Abstract Virtual synchronous control (VSynC) technology that mimics the behavior of a conventional synchronous generator can be applied in wind turbines (WTs), where it can effectively improve equivalent inertia, damping coefficient, and wind power permeability. Given the unique partial-scale converter structure of a doubly-fed induction generator (DFIG) and its complicated DFIG-grid coupling effect, the grid-connected VSynC-based DFIG WTs have gained little attention. Moreover, under a weak grid condition, some unstable modes of VSynC can interact with the wind power system, which impacts the DFIG’s dynamic characteristics and system stability. To bridge the gap, this study proposes an output impedance model for a VSynC-based DFIG to analyze the grid-connected stability in weak grids. First, the output impedance mathematical model for a VSynC-based DFIG is derived and explained. On the basis of this novel model, the low-frequency characteristics and vital unstable factors of a VSynC-based DFIG are comprehensively investigated. The impact of different VSynC parameters and grid strengths are extensively studied. Finally, the proposed output impedance model is validated by direct current disturbing theory, frequency scanning method, generalized Nyquist criterion, and time-domain simulation (MATLAB/Simulink). All the obtained results are consistent with each other and prove the effectiveness and accuracy of the proposed impedance model.

中文翻译：

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基于虚拟同步控制的双馈感应发电机弱电网输出阻抗建模及并网稳定性研究

摘要 模拟传统同步发电机行为的虚拟同步控制（VSynC）技术可应用于风力涡轮机（WTs），可有效提高等效惯性、阻尼系数和风电渗透率。鉴于双馈感应发电机 (DFIG) 独特的部分规模转换器结构及其复杂的 DFIG 与电网耦合效应，基于并网 VSync 的 DFIG WT 很少受到关注。此外，在弱电网条件下，VSynC 的一些不稳定模式会与风电系统相互作用，从而影响双馈发电机的动态特性和系统稳定性。为了弥补这一差距，本研究提出了基于 VSynC 的 DFIG 的输出阻抗模型，以分析弱电网中的并网稳定性。第一的，导出并解释了基于 VSynC 的 DFIG 的输出阻抗数学模型。在这种新模型的基础上，全面研究了基于 VSync 的双馈电机的低频特性和重要的不稳定因素。广泛研究了不同 VSync 参数和网格强度的影响。最后，通过直流干扰理论、频率扫描方法、广义奈奎斯特准则和时域仿真（MATLAB/Simulink）对所提出的输出阻抗模型进行了验证。所有得到的结果相互一致，证明了所提出的阻抗模型的有效性和准确性。广泛研究了不同 VSync 参数和网格强度的影响。最后，通过直流干扰理论、频率扫描方法、广义奈奎斯特准则和时域仿真（MATLAB/Simulink）对所提出的输出阻抗模型进行了验证。所有得到的结果相互一致，证明了所提出的阻抗模型的有效性和准确性。广泛研究了不同 VSync 参数和网格强度的影响。最后，通过直流干扰理论、频率扫描方法、广义奈奎斯特准则和时域仿真（MATLAB/Simulink）对所提出的输出阻抗模型进行了验证。所有得到的结果相互一致，证明了所提出的阻抗模型的有效性和准确性。