Impact Mechanism of Grid-following Phase-locked Loop on Subsynchronous Oscillation of Grid-forming Converter and Its Suppression

HUANG Haihong; QU Xiaoyi; SHANG Yang

doi:10.7500/AEPS20250722002

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Impact Mechanism of Grid-following Phase-locked Loop on Subsynchronous Oscillation of Grid-forming Converter and Its Suppression

更新时间：2026-09-16

- Impact Mechanism of Grid-following Phase-locked Loop on Subsynchronous Oscillation of Grid-forming Converter and Its Suppression
- Automation of Electric Power Systems Pages: 1-28(2026)
- 作者机构：
  
  合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽省合肥市 230009
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Regional Innovation and Development Joint Fund of National Natural Science Foundation of China(U22A20225)
- DOI：10.7500/AEPS20250722002
  CLC：
- Received：22 July 2025，
  
  Revised：2026-01-09，
  
  Online First：03 July 2026，
- 稿件说明：
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黄海宏,曲晓毅,尚扬.跟网型锁相环对构网型变流器次同步振荡的影响机理及其抑制[J/OL].电力系统自动化, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20250722002.

HUANG Haihong,QU Xiaoyi,SHANG Yang.Impact Mechanism of Grid-following Phase-locked Loop on Subsynchronous Oscillation of Grid-forming Converter and Its Suppression[J/OL].Automation of Electric Power Systems, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20250722002.
黄海宏,曲晓毅,尚扬.跟网型锁相环对构网型变流器次同步振荡的影响机理及其抑制[J/OL].电力系统自动化, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20250722002. DOI：

HUANG Haihong,QU Xiaoyi,SHANG Yang.Impact Mechanism of Grid-following Phase-locked Loop on Subsynchronous Oscillation of Grid-forming Converter and Its Suppression[J/OL].Automation of Electric Power Systems, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20250722002. DOI：

摘要

由于新型电力系统中设备的高度电力电子化和电网特性的复杂化，新能源并网时存在宽频振荡的问题。文中关注跟网型和构网型变流器混联并网系统中构网型变流器主导次同步振荡模态。首先，建立了异构混联并网系统的小信号模型，利用特征值法和参与因子法分析了跟网型锁相环对构网型变流器次同步振荡模态的影响。然后，基于经典Phillips-Heffron框架建立构网型变流器等值单机线性化模型，建模时充分考虑了无功环的耦合影响，利用复数转矩系数法揭示了锁相环在次同步频段引入的负阻尼效应及产生原因，为次同步振荡特性提供了机理解释。进一步，结合模态分析得出了锁相环控制参数对次同步振荡的影响规律。针对锁相环负阻尼效应提出加入相位超前校正环节补偿锁相环输入转矩引入的相位滞后，抑制其对构网型变流器次同步振荡的不利影响。最后，通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和改进策略的有效性。

Abstract

Due to the high degree of power electronicization of equipment and the complexity of power grid characteristics in the new power system

wideband oscillation issues exist when renewable energy is connected to the power grid. This paper focuses on the dominant subsynchronous oscillation mode of the grid-forming converter in a hybrid grid-connected system with grid-following and grid-forming converters. First

a small-signal model of the heterogeneous hybrid grid-connected system is established. The eigenvalue method and the participation factor method are used to analyze the impact of the grid-following phase-locked loop (PLL) on the subsynchronous oscillation mode of the grid-forming converter. Then

based on the classic Phillips-Heffron framework

an equivalent single-machine linearization model of the grid-forming converter is established. The coupling influence of the reactive power loop is fully considered during the modeling process. The complex torque coefficient method is used to reveal the negative damping effect introduced by the PLL in the subsynchronous frequency band and its causes

providing a mechanistic explanation for the subsynchronous oscillation characteristics. Furthermore

the influence law of the PLL control parameter on the subsynchronous oscillation is obtained by combining modal analysis. To address the negative damping effect of the PLL

a phase-lead compensation link is proposed to counteract the phase lag introduced by the input torque of the PLL

thereby suppressing its adverse impact on subsynchronous oscillation in the grid-forming converter. Finally

the correctness of the theoretical analysis and the effectiveness of the improvement strategy are verified through simulation and experiments.

关键词

Keywords

references

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