Key Converter Identification and Low-frequency Oscillation Mitigation Strategy for Grid-forming Converter Multi-machine Systems

TAN Feng; WU Chen; LENG Ruohan; LUO Liangxiao; GAO Huisheng; XIN Huanhai

doi:10.7500/AEPS20251215002

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Key Converter Identification and Low-frequency Oscillation Mitigation Strategy for Grid-forming Converter Multi-machine Systems

Grid-forming Technology | 更新时间：2026-09-28

- Key Converter Identification and Low-frequency Oscillation Mitigation Strategy for Grid-forming Converter Multi-machine Systems
- Automation of Electric Power Systems Pages: 1-17(2026)
- 作者机构：
  
  1.浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
  2.云南电网规划建设研究中心，云南省昆明市 650033
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Science and Technology Project of Yunnan Power Grid Co., Ltd(YNKJXM20250001)
- DOI：10.7500/AEPS20251215002
  CLC：
- Received：15 December 2025，
  
  Revised：2026-07-02，
  
  Online First：21 August 2026，
- 稿件说明：
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谭枫,吴琛,冷若寒等.构网型变流器多机系统关键变流器辨识与低频振荡抑制策略[J/OL].电力系统自动化, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20251215002.

TAN Feng,WU Chen,LENG Ruohan,et al.Key Converter Identification and Low-frequency Oscillation Mitigation Strategy for Grid-forming Converter Multi-machine Systems[J/OL].Automation of Electric Power Systems, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20251215002.
谭枫,吴琛,冷若寒等.构网型变流器多机系统关键变流器辨识与低频振荡抑制策略[J/OL].电力系统自动化, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20251215002. DOI：

TAN Feng,WU Chen,LENG Ruohan,et al.Key Converter Identification and Low-frequency Oscillation Mitigation Strategy for Grid-forming Converter Multi-machine Systems[J/OL].Automation of Electric Power Systems, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20251215002. DOI：

摘要

随着构网型变流器并网规模的扩大，多台构网型变流器间的交互作用易诱发低频振荡问题。若所有构网型变流器均引入附加控制回路或优化参数来抑制低频振荡问题，控制参数的设计复杂度将显著增加。为此，文中提出一种基于参与因子的关键构网型变流器辨识与低频振荡抑制策略，仅需对少数关键变流器施加控制即可改善系统稳定性。具体地，文中从Rayleigh商出发，证明构网型变流器多机系统的参与因子具有集中分布特性，即参与因子仅在少数几个构网型变流器节点上取得较大值

而在其他节点上几乎为零。据此，将参与因子高的少数变流器定义为关键变流器并对其实施针对性抑制。研究表明，仅需对少数关键变流器选择性引入附加控制回路或优化控制参数，即可显著提升系统的小干扰稳定裕度。最后，采用仿真算例验证了所提策略的有效性。

Abstract

With the expansion of grid-forming converter (GFM) grid-connected scale

the interactions among multiple grid-forming converters tend to induce low-frequency oscillations. If additional control loops are introduced or parameters are optimized for all grid-forming converters to suppress low-frequency oscillations

the complexity of control parameter design will increase significantly. To address this issue

this paper proposes a participation-factor-based identification method for critical grid-forming converters and a corresponding low-frequency oscillation suppression strategy. Only a small number of critical converters need to be equipped with control actions to improve system stability. Specifically

starting from the Rayleigh quotient

this paper proves that the participation factors of the grid-forming converter multi-machine system exhibit a concentrated distribution characteristic. That is

large participation factor values appear only at a few grid-forming converter nodes

while the values at other nodes are nearly zero. Accordingly

the few converters with high participation factors are defined as critical converters

and targeted oscillation suppression is implemented on them. Studies show that selectively introducing additional control loops or optimizing control parameters for only a small set of critical converters can markedly improve the small-signal stability margin of the system. Finally

simulation cases are adopted to verify the effectiveness of the proposed strategy.

关键词

Keywords

references

卓振宇，张宁，谢小荣，等 . 高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

Zhuo Zhenyu ， Zhang Ning ， Xie Xiaorong ， et al . Key technologies and developing challenges of power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

黄萌，舒思睿，李锡林，等 . 面向同步稳定性的电力电子并网变流器分析与控制研究综述［J］. 电工技术学报， 2024 ， 39 （ 19 ）： 5978 - 5994 .

Huang Meng ， Shu Sirui ， Li Xilin ， et al . A review of synchronization-stability-oriented analysis and control of power electronic grid-connected converters ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2024 ， 39 （ 19 ）： 5978 - 5994 .

姜云龙，司鑫尧，史鸿飞，等 . 弱电网下计及锁相环影响的并网逆变器稳定性提升方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 24 ）： 113 - 120 .

Jiang Yunlong ， Si Xinyao ， Shi Hongfei ， et al . Stability improvement method of grid-connected inverter considering phase-locked loop effect in weak grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 24 ）： 113 - 120 .

李红，梁军杨，王振民，等 . 跟网型变换器的小扰动同步稳定机理分析与致稳控制［J］. 电工技术学报， 2024 ， 39 （ 12 ）： 3802 - 3815 .

Li Hong ， Liang Junyang ， Wang Zhenmin ， et al . Small signal synchronization stability analysis and improved control strategy for grid following converter ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2024 ， 39 （ 12 ）： 3802 - 3815 .

刘辉，于思奇，孙大卫，等 . 构网型变流器控制技术及原理综述［J］. 中国电机工程学报， 2025 ， 45 （ 1 ）： 277 - 296 .

Liu Hui ， Yu Siqi ， Sun Dawei ， et al . An overview of control technologies and principles for grid-forming converters ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2025 ， 45 （ 1 ）： 277 - 296 .

冷若寒，庄可好，侯智贤，等 . 考虑跟网型新能源低电压穿越特性的构网型变流器功能定位与容量优化配置［J］. 中国电机工程学报， 2025 ， 45 （ 24 ）： 9491 - 9503 .

Leng Ruohan ， Zhuang Kehao ， Hou Zhixian ， et al . Functional positioning and capacity optimized allocation of grid-forming converter considering low voltage ride through of grid-following new energy station ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2025 ， 45 （ 24 ）： 9491 - 9503 .

李奕曈，艾诚，覃瑶，等 . 基于匹配控制的构网型变换器小扰动稳定性综述［J］. 高电压技术， 2025 ， 51 （ 2 ）： 774 - 792 .

Li Yitong ， Ai Cheng ， Qin Yao ， et al . An overview of small-disturbance stability of grid-forming converters based on matching control ［J］. High Voltage Engineering ， 2025 ， 51 （ 2 ）： 774 - 792 .

Cui G X ， Jia H Y ， Zhang N ， et al . How many grid-forming converters are needed？—a techno-economic perspective ［J］. iEnergy ， 2025 ， 4 （ 2 ）： 79 - 85 .

冷若寒，殷波，胡光，等 . 对偶视角下基于特征子系统的跟网/构网互联系统强度评估［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 7 ）： 103 - 114 .

Leng Ruohan ， Yin Bo ， Hu Guang ， et al . System strength evaluation of grid-following and grid-forming interconnected system based on eigen-subsystem from dual perspective ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 7 ）： 103 - 114 .

TAN Jin ， DONG Shuan ， HOKE Andy . Lessons learned from real-world oscillation events ［C］// IEEE PES General Meeting ， 2023 .

Tian Y J ， Xu X Q ， Wang Y ， et al . Full-state feedback power decoupling control for grid forming converter with improved stability and inertia response ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2025 ， 40 （ 2 ）： 2930 - 2942 .

Zhao F Z ， Wang X F ， Zhu T H . Power dynamic decoupling control of grid-forming converter in stiff grid ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2022 ， 37 （ 8 ）： 9073 - 9088 .

Zhao F Z ， Wang X F ， Zhou Z C ， et al . Robust grid-forming control with active susceptance ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2023 ， 38 （ 3 ）： 2872 - 2877 .

Wang X F ， Li Y W ， Blaabjerg F ， et al . Virtual-impedance-based control for voltage-source and current-source converters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2015 ， 30 （ 12 ）： 7019 - 7037 .

詹长江，吴恒，王雄飞，等 . 构网型变流器稳定性研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 6 ）： 2339 - 2358 .

Zhan Changjiang ， Wu Heng ， Wang Xiongfei ， et al . An overview of stability studies of grid-forming voltage source converters ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 6 ）： 2339 - 2358 .

Lin J C ， Liu S Q ， Wang G . Stability analysis and control parameter optimization of multi-VSG parallel grid-connected system ［J］. Electric Power Systems Research ， 2023 ， 221 ： 109478 .

Chen F F ， Wang X F ， Harnefors L ， et al . Assessment， cause localization， and mitigation for small-signal stability risks in multi-parallel grid-forming converter systems ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2025 ， 16 （ 6 ）： 5128 - 5143 .

辛焕海，甘德强，鞠平 . 多馈入电力系统广义短路比：多样化新能源场景［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 17 ）： 5516 - 5526 .

Xin Huanhai ， Gan Deqiang ， Ju Ping . Generalized short circuit ratio of power systems with multiple power electronic devices： analysis for various renewable power generations ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 17 ）： 5516 - 5526 .

许诘翊，刘威，刘树，等 . 电力系统变流器构网控制技术的现状与发展趋势［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 9 ）： 3586 - 3594 .

Xu Jieyi ， Liu Wei ， Liu Shu ， et al . Current state and development trends of power system converter grid-forming control technology ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 9 ）： 3586 - 3594 .

Stewart G W ， Sun J G . Matrix perturbation theory ［M］. San Diego ： Academic Press ， 1990 .

Yang C R ， Huang L B ， Xin H H ， et al . Placing grid-forming converters to enhance small signal stability of PLL-integrated power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 4 ）： 3563 - 3573 .

董炜 . 弱同步电网中新能源并网系统的复电路建模与小干扰稳定性分析［D］. 杭州：浙江大学， 2019 .

Dong Wei . Modelling and small signal stability analysis based on circuit for renewable energy integrated systems in weakly synchronized grid ［D］. Hangzhou ： Zhejiang University ， 2019 .

陈航宇，庄可好，王子骏，等 . 基于动态虚拟阻抗的虚拟同步机阻尼增强控制［J］. 高电压技术， 2025 ， 51 （ 2 ）： 570 - 580 .

Chen Hangyu ， Zhuang Kehao ， Wang Zijun ， et al . Damping enhancement control of virtual synchronous generator based on dynamic virtual impedance ［J］. High Voltage Engineering ， 2025 ， 51 （ 2 ）： 570 - 580 .

李劲松，沈琦丰，李国锋，等 . 考虑虚拟电阻局限的电网电压跌落VSG暂态稳定性提升［J］. 高电压技术， 2024 （ 8 ）： 3665 - 3679 .

Li Jinsong ， Shen Qifeng ， Li Guofeng ， et al . Transient stability enhancement of VSG under grid voltage sag considering the limitation of virtual resistance ［J］. High Voltage Engineering ， 2024 （ 8 ）： 3665 - 3679 .

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