学院，湖北省武汉市 430074
  3.卡迪夫大学工程学院，卡迪夫 CF24 3AA，英国
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52237004)
- DOI：10.7500/AEPS20251223003
  CLC：
- Received：23 December 2025，
  
  Revised：2026-04-08，
  
  Online First：03 September 2026，
- 稿件说明：
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王奕宁,向往,张浩博等.海上风电经DR-MMC送出系统交流滤波器容量优化设计[J/OL].电力系统自动化, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20251223003.

WANG Yining,XIANG Wang,ZHANG Haobo,et al.Optimal Design of AC Filter Capacity in Offshore Wind Power Transmission System with Diode Rectifier and Modular Multilevel Converter[J/OL].Automation of Electric Power Systems, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20251223003.
王奕宁,向往,张浩博等.海上风电经DR-MMC送出系统交流滤波器容量优化设计[J/OL].电力系统自动化, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20251223003. DOI：

WANG Yining,XIANG Wang,ZHANG Haobo,et al.Optimal Design of AC Filter Capacity in Offshore Wind Power Transmission System with Diode Rectifier and Modular Multilevel Converter[J/OL].Automation of Electric Power Systems, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20251223003. DOI：

摘要

海上风电经二极管整流器-模块化多电平换流器（DR-MMC）混合直流送出方案具有较好的运行性能和经济性，但由于二极管整流器会吸收大量无功功率且产生高频谐波，需在系统交流侧配置二极管整流器容量40%的交流滤波器，增大了海上平台的体积和建设成本。为此，可利用风电场中构网型风机的无功协调与电压支撑能力，对交流滤波器容量进行优化配置。在考虑构网型风机配置比例的基础上，计及换流器容量约束、系统谐波含量约束、小信号稳定性约束以及高/低电压穿越需求，分析交流滤波器容量变化对系统无功补偿、谐波抑制、稳定性及交直流故障特性的影响，提出了协调构网型风机比例的交流滤波器容量配置方法。最后，建立海上风电经DR-MMC混合直流送出系统电磁暂态模型和小信号模型，验证了所提方法的有效性。

Abstract

The offshore wind power hybrid DC transmission scheme with diode rectifier and modular multilevel converter (DR-MMC) exhibits good operational performance and economic efficiency. Since the diode rectifier absorbs a large amount of reactive power and generates high-frequency harmonics

it is necessary to configure AC filters with a capacity of 40% of the diode rectifier capacity on the AC side of the system

which increases the volume and construction cost of the offshore platform. Therefore

the reactive power coordination and voltage support capability of grid-forming wind turbines in the wind farm can be utilized to optimize the allocation of the AC filter capacity. Considering the allocation ratio of grid-forming wind turbines

and taking into account the converter capacity constraints

system harmonic content constraints

small-signal stability constraints

and high/low voltage ride-through requirements

the influence of AC filter capacity variation on system reactive power compensation

harmonic suppression

stability

and AC/DC fault characteristics is analyzed. An AC filter capacity allocation method coordinating the grid-forming wind turbine ratio is proposed. Finally

an electromagnetic transient model and a small-signal model of the offshore wind power hybrid DC transmission system with DR-MMC are established to verify the effectiveness of the proposed method.

关键词

Keywords

references

张浩博，向往，文劲宇 . 应对受端交流故障的海上风电柔直并网系统主动能量控制方法［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 12 ）： 4600 - 4613 .

Zhang Haobo ， Xiang Wang ， Wen Jinyu . Active energy control of offshore wind power MMC-HVDC system to handle AC faults of receiving-end power grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 12 ）： 4600 - 4613 .

章浅诺，张哲任，金砚秋，等 . 适用于超大规模海上风电并网的直流送出系统［J］. 电力自动化设备， 2025 ， 45 （ 1 ）： 106 - 114 .

Zhang Qiannuo ， Zhang Zheren ， Jin Yanqiu ， et al . DC transmission system suitable for ultra-large-scale offshore wind power grid-connected system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2025 ， 45 （ 1 ）： 106 - 114 .

甘慧辰，肖晃庆，黄莹 . 用于海上风电的DRU-MMC混合换流器控制策略和容量选取［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 21 ）： 28 - 37 .

Gan Huichen ， Xiao Huangqing ， Huang Ying . Control strategy and capacity selection of DRU-MMC hybrid converters for offshore wind power ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 21 ）： 28 - 37 .

黄玲玲，薛禹，刘阳，等 . 计及陆上电网外送能力影响的海上直流系统经济并网规划［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 17 ）： 56 - 67 .

Huang Lingling ， Xue Yu ， Liu Yang ， et al . Economic grid-connected planning of offshore DC system considering transmission capability of onshore power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 17 ）： 56 - 67 .

Wang Y F ， Luo S X ， Yu M Z ， et al . Review of lightweight oriented offshore wind power transmission schemes ［J］. Chinese Journal of Electrical Engineering ， 2025 ， 11 （ 1 ）： 16 - 39 .

邸世民，向往，林卫星，等 . 混合级联直流输电系统主动谐波补偿控制［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 22 ）： 134 - 145 .

Di Shimin ， Xiang Wang ， Lin Weixing ， et al . Active harmonic compensation control for hybrid cascaded HVDC transmission system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 22 ）： 134 - 145 .

肖晃庆，黄小威，李岩，等 . 适用于二极管不控整流送出的海上风电机组无功功率同步控制策略［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 10 ）： 3820 - 3828 .

Xiao Huangqing ， Huang Xiaowei ， Li Yan ， et al . Reactive power-synchronization control for offshore wind turbines connected to diode rectifier ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 10 ）： 3820 - 3828 .

Xiao H Q ， Gan H C ， Huang Y ， et al . Review on emerging collection and transmission technologies for large-scale offshore wind power ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2026 ， 14 （ 2 ）： 383 - 398 .

Chen J F ， Pei X Y ， Wu H Y ， et al . Steady state characteristics of diode rectifier unit based grid-forming offshore wind power AC system ［C］// 2022 5th International Conference on Power and Energy Applications （ICPEA）， 2022 ： 651 - 656 .

许烽，曹文斌，钱政旭，等 . 海上风电二极管整流方案的多重化整流电路谐波分析［J］. 浙江电力， 2024 ， 43 （ 11 ）： 15 - 25 .

Xu Feng ， Cao Wenbin ， Qian Zhengxu ， et al . Harmonic analysis of multiplex rectifier circuits based on diode rectifiers for offshore wind farms ［J］. Zhejiang Electric Power ， 2024 ， 43 （ 11 ）： 15 - 25 .

孟凡刚，姜彤，郭依宁 . 基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器［J］. 电机与控制学报， 2021 ， 25 （ 5 ）： 52 - 59 .

Meng Fangang ， Jiang Tong ， Guo Yining . Series-connected 12-pulse rectifier based on power electronic transformer ［J］. Electric Machines and Control ， 2021 ， 25 （ 5 ）： 52 - 59 .

唐英杰，张哲任，徐政 . 基于二极管不控整流单元的远海风电低频交流送出方案［J］. 中国电力， 2020 ， 53 （ 7 ）： 44 - 54 .

Tang Yingjie ， Zhang Zheren ， Xu Zheng . Diode rectifier unit based LFAC transmission for offshore wind farm integration ［J］. Electric Power ， 2020 ， 53 （ 7 ）： 44 - 54 .

金砚秋，张哲任，吴宏远，等 . 基于构网型风电机组和二极管整流单元的海上风电场黑启动策略［J］. 高电压技术， 2023 ， 49 （ 9 ）： 3730 - 3740 .

Jin Yanqiu ， Zhang Zheren ， Wu Hongyuan ， et al . Black start strategy of offshore wind farm based on grid-forming wind turbines and diode rectifier unit ［J］. High Voltage Engineering ， 2023 ， 49 （ 9 ）： 3730 - 3740 .

Zhang G H ， Xiang W ， Chen X ， et al . Capacity design of cascaded diode rectifier-MMC based HVDC for offshore wind farm integration ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2024 ， 39 （ 5 ）： 2908 - 2919 .

Zhang H B ， Xiang W ， Lin W X ， et al . Grid forming converters in renewable energy sources dominated power grid： control strategy， stability， application， and challenges ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2021 ， 9 （ 6 ）： 1239 - 1256 .

冯定腾，熊小玲，李明，等 . 基于高低阀移相的电流源换流器海上风电送出系统［J］. 电工技术学报， 2026 ， 41 （ 1 ）： 260 - 275 .

Feng Dingteng ， Xiong Xiaoling ， Li Ming ， et al . Offshore wind power transmission system based on phase-shifting control with high-low valves for current source converters ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2026 ， 41 （ 1 ）： 260 - 275 .

张哲任，金砚秋，徐政 . 两种基于构网型风机和二极管整流单元的海上风电送出方案［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 6 ）： 2098 - 2107 .

Zhang Zheren ， Jin Yanqiu ， Xu Zheng . Two offshore wind farm integration schemes based on grid forming wind turbines and diode rectifier unit ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 6 ）： 2098 - 2107 .

Wang Y N ， Xiang W ， Zhang H B ， et al . Optimal allocation of grid-forming and grid-following WTGs for stable weak grid integration ［J/OL］. CSEE Journal of Power and Energy Systems ， 2025-08-22 . https：//ieeexplore.ieee.org/document/11134744 https://ieeexplore.ieee.org/document/11134744 .

黄晓明，许烽，陆承宇，等 . 海上风电经24脉动二极管整流器送出系统的交流滤波器优化配置［J］. 全球能源互联网， 2024 ， 7 （ 5 ）： 550 - 557 .

Huang Xiaoming ， Xu Feng ， Lu Chengyu ， et al . Optimal configuration of AC filter for 24-pulse diode rectifier unit based offshore wind power integration system ［J］. Journal of Global Energy Interconnection ， 2024 ， 7 （ 5 ）： 550 - 557 .

Jin Y Q ， Zhang Z R ， Xu Z . Proportion of grid-forming wind turbines in hybrid GFM-GFL offshore wind farms integrated with diode rectifier unit based HVDC system ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2025 ， 13 （ 1 ）： 87 - 101 .

俞露杰，付子玉，朱介北，等 . 远海风电DRU-HVDC送出系统构网控制与启动方法综述［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 24 ）： 63 - 79 .

Yu Lujie ， Fu Ziyu ， Zhu Jiebei ， et al . Review on grid-forming control and start-up method of diode-rectifier-unit based HVDC transmission system for remote offshore wind farm ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 24 ）： 63 - 79 .

National Grid ESO . GC0111： fast fault current injection specification text ［EB/OL］. （ 2024-08-23 ）［ 2025-11-10 ］. https：//www.neso.energy/industry-information/codes/gc/mo difications/gc0111-fast-fault-current-injection-specification-text https://www.neso.energy/industry-information/codes/gc/modifications/gc0111-fast-fault-current-injection-specification-text .

IEEE Std 519—2022 IEEE standard for harmonic control in electric power systems ［S］.

He Y J ， Xiang W ， Meng P Y ， et al . Investigation on grid-following and grid-forming control schemes of cascaded hybrid converter for wind power integrated with weak grids ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2024 ， 155 ： 109524 .

谭尚晨，郭春义，杜东冶 . 直驱风电场聚合模型下次同步振荡模态特征的保真度分析与评价［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （增刊1 ）： 26 - 38 .

Tan Shangchen ， Guo Chunyi ， Du Dongye . Fidelity analysis and evaluation of subsynchronous oscillation mode characteristics of PMSG-based wind farm aggregation model ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ S1 ）： 26 - 38 .

高磊，吕敬，蔡旭 . 如东海上风电柔直送出系统的中频振荡特性分析［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 9 ）： 3495 - 3506 .

Gao Lei ， Lü Jing ， Cai Xu . Analysis of mid-frequency oscillation characteristics in Rudong MMC-HVDC system for offshore wind farms ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 9 ）： 3495 - 3506 .

National Grid Group . The grid code-issue 6 revision 16 ［EB/OL］. （ 2023-01-05 ）［ 2025-11-10 ］. https：//www.neso.energy/industry-information/codes/grid-code-gc/grid-code-documents？order=title&sort=asc&page=10 https://www.neso.energy/industry-information/codes/grid-code-gc/grid-code-documents?order=title&sort=asc&page=10 .

魏娟，黎灿兵，黄晟，等 . 大规模风电场高电压穿越控制方法研究综述［J］. 上海交通大学学报， 2024 ， 58 （ 6 ）： 783 - 797 .

Wei Juan ， Li Canbing ， Huang Sheng ， et al . Review of high voltage ride-through control method of large-scale wind farm ［J］. Journal of Shanghai Jiao Tong University ， 2024 ， 58 （ 6 ）： 783 - 797 .

Wang Y F ， Wang Z Q ， Xu C H ， et al . Fault ride-through strategy of MMC in series with DR for offshore wind farms ［C］// 2024 7th International Conference on Renewable Energy and Power Engineering （REPE）， 2024 ： 241 - 245 .

Zhu Y C ， Li Y L ， Li B T ， et al . Internal energy distribution control based fault ride-through and postfault recovery strategy for offshore wind farms connected to DR-MMC HVDC under onshore AC grid faults ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2025 ， 16 （ 2 ）： 1191 - 1205 .

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