Passivity-based Consensus Stability Control Method for PMSG Offshore Wind Farm Clusters Delivered via DR-HVDC

ZHENG Jiawen; XUE Hua; WANG Yani

doi:10.20204/j.sp.2025.09010

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Passivity-based Consensus Stability Control Method for PMSG Offshore Wind Farm Clusters Delivered via DR-HVDC

更新时间：2025-12-16

- Passivity-based Consensus Stability Control Method for PMSG Offshore Wind Farm Clusters Delivered via DR-HVDC
- Vol. 53, Issue 9, Pages: 81-90(2025)
- 作者机构：
  
  上海电力大学电气工程学院,上海,200090
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20204/j.sp.2025.09010
  CLC：
- Published：2025
- 稿件说明：
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郑佳雯,薛花,王雅妮.基于DR-HVDC送出的PMSG海上风电集群无源一致性稳定控制方法[J].智慧电力,2025,53(9):81-90.

ZHENG Jiawen, XUE Hua, WANG Yani. Passivity-based Consensus Stability Control Method for PMSG Offshore Wind Farm Clusters Delivered via DR-HVDC[J]. 2025, 53(9): 81-90.
郑佳雯,薛花,王雅妮.基于DR-HVDC送出的PMSG海上风电集群无源一致性稳定控制方法[J].智慧电力,2025,53(9):81-90. DOI： 10.20204/j.sp.2025.09010.

ZHENG Jiawen, XUE Hua, WANG Yani. Passivity-based Consensus Stability Control Method for PMSG Offshore Wind Farm Clusters Delivered via DR-HVDC[J]. 2025, 53(9): 81-90. DOI： 10.20204/j.sp.2025.09010.

摘要

基于二极管不控整流器（DR）的高压直流（HVDC）输电是大规模永磁同步电机（PMSG）海上风电集群并网的主流方案，但传统矢量控制存在稳定域窄的问题。为此，提出PMSG海上风电集群无源一致性稳定控制方法。首先，外环设计有功功率-电压、无功功率-频率控制器，通过一致性方法准确求取PMSG并网电压与频率期望轨迹；其次，针对PMSG非线性强耦合特性，内环构建无源一致性控制器，驱动各风机网侧变换器快速跟踪期望轨迹，实现集群全局渐进稳定。dSPACE实验表明，在陆上/海上换流站电压突降故障工况下，所提方法可实现风电集群稳定协同运行，保障并网电压与频率平稳。研究成果为海上风电场安全运维提供了理论支撑。

Abstract

Diode rectifier-based high-voltage direct current （DR-HVDC） transmission is a dominant solution for the grid integration of large-scale permanent magnet synchronous generator （PMSG） offshore wind farm clusters. However， traditional vector control schemes suffer from a limited stability margin. To address this， a passivity-based consensus stability control method is proposed for PMSG wind farm clusters. First， outer-loop controllers for active power-voltage and reactive power-frequency regulation are designed， which leverage a consensus algorithm to precisely determine the desired trajectories of grid-connected voltage and frequency for PMSGs. Second， to handle the strong nonlinear coupling characteristics of PMSGs， an inner-loop passivity-based consensus controller is constructed. This drives all wind turbine grid-side converters （GSCs） to rapidly track the desired trajectories， and leads to global asymptotic stability for the entire clusters. dSPACE experiments demonstrate that under voltage sag faults at onshore/offshore converter stations， the proposed method ensures the stable cooperative operation of the wind farm clusters while maintaining grid-connected voltage and frequency. This research provides theoretical support for the safe operation and maintenance of offshore wind farms.

关键词

Keywords

references

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