Frequency Characteristic Analysis for Power System with Integration of Renewable Energy by Self-synchronous Voltage Source

LI Wei; ZHU Ling; QI Xiaojing; QUAN Xiangjun; WU Zaijun; ZHENG Jianyong

doi:10.7500/AEPS20220925003

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Frequency Characteristic Analysis for Power System with Integration of Renewable Energy by Self-synchronous Voltage Source

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Frequency Characteristic Analysis for Power System with Integration of Renewable Energy by Self-synchronous Voltage Source
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 17, Pages: 38-46(2023)
- 作者机构：
  
  1.国电南瑞科技股份有限公司，江苏省南京市 211106
  2.东南大学电气工程学院，江苏省南京市 210096
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Corporation of China(5100-202040462A-0-0-00)
- DOI：10.7500/AEPS20220925003
  CLC：
- Received：25 September 2022，
  
  Revised：2023-04-06，
  
  Published Online：18 July 2023，
  
  Published：10 September 2023
- 稿件说明：
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李威,朱玲,祁晓婧等.新能源自同步电压源接入电力系统频率特性分析[J].电力系统自动化,2023,47(17):38-46.

LI Wei,ZHU Ling,QI Xiaojing,et al.Frequency Characteristic Analysis for Power System with Integration of Renewable Energy by Self-synchronous Voltage Source[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(17):38-46.
李威,朱玲,祁晓婧等.新能源自同步电压源接入电力系统频率特性分析[J].电力系统自动化,2023,47(17):38-46. DOI： 10.7500/AEPS20220925003.

LI Wei,ZHU Ling,QI Xiaojing,et al.Frequency Characteristic Analysis for Power System with Integration of Renewable Energy by Self-synchronous Voltage Source[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(17):38-46. DOI： 10.7500/AEPS20220925003.

摘要

随着新能源渗透率的提高，研究新能源以自同步电压源形式接入后的系统频率动态特性对系统频率稳定分析具有重要意义。基于此，文中采用负荷容量为基准容量，构建了包含同步发电机、跟网型电流源接入新能源、构网型自同步电压源接入新能源在内的系统频率动态聚合模型，分别采用阻尼比、

∞

范数等指标分析了自同步电压源型新能源占比与自同步电压源控制参数对系统频率动稳态性能的影响。研究结果显示，自同步电压源型新能源占比对系统频率性能的影响存在临界范围，当自同步电压源型新能源占比超出临界范围时，占比提高对频率性能的提升作用明显降低。最后，通过基于RT-LAB的实时仿真，验证了所提系统频率动态聚合模型的有效性及分析结果的正确性。

Abstract

With the increase of renewable energy penetration

it is of great significance for the system frequency stability analysis to study the dynamic characteristics of the frequency of the system with the integration of renewable energy by the self-synchronous voltage source. Based on this

by using the load capacity as the reference capacity

this paper constructs a system frequency dynamic aggregation model including the synchronous generator and the integration of renewable energy by the grid-following current source and the grid-forming self-synchronous voltage source. And the influence of the proportion of renewable energy by the self-synchronous voltage source and the control parameters of the self-synchronous voltage source on the dynamic and steady-state performance of the system frequency is analyzed by using the damping ratio and the

∞

norm index. The research results show that there is a critical range of the influence of the proportion of self-synchronous voltage source on the system frequency performance

and the effect of proportion increase on the frequency performance is obviously reduced when the proportion of self-synchronous voltage source exceeds the critical range. Finally

the effectiveness of the proposed system frequency dynamic aggregation model and the correctness of the analysis results are verified by the real-time simulation based on RT-LAB.

关键词

Keywords

references

周勤勇，赵珊珊，刘增训，等 . 高比例新能源电力系统稳定拐点释义［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 8 ）： 2979 - 2986 .

ZHOU Qinyong ， ZHAO Shanshan ， LIU Zengxun ， et al . Discussion on inflection point for power system stability with high proportion of new energy generation ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 8 ）： 2979 - 2986 .

柯德平，冯帅帅，刘福锁，等 . 新能源发电调控参与的送端电网直流闭锁紧急频率控制策略快速优化［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 5 ）： 1204 - 1218 .

KE Deping ， FENG Shuaishuai ， LIU Fusuo ， et al . Rapid optimization for emergent frequency control strategy with the power regulation of renewable energy during the loss of DC connection ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 5 ）： 1204 - 1218 .

曹炜，钦焕乘，陆建忠，等 . 新型电力系统下虚拟同步机的定位和应用前景展望［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 4 ）： 190 - 207 .

CAO Wei ， QIN Huancheng ， LU Jianzhong ， et al . Orientation and application prospect of virtual synchronous generator in new power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 4 ）： 190 - 207 .

GARMROODI M ， VERBIČ G ， HILL D J . Frequency support from wind turbine generators with a time-variable droop characteristic ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2018 ， 9 （ 2 ）： 676 - 684 .

张桂红，刘飞，王世斌，等 . 高比例新能源电力系统频率稳定性的惯量需求分析［J］. 电力系统及其自动化学报， 2022 ， 34 （ 7 ）： 81 - 87 .

ZHANG Guihong ， LIU Fei ， WANG Shibin ， et al . Inertia requirement analysis of frequency stability of renewable-dominant power system ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2022 ， 34 （ 7 ）： 81 - 87 .

沈政委，孙华东，仲悟之，等 . 基于关键事件的高比例新能源电力系统故障连锁演化规律分析［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 24 ）： 57 - 65 .

SHEN Zhengwei ， SUN Huadong ， ZHONG Wuzhi ， et al . Key event based analysis of evolution law of cascading failures in power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 24 ）： 57 - 65 .

徐政 . 海上风电送出主要方案及其关键技术问题［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 21 ）： 1 - 10 .

XU Zheng . Main schemes and key technical problems for grid integration of offshore wind farm ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 21 ）： 1 - 10 .

管敏渊 . 虚拟同步机运行状态下并网储能系统自动能量控制［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 23 ）： 144 - 150 .

GUAN Minyuan . Automatic energy control of grid-connected energy storage system under virtual synchronous generator operation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 23 ）： 144 - 150 .

颜湘武，张伟超，崔森，等 . 基于虚拟同步机的电压源逆变器频率响应时域特性和自适应参数设计［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （增刊1 ）： 241 - 254 .

YAN Xiangwu ， ZHANG Weichao ， CUI Sen ， et al . Frequency response characteristics and adaptive parameter tuning of voltage-sourced converters under VSG control ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ Supplement 1 ）： 241 - 254 .

全相军，张从越，吴在军，等 . 电压控制型并网逆变器瞬时功率降阶控制方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 2 ）： 139 - 147 .

QUAN Xiangjun ， ZHANG Congyue ， WU Zaijun ， et al . Order-reduced control method of instantaneous power for voltage-controlled grid-connected inverter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 2 ）： 139 - 147 .

郑超，王士元，张波琦，等 . 光伏高渗透电网动态频率特性及应对措施［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 11 ）： 4064 - 4073 .

ZHENG Chao ， WANG Shiyuan ， ZHANG Boqi ， et al . Dynamic frequency characteristics and countermeasures of power grid with highly penetrated photovoltaics ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 11 ）： 4064 - 4073 .

刘福锁，卿梦琪，唐飞，等 . 计及风电一次调频和频率约束的风电占比极限值计算［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 3 ）： 863 - 870 .

LIU Fusuo ， QING Mengqi ， TANG Fei ， et al . Limit proportion calculation of wind power considering primary frequency modulation and frequency constraints ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 3 ）： 863 - 870 .

徐箭，施微，徐琪 . 含风电的电力系统动态频率响应快速评估方法［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 10 ）： 22 - 27 .

XU Jian ， SHI Wei ， XU Qi . A fast assessment method for power system dynamic frequency response to wind power fluctuation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 10 ）： 22 - 27 .

张剑云，李明节 . 新能源高渗透的电力系统频率特性分析［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 11 ）： 3498 - 3507 .

ZHANG Jianyun ， LI Mingjie . Analysis of the frequency characteristic of the power systems highly penetrated by new energy generation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 11 ）： 3498 - 3507 .

龚浩岳，周勤勇，郭强，等 . 高比例新能源接入场景电力系统频率分析模型改进与应用［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 12 ）： 4603 - 4612 .

GONG Haoyue ， ZHOU Qinyong ， GUO Qiang ， et al . Improvement and application of frequency analysis modules for power system in high proportion of renewable energy situation ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 12 ）： 4603 - 4612 .

黄林彬，辛焕海，黄伟，等 . 含虚拟惯量的电力系统频率响应特性定量分析方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 8 ）： 31 - 38 .

HUANG Linbin ， XIN Huanhai ， HUANG Wei ， et al . Quantified analysis method of frequency response characteristics for power systems with virtual inertia ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 8 ）： 31 - 38 .

KUNDUR P ， BALU N J ， LAUBY M G . Power system stability and control ［M］. New York， USA ： McGraw-Hill ， 1994 .

盛万兴，吕志鹏，崔健，等 . 虚拟同步机运行区域计算与参数分析［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 5 ）： 1557 - 1565 .

SHENG Wanxing ， LÜ Zhipeng ， CUI Jian ， et al . Operation area calculation and parameter analysis of virtual synchronous generator ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 5 ）： 1557 - 1565 .

高晖胜，訾鹏，黄林彬，等 . 能量约束下电力电子并网装备的最优频率控制［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 17 ）： 9 - 18 .

GAO Huisheng ， ZI Peng ， HUANG Linbin ， et al . Optimal frequency control of grid-connected power electronic devices with energy constraints ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 17 ）： 9 - 18 .

高晖胜，辛焕海，黄林彬，等 . 新能源电力系统的共模频率分析及其特征量化［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 3 ）： 890 - 900 .

GAO Huisheng ， XIN Huanhai ， HUANG Linbin ， et al . Characteristic analysis and quantification of common mode frequency in power systems with high penetration of renewable resources ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 3 ）： 890 - 900 .

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