DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1627 文章編號：0254-0096（2024）02-0102-07

摘 要：針對附加阻尼控制下風電機組機械載荷問題，開展風電機組機網耦合載荷建模及載荷特性分析研究。采用FAST與Matlab/Simulink軟件聯(lián)合方法，建立綜合考慮機組機械特性和電氣特性的并網風電機組機網耦合載荷模型。采用所建模型開展附加阻尼控制對機組機械載荷影響的仿真分析，并復現附加阻尼控制下風電機組機械系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的機網共振現象。結果表明，所建模型能夠表征附加阻尼控制下風電機組機械系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的耦合互作用，系統(tǒng)低頻振蕩會導致機組關鍵結構出現明顯振動載荷，且系統(tǒng)振蕩頻率與機組機械結構固有振動頻率接近時兩者共振會急劇加大機組振動載荷。

關鍵詞：風力發(fā)電；風電機組；結構載荷；阻尼控制；機網耦合

中圖分類號：TK81""""""""""""""""""""""""""""""""" 文獻標志碼：A

0 引 言

雙碳背景下含高比例風電的新型電力系統(tǒng)加速形成，風電支撐電網需求迫切。其中，風電阻尼電網功率振蕩為重要支撐任務之一［1-4］，國內新版風電并網標準已對其做出規(guī)定［5］。然而，阻尼控制作用下風電機組（wind turbine generator system，WTGS）與電網動態(tài)耦合加強，電網動態(tài)行為對機組影響凸顯。開展阻尼控制下風電機組機械載荷特性研究，對機組自身可靠性及新型電力系統(tǒng)運行安全穩(wěn)定性意義重大。

含風電電力系統(tǒng)的功率振蕩及其阻尼控制已有較多研究成果［6］。文獻［7-9］采用模態(tài)分析、開環(huán)模式分析等方法，研究了大規(guī)模風力發(fā)電機組并網對電力系統(tǒng)低頻振蕩模式的影響，結果表明在一定條件下風電并網運行會惡化系統(tǒng)阻尼。為提高含風電電力系統(tǒng)的阻尼，文獻［10-11］研究了風電機組有功功率控制環(huán)附加阻尼方法，文獻［12-13］研究了無功功率控制環(huán)附加阻尼方法，文獻［14-15］提出有功-無功綜合調制的風電機組阻尼控制方法，此外，也有大量文獻［16-17］針對風電機組附加阻尼控制器參數設計問題進行了有益探討。但是，相關研究主要關注風電入網對系統(tǒng)阻尼特性的影響及風電提升系統(tǒng)阻尼的控制方法。阻尼控制作用下機網強相互作用給風電機組自身機械系統(tǒng)帶來的沖擊載荷問題仍缺乏深入認知。

此外，建模是研究附加阻尼控制下風電機組載荷問題的有效手段。Matlab/Simulink、PSCAD等仿真工具提供了多種風電機組模型［18］。上述模型主要關注風電機組電氣動暫態(tài)特性，便于研究風電并網控制等問題。但是，這些軟件中的模型通常對機組氣動和結構動力特性進行大幅簡化，難以適用于風電機組機械載荷分析研究。同時，諸如FAST、Bladed等［19-20］專業(yè)風電機組設計工具為機械載荷分析設計提供了便利。但是，此類軟件未顧及電網動暫態(tài)特性，同樣難以滿足附加阻尼控制下風電機組載荷特性研究需求。

基于此，為探究附加阻尼控制對風電機組載荷特性的影響規(guī)律，以雙饋風電機組（donble fed induction generator，DFIG）為例，開展附加阻尼控制下風電機組載荷特性建模及分析研究?？紤]附加阻尼控制下風電機組的機網互作用，采用FAST及Matlab聯(lián)合建模方法，建立風電機組的機網耦合載荷模型?；谠撃Ｐ头抡娣治龈郊幼枘峥刂脐P鍵參數對機組動態(tài)載荷的影響規(guī)律，并復現風電機組機械系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的機網共振現象。

1 風電機組機網耦合載荷模型

附加阻尼控制下風電機組載荷問題涉及氣動、機械、電氣等多學科，采用單一工具難以有效建模。因此，為表征附加阻尼控制風電機組機網耦合作用下的機械載荷特性，采用軟件聯(lián)合方法對其建模。

集成化軟件包FAST由美國國家可再生能源實驗室開發(fā)，具有較高的風電機組載荷計算精度［20］。本文采用該工具對風力機氣動特性，及葉片、塔筒、傳動鏈等機械部件的動態(tài)特性進行建模。Matlab/Simulink便于電氣和控制系統(tǒng)建模，且與FAST接口便利。因此，雙饋風電機組電氣和控制系統(tǒng)模型，包括電網模型，雙饋電機及其變流器控制模型，變槳控制和附加阻尼控制等模型采用Matlab/Simulink構建?；贔AST-Matlab/Simulink的雙饋風電機組機網耦合載荷模型結構如圖1所示。各子系統(tǒng)/部件模型簡述如下。

1.1 電力系統(tǒng)模型

電力系統(tǒng)采用經典Kundur兩區(qū)四機模型，并在區(qū)域1接入單機等值雙饋風電場WF，如圖2所示。系統(tǒng)中同步機組SG采用7階電磁暫態(tài)模型表征，每臺同步機組均配置相同調速系統(tǒng)（圖3）和勵磁系統(tǒng)（圖4），詳細介紹見文獻［21］。

1.2 機械結構和氣動模型

1.2.1 葉片及塔筒模型

FAST視葉片和塔筒為柔性結構體，分別連接于剛性輪轂和地面，并利用假設模態(tài)方法表征葉片和塔筒的動態(tài)。葉片和塔筒的位移量[u（z，"t）]可表示為［20］：

[u（z，"t）=∑qi（t）?i（z）"""，i=1，2，???，n] （1）

式中：z ——葉片或塔筒中線；[t]——時間；[qi（t）]——塔頂或葉尖廣義坐標；[?i（z）]——葉片或塔筒模態(tài)形狀。

1.2.2 傳動鏈模型

風電機組傳動鏈通常采用集中質量塊建模方法。本文采用兩質量塊模型表征傳動鏈，其中，風輪視為一個質量塊，雙饋電機及齒輪箱視為為另一質量塊，其數學表達式為：

[Jtdωtdt=Tt-Ksθs-Ds（ωt-ωg）Jgdωgdt=Ksθs-Ds（ωt-ωg）-Tedθsdt=ωt-ωg]"" （2）

式中：[Jt]、[Jg]——風電機組風輪和雙饋電機轉子（含齒輪箱）的等效慣量，kg/m2；[ωt]、[ωg]——風輪和雙饋電機轉子的角速度，r/min；[Tt]、[Te]——風輪機械轉矩和雙饋電機電磁轉矩，kN·m；[θs]——風輪與雙饋發(fā)電機轉子間角度差，（ °）；[Ds]、[Ks]——傳動鏈阻尼（N·s·m2）和剛度系數（N·m2）。

1.2.3 空氣動力模型

葉片氣動力由子程序AeroDyn根據葉素動量理論建模，其計算出葉片氣動力后傳送給FAST動態(tài)子程序。同時，FAST計算出葉根至葉尖每一葉素的位移和速度，并返送至AeroDyn。AeroDyn再利用所得位移和速度數據，計算出每一葉素的攻角，并反過來修正葉素氣動力和氣動力矩的計算結果［20］。

1.3 雙饋電機及其變流器控制模型

雙饋電機采用詳細電磁暫態(tài)模型。而為了提高仿真效率，機側和網側變流器采用平均化模型。機側和網側變流器采用矢量控制，其中，機側變流器控制機組輸出有功和無功功率，其控制模型如圖5a所示；網側變流器控制直流側電壓，其控制模型如圖5b所示。

1.4 最大風能跟蹤及變槳控制模型

模型中考慮最大風能跟蹤和變槳兩大主要控制功能。其中，最大風能跟蹤控制采用簡單查表控制方法。變槳控制模型如圖6所示，控制器采用常規(guī)比例-積分（PI）器，變槳驅動系統(tǒng)動態(tài)采用一階慣性環(huán)節(jié)模擬，同時模型還考慮限幅、限速等環(huán)節(jié)。圖中，[ωt_ref、][ωt]為葉輪轉速參考值和實際值；[βref、β]為槳距角參考值和實際值；[Tservo]為變槳驅動系統(tǒng)的等值慣性時間常數；s為微分算子。

1.5 附加阻尼控制模型

雙饋風電機組附加阻尼控制通常采用變流器控制方式，即當系統(tǒng)發(fā)生振蕩時控制器輸出與振蕩相關的控制給定信號，附加至變流器有功控制環(huán)或無功控制環(huán)的原始給定信號，控制雙饋電機輸出與系統(tǒng)振蕩相關的有功阻尼功率或無功阻尼功率，用以抵消系統(tǒng)功率振蕩，達到抑制振蕩的目的。

無功附加阻尼控制一般不會顯著改變雙饋風電機組的有功出力，基本不會影響機組機械特性。因此，本文主要研究有功附加阻尼控制對機械載荷的影響。所建雙饋風電機組典型有功功率環(huán)附加阻尼控制模型如圖7所示。圖中，[Pflow]為兩區(qū)四機電力系統(tǒng)傳輸線有功功率實際值，其經過濾波、相位補償、增益和限幅等環(huán)節(jié)后，形成有功功率附加阻尼控制的輸出給定信號[ΔPdamp]，并與最大風能跟蹤控制的輸出參考信號[PMPPT]相加，作為最終有功功率給定信號[Pref]，并送入機側變流器以控制雙饋電機輸出相應有功功率。[Tw、][T、][K]分別表示附加阻尼控制的濾波時間常數、相位補償系數、增益系數。

2 機網耦合載荷模型性能分析

為驗證所建FAST-Matlab/Simulink雙饋風電機組機網耦合載荷模型的有效性，針對其開展仿真分析。仿真中，兩區(qū)四機電力系統(tǒng)中4臺同步機組參數相同［21］，容量均為900 MW，其穩(wěn)態(tài)輸出功率均設為0.8 pu×900 MW=720 MW，區(qū)域1等值負荷[L1=1267]MW，區(qū)域2等值負荷[L2=1767] MW。單機等值雙饋風電場容量為200臺×1.5 MW/臺=300 MW，其基本參數見表1、表2。由于本文側重研究附加阻尼控制下風電機組的動態(tài)載荷問題，所以，為排除風速變化所引起動態(tài)載荷的干擾，采用14 m/s恒風速（機組額定風速為11 m/s）。設100 s時電網兩區(qū)域間雙聯(lián)絡線之一發(fā)生三相跳閘，持續(xù)0.1 s后重合，用于激發(fā)系統(tǒng)低頻振蕩。

在上述仿真條件下，有無附加阻尼控制兩種不同情況下雙饋風電機組的電氣和機械特性如圖8～圖10所示。其中，附加阻尼控制的增益系數[K=0.002]，無附加阻尼控制即[K=0]。

圖8為系統(tǒng)發(fā)生振蕩時聯(lián)絡線有功功率曲線，可看出，風電場附加阻尼控制后系統(tǒng)聯(lián)絡線功率振蕩幅值變小，持續(xù)時間變短。表明附加阻尼控制后，風電場能夠有效增加系統(tǒng)的綜合阻尼。

圖9為系統(tǒng)發(fā)生振蕩時雙饋風電場/風電機組的輸出有功功率曲線，可看出，附加阻尼控制后，雙饋風電場輸出有功功率隨系統(tǒng)聯(lián)絡線功率振蕩而發(fā)生改變。

圖10為系統(tǒng)發(fā)生振蕩時雙饋風電機組幾個關鍵載荷曲線，可看出，附加阻尼控制后，雙饋風電機組傳動鏈高速軸轉矩、塔筒前后力矩、塔筒側向力矩均出現大幅振蕩。而葉片揮舞彎矩、葉片擺振彎矩兩個載荷則與無附加阻尼控制時差別不大。原因在于葉片載荷主要由氣動力（風速決定）和重力決定，其與機組有功出力耦合較小。

3 附加阻尼控制關鍵參數對機組載荷的影響

附加阻尼控制增益系數[K]對風電機組阻尼控制能力起決定作用。為探究附加阻尼控制對風電機組載荷特性的影響，采用所建機網耦合載荷模型仿真分析不同阻尼增益系數[K]（分別取0、0.001、0.002、0.003）下機組的載荷特性，仿真中系統(tǒng)參數和仿真條件設置同第2節(jié)。時域仿真結果的頻譜如圖11、圖12所示。說明：由第2節(jié)可知，有無附加阻尼控制情況下雙饋風電機組葉片載荷基本無差別，所以，本仿真僅給出不同阻尼增益下傳動鏈和塔筒載荷的頻譜分析結果；時域仿真結果的直流量在頻譜分析時均去除。

圖11為不同阻尼增益下系統(tǒng)聯(lián)絡線的有功功率頻譜，可看出，[K=0]，即風電場無附加阻尼控制時，聯(lián)絡線有功功率

振蕩幅值較大，而隨著[K]不斷增大，其幅值迅速減小。此外，由圖11也可看出，聯(lián)絡線功率的振蕩頻率隨著[K]的變化而發(fā)生一定漂移。這是由于，風電場附加阻尼控制改變了系統(tǒng)總阻尼，而系統(tǒng)低頻振蕩頻率與其阻尼直接相關。

圖12為不同阻尼增益下傳動鏈和塔筒載荷的頻譜分析結果?？煽闯?，[K=0]，即無附加阻尼時風電機組各關鍵載荷基本無無周期分量出現；而在3種非零阻尼增益[K]下，各關鍵載荷都呈現出幅值較大的多個周期分量，且各載荷的周期分量位于0.42、0.70、0.42、2.25及3.00 Hz幾個固定頻率點。為清楚起見，列出各載荷的頻率分布，并給出各周期分量出現的原因，如表3所示。由表易知，風電機組附加阻尼控制下系統(tǒng)低頻振蕩會引起其傳動鏈和塔筒的多模態(tài)自由振動，且系統(tǒng)低頻振蕩模態(tài)（0.7 Hz左右）會耦合進入塔筒和傳動鏈載荷。此外，由圖12也可看出，阻尼增益[K]越大，各載荷周期分量幅值也越大，即兩者呈正相關關系。

注：H、L分別表示載荷中該頻率分量含量較高、較低。

4 附加阻尼控制下機網共振現象

系統(tǒng)低頻振蕩頻率一般處于0.1～2.0 Hz范圍。由第3節(jié)分析可知，上述頻率范圍覆蓋大型風電機組傳動鏈固有振動頻率（一般約1 Hz）和塔筒固有振動頻率（一般為0.5 Hz）。在附加阻尼控制作用下，系統(tǒng)低頻振蕩頻率與機組機械振動頻率可能重疊，出現兩者共振加強現象。

本節(jié)以系統(tǒng)低頻振蕩和塔筒振動的共振加強為例，仿真復現附加阻尼控制下機網共振現象。仿真中，通過調整塔筒剛度將其一階固有振動頻率調整為恒定0.48 Hz，系統(tǒng)低頻振蕩頻率則通過改變系統(tǒng)中同步機慣性時間常數的方法進行調整，其他仿真條件與第2節(jié)相同。圖13、圖14分別給出了塔筒前后、側向力矩在系統(tǒng)低頻振蕩頻率和塔筒固有振動頻率接近、不接近兩種情況下的時域曲線和頻域圖。其中，“兩者頻率接近”表示系統(tǒng)低頻振蕩頻率（約0.48 Hz，對應同步機慣性時間常數為6.5 s）和塔筒一階固有振動頻率（0.48 Hz）基本相等的情況；“兩者頻率不接近”表示系統(tǒng)低頻振蕩頻率（約0.58 Hz，對應同步機慣性時間常數為10.5 s）和塔筒一階固有振動頻率（0.48 Hz）差別較大的情況。

由圖13、圖14可見，相比兩者頻率不接近的情況，兩者頻率接近時塔筒前后力矩和側向力矩的振動幅值及持續(xù)時間都顯著增加，甚至塔筒側向力矩呈現出波動發(fā)散趨勢。上述結果表明，系統(tǒng)低頻振蕩頻率與風電機組塔筒一階固有振動頻率接近情況下，電網和風電機組塔筒發(fā)生了共振，且兩者之間的共振顯著加劇了塔筒載荷。

5 結 論

綜合采用FAST及Matlab/Simulink建立附加阻尼控制下雙饋風電機組機網耦合載荷模型，并對模型性能進行仿真分析?；谠撃Ｐ头抡娣治龈郊幼枘峥刂脐P鍵參數對風電機組機械載荷的影響，并成功復現附加阻尼控制下風電機組機械結構與電力系統(tǒng)的機網共振現象。主要得出如下結論：

1）附加阻尼控制下風電機組機械系統(tǒng)與電力系統(tǒng)動態(tài)耦合加強，系統(tǒng)低頻振蕩會導致機組多個部件均出現振動載荷，其中傳動鏈和塔筒振動載荷最為顯著。

2）隨著附加阻尼增益系數增大系統(tǒng)低頻振蕩所致風電機組振動載荷越大，即系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時，風電機組阻尼能力大小與其所產生振動載荷大小呈正相關關系。

3）系統(tǒng)低頻振蕩頻率和風電機組機械結構固有振動頻率接近時，兩者會發(fā)生機網共振，從而急劇加大風電機組振動載荷。

4）所建機網耦合載荷模型能夠較好表征附加阻尼控制下風電機組機械系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的耦合互作用，可用于研究附加阻尼控制優(yōu)化設計及風電機組機械可靠性設計。

［參考文獻］

［1］"""" 劉其輝， 田若菡， 賈瑞媛， 等. 基于模糊控制的雙饋風電機組次同步振蕩自適應抑制策略［J］. 太陽能學報， 2023， 44（7）： 392-401.

LIU Q H， TIAN R H， JIA R Y， et al. Adaptive subsynchronous oscillation suppression strategy of double-fed wind power generator based on fuzzy control［J］. Acta energiae solaris sinica， 2023， 44（7）： 392-401.

［2］"""" 程鵬， 馬靜， 李慶， 等. 風電機組電網友好型控制技術要點及展望［J］. 中國電機工程學報， 2020， 40（2）： 456-467.

CHENG P， MA J， LI Q， et al. A review on grid-friendly control"" technologies"" for"" wind"" power"" generators［J］. Proceedings of the CSEE， 2020， 40（2）： 456-467.

［3］"""" 張祥宇， 朱正振， 付媛， 等. 風電互聯(lián)變慣量系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析與分區(qū)協(xié)同控制［J］. 太陽能學報， 2021， 42（6）： 329-336.

ZHANG X Y， ZHU Z Z， FU Y， et al. Transient stability analysis and zonal cooperative control in interconnected variable"" inertia"" wind" power" system［J］." Acta"" energiae solaris sinica， 2021， 42（6）： 329-336.

［4］"""" 胡文波， 賈祺， 劉侃， 等. 低運行工況下直驅風電場電流內環(huán)主導的次同步振蕩特性研究［J］. 太陽能學報， 2022， 43（4）： 341-350.

HU" W" B，" JIA" Q，" LIU" K，" et"" al." Sub-synchronous oscillation of direct drive PMSG based wind farm under low operating"" conditions" connected" to"" weak"" grid［J］." Acta energiae solaris sinica， 2022， 43（4）： 341-350.

［5］"""" GB/T 19963.1—2021， 風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定 第1部分：陸上風電［S］.

GB/T 19963.1—2021， Technical specification for connecting wind farm to power system—part 1： on shore wind power［S］.

［6］"""" 余希瑞， 周林， 郭珂， 等. 含新能源發(fā)電接入的電力系統(tǒng)低頻振蕩阻尼控制研究綜述［J］. 中國電機工程學報， 2017， 37（21）： 6278-6290.

YU X R， ZHOU L， GUO K， et al. A survey on low frequency oscillation damping control in power system integrated with new energy power generation［J］. Proceedings of the CSEE， 2017， 37（21）： 6278-6290.

［7］"""" DU W J， BI J T， CAO J， et al. A method to examine the impact of grid connection of the DFIGs on power system electromechanical oscillation modes［J］. IEEE transactions on power systems， 2016， 31（5）： 3775-3784.

［8］"""" LI Y， FAN L L， MIAO Z X. Wind in weak grids： low-frequency oscillations， subsynchronous oscillations， and torsional"" interactions［J］." IEEE"" transactions"" on"" power systems， 2020， 35（1）： 109-118.

［9］"""" GARMROODI M， HILL D J， VERBI? G， et al. Impact of tie-line""" power"" on"" inter-area"" modes"" with"" increased penetration of wind power［J］. IEEE transactions on power systems， 2016， 31（4）： 3051-3059.

［10］""" 張子泳， 胡志堅， 劉宇凱. 計及廣域信號時變時滯影響的大型雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)附加魯棒阻尼控制［J］. 電工技術學報， 2014， 29（4）： 246-255.

ZHANG Z Y， HU Z J， LIU Y K. Additional robust damping control of large scale DFIG-based wind power generation system with wide-area signals， time-varying delay influence［J］. Transactions of China Electrotechnical Society， 2014， 29（4）： 246-255.

［11］""" SINGH M， ALLEN A J， MULJADI E， et al. Interarea oscillation damping controls for wind power plants［J］. IEEE transactions on sustainable energy， 2015， 6（3）： 967-975.

［12］""" LIAO K， HE Z Y， XU Y， et al. A sliding mode based damping control of DFIG for interarea power oscillations［J］. IEEE transactions on sustainable energy， 2017， 8（1）： 258-267.

［13］""" EDRAH M， LO K L， ANAYA-LARA O. Reactive power control of DFIG wind turbines for power oscillation damping under a wide range of operating conditions［J］. IET generation， transmission amp; distribution， 2016， 10（15）： 3777-3785.

［14］""" LIAO K， XU Y， HE Z Y， et al. Second-order sliding mode based P-Q coordinated modulation of DFIGs against interarea oscillations［J］. IEEE transactions on power systems， 2017， 32（6）： 4978-4980.

［15］""" GURUNG N， BHATTARAI R， KAMALASADAN S. Optimal oscillation damping controller design for large-scale wind integrated power grid［J］. IEEE transactions on industry applications， 2020， 56（4）： 4225-4235.

［16］""" 張辰， 柯德平， 孫元章. 雙饋風電機組附加阻尼控制器與同步發(fā)電機PSS協(xié)調設計［J］. 電力系統(tǒng)自動化， 2017， 41（8）： 30-37.

ZHANG C， KE D P， SUN Y Z. Coordinative design for supplementary damping controller of doubly-fed induction generator""" and"""" PSS""" of""" synchronous""" generator［J］. Automation of electric power systems， 2017， 41（8）： 30-37.

［17］""" 李生虎， 孫琪， 石雪梅， 等. 基于區(qū)域極點配置的風電系統(tǒng)弱阻尼低頻振蕩模式抑制［J］. 電力系統(tǒng)保護與控制， 2017， 45（20）： 14-20.

LI S H， SUN Q， SHI X M， et al. Suppression of weakly damped low-frequency modes of wind power system based on regional pole placement［J］. Power system protection and control， 2017， 45（20）： 14-20.

［18］""" OKEDU K E. Effect of ECS low-pass filter timing on grid frequency dynamics of a power network considering wind energy penetration［J］. IET renewable power generation， 2017， 11（9）： 1194-1199.

［19］""" BOSSANYI E A. GH bladed theory manual［R］. Bristol： gaerrad hassan and partners limited， 2015.

［20］""" JONKMAN J M， BUHL M L . FAST user’s guide［R］. National Renewable Energy Laboratory（NREL）， Golden， Co， tech. rep.， 2005.

［21］""" KLEIN M， ROGERS G J， KUNDUR P. A fundamental study of inter-area oscillations in power systems［J］. IEEE transactions on power systems， 1991， 6（3）： 914-921.

MODELING AND ANALYSIS ON MACHINE-GRID COUPLING LOADS OF

WTGS WITH ADDITIONAL DAMPING CONTROL

Yang Chao1，Li Donghan1，Hu Yaogang1，Jia Yong1，Li Hui2，Liu Jing3

（1. Chongqing Engineering Research Center of Energy Internet， Chongqing University of Technology， Chongqing 400054， China；

2. State Key Laboratory of Power Transmission Equipment amp; System Security and New Technology （Chongqing University）， Chongqing 400044， China；

3. CSIC Haizhuang Windpower Co.， Ltd.， Chongqing 401122， China）

Abstract：In terms of mechanical loads of the wind turbine generator system （WTGS） with the additional damping control （ADC）， modeling and analysis on mechanical loads are carried out for the WTGS considering machine-grid coupling. FAST associated with Matlab/Simulink is used to establish the mechanical-grid coupled model for the loads of the grid-connected WTGS， which takes into account both mechanical and electrical characteristics. Impacts of ADC on mechanical loads of the WTGS with ADC are simulated and investigated through the established model. And the resonance phenomenon between the WTGS mechanical system and the power system is recurred through the model. Results show that， the established model can effectively reflect the coupling interaction between the power system and the mechanical system in the WTGS under ADC， and the low-frequency oscillations of the power system lead to remarkable vibration loads in key WTGS structures， and when the natural vibration frequency of mechanical structures and the power system oscillation frequency approach to each other there is a sharp increase in vibration loads of a WTGS due to their resonance.

Keywords：wind power； wind turbines； structural loads； damping control； machine-grid coupling

收稿日期：2022-10-26

基金項目：重慶市基礎科學與前沿技術研究專項基金（cstc2020jcyj-msxmX0395）；重慶市教委科學技術研究項目（KJQN201901104）；

國家自然科學基金（51675354）

通信作者：胡姚剛（1985—），男，博士、副教授，主要從事新能源發(fā)電技術、電力系統(tǒng)運行與控制方面的研究。huyaogang345@163.com