基于NSC-DVR的构网型直驱风机故障穿越策略

杭雨祺; 任永峰; 冯笑丹; 吴仕荣; 董巍峰; 赵凤伟

doi:10.16081/j.epae.202506026

欢迎来到能源电力期刊网！

English Version 读者登录期刊登录

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于NSC-DVR的构网型直驱风机故障穿越策略

电力自动化设备 2025年45卷第9期页码：88-95

清洁能源 | 更新时间：2025-09-09

- 基于NSC-DVR的构网型直驱风机故障穿越策略
- Fault ride-through strategy for grid-forming direct-driven wind power generator based on NSC-DVR
- 作者机构：
  
  1.内蒙古工业大学电力学院，内蒙古呼和浩特 010080
  2.华能新能源股份有限公司，北京 100036
  3.华能新能源股份有限公司蒙西分公司，内蒙古呼和浩特 010000
- 作者简介：
  
  杭雨祺（1998 —），男，硕士研究生，研究方向为新能源发电及制氢技术（E-mail：hangyuqi@vip.qq.com）；
  任永峰（1971 —），男，教授，博士研究生导师，博士，通信作者，研究方向为新型电力系统运行与控制、新能源发电、氢能与储能技术（E-mail：renyongfeng@vip.sina.com）。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52367022);内蒙古自治区重点研发和成果转化项目(2023YFHH0077);中国华能集团有限公司科技项目(HNKJ24-H117)
- DOI：10.16081/j.epae.202506026
  中图分类号： TM315
- 收稿日期：2024-08-24，
  
  修回日期：2025-05-09，
  
  网络出版日期：2025-07-04，
  
  纸质出版日期：2025-09-10
- 稿件说明：
移动端阅览
杭雨祺,任永峰,冯笑丹等.基于NSC-DVR的构网型直驱风机故障穿越策略[J].电力自动化设备,2025,45(09):88-95.

HANG Yuqi,REN Yongfeng,FENG Xiaodan,et al.Fault ride-through strategy for grid-forming direct-driven wind power generator based on NSC-DVR[J].Electric Power Automation Equipment,2025,45(09):88-95.
杭雨祺,任永峰,冯笑丹等.基于NSC-DVR的构网型直驱风机故障穿越策略[J].电力自动化设备,2025,45(09):88-95. DOI： 10.16081/j.epae.202506026.

HANG Yuqi,REN Yongfeng,FENG Xiaodan,et al.Fault ride-through strategy for grid-forming direct-driven wind power generator based on NSC-DVR[J].Electric Power Automation Equipment,2025,45(09):88-95. DOI： 10.16081/j.epae.202506026.

摘要

针对构网型直驱风电机组在电网电压故障期间面临的电流越限、功角突变、无功支撑能力不足等问题，提出一种基于网侧九开关变换器（NSC）结合动态电压恢复器（DVR）的新型拓扑与改进控制策略。建立该拓扑结构下的数学模型，制定NSC上通道柔性并网、下通道动态电压补偿一体化控制策略，并对虚拟同步机（VSG）关键参数进行分析。基于不平衡功率动态调整和无功下垂系数优化，改进VSG控制策略，进而自适应补偿因故障引起的功角波动及电压偏差。基于Simulink平台搭建仿真模型，进行方案有效性验证，仿真结果表明：该方案在对称、不对称电网故障下均能有效提升风电机组的暂态功角稳定性和无功主动支撑能力，降低电流越限风险，显著增强系统的故障穿越能力和并网可靠性。

Abstract

Aiming at the problems of current over-limit，sudden power angle change，and insufficient reactive power support capability faced by grid-forming direct-driven wind turbine generator units during grid vol-tage faults，a novel topology and improved control strategy combining a nine-switch converter（NSC） with a dynamic voltage restorer（DVR） is proposed. A mathematical model of the topology structure is established，and an integrated control strategy enabling flexible grid connection through the NSC upper channel and dynamic voltage compensation through the NSC lower channel is formulated，critical parameters of virtual synchronous generator（VSG） are analyzed. Based on the dynamic adjustment of unbalanced power and the optimization of reactive power droop coefficient，the control strategy of VSG is improved，then the power angle oscillation and voltage deviation induced by faults can be adaptively compensated. A simulation model is built in Simulink to verify the effective of the scheme，the simulative results show that the scheme can effectively enhance the transient power angle stability and reactive active support capacity of wind turbine units under both symmetrical and asymmetrical power grid faults，reduce the risk of current over-limit，and significantly improve the fault ride-through and gird connection reliability of the system.

关键词

Keywords

references

涂春鸣，杨万里，肖凡，等 . 考虑故障限流的VSG暂态功角稳定控制方法［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 9 ）： 55 - 62，94 ．

TU Chunming ， YANG Wanli ， XIAO Fan ， et al . Transient po-wer angle stability control method of VSG considering fault current limitation ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 9 ）： 55 - 62，94 .

CHEN S M ， SUN Y ， HOU X C ， et al . Quantitative parameters design of VSG oriented to transient synchronization stability ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2023 ， 38 （ 5 ）： 4978 - 4981 .

陶俊，高晖胜，辛焕海，等 . 考虑频率模态特性的虚拟同步机惯量与阻尼分析和控制设计［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 9 ）： 18 - 26 ．

TAO Jun ， GAO Huisheng ， XIN Huanhai ， et al . Analysis and control design of inertia and damping of VSG considering frequency modal characteristics ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 9 ）： 18 - 26 .

WANG J S ， MA K . Inertia and grid impedance emulation of power grid for stability test of grid-forming converter ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2023 ， 38 （ 2 ）： 2469 - 2480 .

FAN B ， WANG X F . Equivalent circuit model of grid-forming converters with circular current limiter for transient stability analysis ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2022 ， 37 （ 4 ）： 3141 - 3144 .

邱晓燕，林号缙，周毅，等 . 基于混合同步控制的构网型逆变器并网系统小扰动稳定性分析［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 9 ）： 172 - 178，185 ．

QIU Xiaoyan ， LIN Haojin ， ZHOU Yi ， et al . Study on small-signal stability of grid-connected grid-forming inverter system based on hybrid-synchronous control ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 9 ）： 172 - 178，185 .

CHEN L ， LI G C ， CHEN H K ， et al . Investigation of a modified flux-coupling-type SFCL for low-voltage ride-through fulfillment of a virtual synchronous generator ［J］. IEEE Tran-sactions on Applied Superconductivity ， 2020 ， 30 （ 4 ）： 5601006 .

董纪清，潘佳清，毛行奎 . 自适应正负序复合控制的VSG低电压穿越策略［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 2 ）： 815 - 822 ．

DONG Jiqing ， PAN Jiaqing ， MAO Xingkui . Low voltage ride-through strategy of VSG based on adaptive positive and negative sequence composite control ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 2 ）： 815 - 822 .

李清辉，葛平娟，肖凡，等 . 基于功角与电流灵活调控的VSG故障穿越方法研究［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 7 ）： 2071 - 2080 ．

LI Qinghui ， GE Pingjuan ， XIAO Fan ， et al . Study on fault ride-through method of VSG based on power angle and current flexible regulation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 7 ）： 2071 - 2080 .

王德胜，颜湘武，贾焦心，等 . 永磁直驱风机基于虚拟同步技术的高、低电压连续故障穿越策略［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 6 ）： 2164 - 2175 ．

WANG Desheng ， YAN Xiangwu ， JIA Jiaoxin ， et al . High／Low voltage continuous fault ride through strategy of PMSGs based on virtual synchronization technology ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 6 ）： 2164 - 2175 .

罗嘉，赵浩然，高术宁，等 . 基于显式模型预测控制和改进虚拟阻抗的双馈风机低电压穿越策略［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 5 ）： 1716 - 1723 ．

LUO Jia ， ZHAO Haoran ， GAO Shuning ， et al . LVRT strategy for DFIG based on explicit model predictive control and improved virtual impedance ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 5 ）： 1716 - 1723 .

张志文，彭政，王卿卿，等 . 风电场下储能式高功率型DVR优化补偿策略研究［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 18 ）： 69 - 77 ．

ZHANG Zhiwen ， PENG Zheng ， WANG Qingqing ， et al . Research on an optimal compensation strategy of an energy sto-rage high power DVR with wind farm ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 18 ）： 69 - 77 .

任永峰，云平平，薛宇，等 . NSC改善DFIG电能质量与故障穿越研究［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 17 ）： 5052 - 5062，5302 ．

REN Yongfeng ， YUN Pingping ， XUE Yu ， et al . The NSC for improving fault ride-through and power quality of DFIG ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 17 ）： 5052 - 5062，5302 .

LIU D L ， ZHANG X ， PAN L ， et al . Modelling and control of nine-switch converter based DFIG wind power system ［J］. Journal of Electrical Engineering & Technology ， 2020 ， 15 （ 6 ）： 2587 - 2599 .

GUAZZELLI P R U ， DOS SANTOS S T C A ， DE CASTRO A G ， et al . Decoupled predictive current control with duty-cycle optimization of a grid-tied nine-switch converter applied to an induction generator ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2022 ， 37 （ 3 ）： 2778 - 2789 .

王金鑫，任永峰，孟庆天，等 . 自抗扰控制的九开关变换器提升分散式风电系统电能质量［J］. 高电压技术， 2023 ， 49 （ 12 ）： 5207 - 5216 ．

WANG Jinxin ， REN Yongfeng ， MENG Qingtian ， et al . Nine-switch converter with active disturbance rejection control to improve power quality of distributed wind power system ［J］. High Voltage Engineering ， 2023 ， 49 （ 12 ）： 5207 - 5216 .

ZHANG J M ， PANG Y ， WANG K ， et al . Modulation method for nine-switch converter based on equivalent mechanism between nine-switch converter and dual six-switch converters ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2021 ， 68 （ 4 ）： 2845 - 2855 .

王梦涛，任永峰，乌森高乐，等 . 基于DSVPWM的PMSG并联型GS-NSC研究［J］. 太阳能学报， 2022 ， 43 （ 11 ）： 277 - 284 ．

WANG Mengtao ， REN Yongfeng ， WU Sengaole ， et al . Parallel GS-NSC based on DSVPWM for PMSG wind power system ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2022 ， 43 （ 11 ）： 277 - 284 .

国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会 . 风电场接入电力系统技术规定第1部分：陆上风电： GB／T 19963.1 — 2021 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2021 ．

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

关联资源

跟网型与构网型变流器混合系统中扰动功率的分阶段分配

九开关变换器分时协同模型预测电流控制

基于等面积准则的含电流限幅虚拟同步机控制暂态稳定性分析

虚拟同步耦合下储能的频率支撑与功率振荡多目标协调控制

基于有功分数阶微分校正的储能VSG并网有功响应策略