Evaluation Method for Node Inertia Distribution of Power Grids Based on Small Disturbance Frequency Measurement Data

LI Yong; CHANG Fanrui; PENG Yanjian; GAO Yousong; ZHOU Nianguang; YU Haifeng

doi:10.7500/AEPS20230814004

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Evaluation Method for Node Inertia Distribution of Power Grids Based on Small Disturbance Frequency Measurement Data

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Evaluation Method for Node Inertia Distribution of Power Grids Based on Small Disturbance Frequency Measurement Data
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 13, Pages: 50-59(2024)
- 作者机构：
  
  1.输变电新技术教育部工程研究中心（湖南大学），湖南省长沙市 410082
  2.云南电网有限责任公司电力调度控制中心，云南省昆明市 650011
  3.国网湖南省电力有限公司经济技术研究院，湖南省长沙市 410004
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Key Science and Technology Special Projects of Hunan Innovation Province(2020GK1011);National Natural Science Foundation of China(52207093);China Postdoctoral Science Foundation(2021TQ0100;2022M721083)
- DOI：10.7500/AEPS20230814004
  CLC：
- Received：14 August 2023，
  
  Revised：2023-11-14，
  
  Published Online：07 February 2024，
  
  Published：10 July 2024
- 稿件说明：
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李勇,常樊睿,彭衍建等.基于小扰动频率量测数据的电网节点惯量分布评估方法[J].电力系统自动化,2024,48(13):50-59.

LI Yong,CHANG Fanrui,PENG Yanjian,et al.Evaluation Method for Node Inertia Distribution of Power Grids Based on Small Disturbance Frequency Measurement Data[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(13):50-59.
李勇,常樊睿,彭衍建等.基于小扰动频率量测数据的电网节点惯量分布评估方法[J].电力系统自动化,2024,48(13):50-59. DOI： 10.7500/AEPS20230814004.

LI Yong,CHANG Fanrui,PENG Yanjian,et al.Evaluation Method for Node Inertia Distribution of Power Grids Based on Small Disturbance Frequency Measurement Data[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(13):50-59. DOI： 10.7500/AEPS20230814004.

摘要

惯量在电力系统抵抗扰动中起到关键作用。随着新能源渗透率的提升，电力系统中低惯量与惯量时空分布不均的特征日益凸显，准确评估电网节点惯量分布具有重要意义。为此，文中提出一种基于小扰动频率量测数据的节点惯量分布评估方法。首先，分析了频率与惯量的数学耦合机理，揭示了新型电力系统惯量分布特征。然后，根据单次小扰动下的频率量测数据与系统电源参数，分别提出了考虑各节点频率相较于系统中心频率变化水平偏差的节点等效惯量定义方法，以及基于自适应阶数多项式拟合的节点频率变化率计算方法，两层方法相结合即可计算出单次小扰动下的节点等效惯量。进一步，鉴于单次小扰动下求出的节点等效惯量具有一定的随机误差，提出考虑多次扰动事件评估结果的动态聚合策略，形成适用于新型电力系统的节点等效惯量分布评估方法。最后，分别以IEEE 39节点系统、中国某省级电网为例验证了所提方法的有效性。结果表明，所提方法所需数据量少，仅需各节点同步相量测量单元采集的频率量测数据即可实现对电网惯量分布的有效评估，评估结果准确性高且时效性强。

Abstract

Inertia plays a key role in the resistance of power system to disturbances. With the increase of renewable energy penetration

the characteristics of low inertia and uneven spatial and temporal distribution of inertia in the power system are becoming more and more prominent

and it is of great significance to accurately evaluate the node inertia distribution in the power grid. To this end

this paper proposes an evaluation method for node inertia distribution based on small disturbance frequency measurement data. First

the mathematical coupling mechanism between frequency and inertia is analyzed

and the inertia distribution characteristics of the new power system are revealed. Then

based on the frequency measurement data and system power supply parameters under a single small disturbance

a node equivalent inertia definition method considering the horizontal deviation of each node frequency compared to the change of the center frequency of the system

and a calculation method for the rate of change of the frequency of each node based on adaptive-order polynomial fitting are proposed

respectively. The node equivalent inertia can be calculated by combining the two methods under a single small disturbance. Further

in view of the fact that the node equivalent inertia calculated under a single small disturbance has a certain random error

a dynamic aggregation strategy that takes into account the evaluation results of multiple disturbance events is proposed

and an evaluation method for node equivalent inertia distribution applicable to the new power system is formed. Finally

the effectiveness of the proposed method is verified by taking the IEEE 39-bus system and a certain provincial power grid in China as cases. The results show that the proposed method requires a small amount of data

and only the frequency measurement data collected by the synchrophasor measurement unit at each node is needed to realize the effective evaluation of grid inertia distribution

and the evaluation results have high accuracy and strong timeliness.

关键词

Keywords

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Economic and Technological Research Institute, State Grid Hunan Electric Power Co., Ltd.

School of Electrical Engineering, Southeast University

College of Automation Engineering, Qingdao University

China Electric Power Research Institute

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