面向扭振分析的含虚拟惯量双馈风机轴系研究

孙正龙; 伞吉强

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.24015

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面向扭振分析的含虚拟惯量双馈风机轴系研究

新能源 | 更新时间：2026-06-29

- 面向扭振分析的含虚拟惯量双馈风机轴系研究
- Research on Doubly-Fed Wind Turbine Shaft System With Virtual Inertia for Torsional Vibration Analysis
- 发电技术 2025年46卷第2期页码：314-325
- 作者机构：
  
  现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学)，吉林省吉林市 132012
- 作者简介：
  
  孙正龙(1988)，男，博士，副教授，主要研究方向为新能源电力系统稳定与控制、电力信息物理系统，nedusunzl@neepu.edu.cn；
  伞吉强(1999)，女，硕士研究生，主要研究方向为新能源并网稳定与控制，362906116@qq.com。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(51907019;52277084);吉林省自然科学基金项目(20210101390JC)
- DOI：10.12096/j.2096-4528.pgt.24015
  中图分类号： TK 83;TM 614
- 收稿：2024-03-22，
  
  修回：2024-06-30，
  
  纸质出版：2025-04-30
- 稿件说明：
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孙正龙,伞吉强.面向扭振分析的含虚拟惯量双馈风机轴系研究[J].发电技术,2025,46(02):314-325.

SUN Zhenglong,SAN Jiqiang.Research on Doubly-Fed Wind Turbine Shaft System With Virtual Inertia for Torsional Vibration Analysis[J].Power Generation Technology,2025,46(02):314-325.
孙正龙,伞吉强.面向扭振分析的含虚拟惯量双馈风机轴系研究[J].发电技术,2025,46(02):314-325. DOI： 10.12096/j.2096-4528.pgt.24015.

SUN Zhenglong,SAN Jiqiang.Research on Doubly-Fed Wind Turbine Shaft System With Virtual Inertia for Torsional Vibration Analysis[J].Power Generation Technology,2025,46(02):314-325. DOI： 10.12096/j.2096-4528.pgt.24015.

摘要

目的

风电机组轴系数学模型是扭振特性分析的基础，轴系模型对分析结果可靠性至关重要。为更精准地分析虚拟惯量引入后对传动链扭振特性的影响，对含虚拟惯量控制的双馈风机轴系建模问题开展了研究。

方法

确定仿真模型后，设计了阻尼控制器，该控制器可以抑制虚拟惯量控制引起的轴系扭振。首先，通过建立各种轴系的数学模型，建立基于虚拟惯量控制的风机系统动力学模型，并采用模态分析方法确定了影响机组轴系扭振特性的关键状态变量；其次，从含虚拟惯量控制的风机扭振特性以及风机轴系、同步机动态交互2个方面，研究了风机不同轴系模型的适用性；最后，通过仿真分析验证了阻尼控制器的有效性。

结果

采用虚拟惯量控制可以有效地改善因风电并网而引起的系统惯性衰减问题，但同时也会降低系统的阻尼比。2质量模型扭振模态的可观性更强，2质量轴系模型对虚拟惯量参数的变化更敏感。3质量模型轴系扭振相较2质量模型变化更大。

结论

含虚拟惯量控制的2质量轴系模型更适合风机轴系扭振分析。

Abstract

Objectives

Shafting mathematical model of wind turbine is the basis of torsional vibration characteristics analysis. Shafting model is very important for the reliability of analysis results. In order to study the influence of virtual inertia on the torsional vibration characteristics of transmission chain more accurately

the modeling of doubly-fed wind turbine shaft system with virtual inertia control is studied.

Methods

After the simulation model is determined

a damping controller is designed

which can suppress the torsional vibration of the shafting caused by virtual inertia control. Firstly

by establishing the mathematical model of various shafting

the dynamic model of fan system based on virtual inertia control is established

and the key state variables affecting the torsional vibration characteristics of the shafting are determined by modal analysis method. Secondly

the applicability of different shafting models of wind turbine is studied from two aspects : torsional vibration characteristics of wind turbine with virtual inertia control and dynamic interaction between wind turbine shafting and synchronous machine. Finally

the effectiveness of the conclusion and the damping controller is verified by simulation analysis.

Results

The use of virtual inertia control can effectively improve the system inertia attenuation caused by wind power grid connection

but it will also reduce the damping ratio of the system. The two-mass model has stronger observability of torsional vibration mode

and the two-mass shafting model is more sensitive to the change of virtual inertia parameters. The torsional vibration of the shafting of the three-mass model changes more than that of the two-mass model.

Conclusions

The two-mass shaft system model with virtual inertia control is more suitable for torsional vibration analysis of wind turbine shaft systems.

关键词

Keywords

references

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