Flexible Grid-forming Technology and Its Application in New Power System

ZHENG Waisheng; RAO Hong

doi:10.7500/AEPS20240110007

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Flexible Grid-forming Technology and Its Application in New Power System

Review·Perspective | 更新时间：2025-07-04

- Flexible Grid-forming Technology and Its Application in New Power System
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 12, Pages: 1-10(2025)
- 作者机构：
  
  1.南方电网科学研究院有限责任公司，广东省广州市 510663
  2.中国南方电网有限责任公司，广东省广州市 510663
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(U22B6007);China Southern Power Grid Company Limited(ZBKJXM20232002)
- DOI：10.7500/AEPS20240110007
  CLC：
- Received：10 January 2024，
  
  Revised：2024-08-29，
  
  Published Online：24 October 2024，
  
  Published：25 June 2025
- 稿件说明：
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郑外生,饶宏.新型电力系统柔性构网技术及其应用[J].电力系统自动化,2025,49(12):1-10.

ZHENG Waisheng,RAO Hong.Flexible Grid-forming Technology and Its Application in New Power System[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(12):1-10.
郑外生,饶宏.新型电力系统柔性构网技术及其应用[J].电力系统自动化,2025,49(12):1-10. DOI： 10.7500/AEPS20240110007.

ZHENG Waisheng,RAO Hong.Flexible Grid-forming Technology and Its Application in New Power System[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(12):1-10. DOI： 10.7500/AEPS20240110007.

摘要

随着新能源大规模并网，电力系统电磁特性和机电特性间的耦合更加紧密，动态行为更加复杂，面临频率电压支撑能力不足、失稳风险增加等诸多挑战。而现有电网规划和运行控制设计方法仍沿袭传统电力系统方法，难以发挥新能源、储能、直流等电力电子设备快速灵活调控的优势。文中提出利用电力电子设备构造灵活可控柔性电网（简称柔性构网）的新型电力系统构建技术。通过“柔性互联”避免交流电网故障连锁传播、故障影响范围扩大的问题，并保持分区间灵活互济能力；通过“主动支撑”提升关键节点电压/频率支撑能力，提高电网稳定性。文中阐述了新型电力系统发展面临的挑战，提出柔性构网概念及其内涵，并研究了柔性构网的基本思路和未来发展方向。最后，介绍了柔性构网技术在中国南方电网实际工程中的应用情况。

Abstract

With the large-scale integration of renewable energy into the grid

the coupling between the electromagnetic and electromechanical characteristics of the power system has become tighter

and the dynamic behavior has become more complex

facing many challenges such as insufficient frequency and voltage support capabilities and increased instability risks. However

the existing methods for power grid planning and operation control design still inherit traditional power system methods

making it difficult to fully leverage the advantages of fast and flexible regulation of power electronic equipment such as renewable energy

energy storage

and DC transmission. The paper proposes a new power system construction technology that utilizes power electronic equipment to form a flexible and controllable flexible grid (referred to as flexible grid-forming). “Flexible interconnection” is used to avoid the problem of cascading transmission of AC power grid faults and spread of fault impact

and maintain the ability of flexible mutual assistance between regions. Through “active supporting”

the voltage/frequency support capability of critical nodes is enhanced and the stability of the power grid is improved. The paper elaborates on the challenges faced by the development of new power systems

proposes the concept and connotation of flexible grid-forming

and studies the basic ideas and future development directions of flexible grid-forming. Finally

the application of flexible grid-forming technology in the actual projects of China Southern Power Grid is introduced.

关键词

Keywords

references

郑外生，陈亦平，周保荣 . 云南新型电力系统运行控制体系的构想［J］. 南方电网技术， 2022 ， 16 （ 9 ）： 83 - 89 .

ZHENG Waisheng ， CHEN Yiping ， ZHOU Baorong . Concept of operation and control system on Yunnan new power system ［J］. Southern Power System Technology ， 2022 ， 16 （ 9 ）： 83 - 89 .

吴琛，刘晨曦，黄伟，等 . 提升新能源电力系统稳定性的构网型变流器选址定容方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 12 ）： 130 - 136 .

WU Chen ， LIU Chenxi ， HUANG Wei ， et al . Siting and sizing method of grid-forming converters for improving stability of power system with renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 12 ）： 130 - 136 .

ZHANG H B ， XIANG W ， LIN W X ， et al . Grid forming converters in renewable energy sources dominated power grid： control strategy， stability， application， and challenges ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2021 ， 9 （ 6 ）： 1239 - 1256 .

唐王倩云，周保荣，胡家兵，等 . 锁相同步型风机-同步机互联电力系统转子转速尺度暂态同步稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 20 ）： 6900 - 6916 .

TANG Wangqianyun ， ZHOU Baorong ， HU Jiabing ， et al . Transient synchronous stability of PLL-based wind power-synchronous generation interconnected power system in rotor speed control timescale ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 20 ）： 6900 - 6916 .

薛翼程，张哲任，徐政，等 . 构网型变流器对交流系统低频振荡的影响分析与阻尼控制［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 16 ）： 103 - 113 .

XUE Yicheng ， ZHANG Zheren ， XU Zheng ， et al . Impact analysis and damping control of grid-forming converter for low-frequency oscillation of AC system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 16 ）： 103 - 113 .

康重庆，姚良忠 . 高比例可再生能源电力系统的关键科学问题与理论研究框架［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 9 ）： 2 - 11 .

KANG Chongqing ， YAO Liangzhong . Key scientific issues and theoretical research framework for power systems with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 9 ）： 2 - 11 .

袁小明，程时杰，胡家兵 . 电力电子化电力系统多尺度电压功角动态稳定问题［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 19 ）： 5145 - 5154 .

YUAN Xiaoming ， CHENG Shijie ， HU Jiabing . Multi-time scale voltage and power angle dynamics in power electronics dominated large power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 19 ）： 5145 - 5154 .

饶宏，黄伟煌，郭知非，等 . 柔性直流输电技术在大电网中的应用与实践［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 9 ）： 3347 - 3355 .

RAO Hong ， HUANG Weihuang ， GUO Zhifei ， et al . Practical experience of VSC-HVDC transmission in large grid ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 9 ）： 3347 - 3355 .

蔡万通，洪潮，周保荣，等 . 广东电网内外双环网架结构向组团网架结构的转变研究［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 20 ）： 6557 - 6568 .

CAI Wantong ， HONG Chao ， ZHOU Baorong ， et al . Research on structure change from double-ring to cluster of Guangdong power grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 20 ）： 6557 - 6568 .

周保荣，洪潮，金小明，等 . 南方电网同步运行网架向异步运行网架的转变研究［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 8 ）： 2084 - 2092 .

ZHOU Baorong ， HONG Chao ， JIN Xiaoming ， et al . Study of backbone structure change from synchronous to asynchronous in China Southern Power Grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 8 ）： 2084 - 2092 .

周保荣，洪潮，饶宏，等 . 广东多直流输电换相失败对电网稳定运行的影响［J］. 南方电网技术， 2017 ， 11 （ 3 ）： 18 - 24 .

ZHOU Baorong ， HONG Chao ， RAO Hong ， et al . Influence of simultaneous commutation failure of Guangdong multiple HVDC on power system secure operation ［J］. Southern Power System Technology ， 2017 ， 11 （ 3 ）： 18 - 24 .

蔡希鹏，黄伟煌，李桂源，等 . 大规模光伏集群经柔性直流构网送出的运行控制技术研究［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 22 ）： 8734 - 8745 .

CAI Xipeng ， HUANG Weihuang ， LI Guiyuan ， et al . Research on operation control strategy of large-scale photovoltaic cluster transmission via grid-forming VSC-HVDC ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 22 ）： 8734 - 8745 .

徐政 . 高比例非同步机电源电网面临的三大技术挑战［J］. 南方电网技术， 2020 ， 14 （ 2 ）： 1 - 9 .

XU Zheng . Three technical challenges faced by power grids with high proportion of non-synchronous machine sources ［J］. Southern Power System Technology ， 2020 ， 14 （ 2 ）： 1 - 9 .

张兴，战祥对，吴孟泽，等 . 高渗透率新能源发电并网变流器跟网/构网混合模式控制综述［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 21 ）： 1 - 15 .

ZHANG Xing ， ZHAN Xiangdui ， WU Mengze ， et al . Review on grid-following/grid-forming hybrid mode control for grid-connected converter in high-penetration renewable energy generation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 21 ）： 1 - 15 .

黄方能，周磊，马骞，等 . 异步联网格局下广东电网规划网架适应性综合评估［J］. 广东电力， 2018 ， 31 （ 9 ）： 45 - 53 .

HUANG Fangneng ， ZHOU Lei ， MA Qian ， et al . Comprehensive evaluation on adaptability of planning grid of Guangdong power grid under asynchronous interconnection pattern ［J］. Guangdong Electric Power ， 2018 ， 31 （ 9 ）： 45 - 53 .

卓振宇，张宁，谢小荣，等 . 高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

ZHUO Zhenyu ， ZHANG Ning ， XIE Xiaorong ， et al . Key technologies and developing challenges of power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

程浩忠，张程铭，柳璐，等 . 可再生能源接入下考虑短路电流限制的发输电鲁棒规划方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 10 ）： 68 - 76 .

CHENG Haozhong ， ZHANG Chengming ， LIU Lu ， et al . Robust planning method for power generation and transmission with renewable energy integration considering short-circuit current limit ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 10 ）： 68 - 76 .

马秀达，卢宇，田杰，等 . 柔性直流输电系统的构网型控制关键技术与挑战［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 3 ）： 1 - 11 .

MA Xiuda ， LU Yu ， TIAN Jie ， et al . Key technologies and challenges of grid-forming control for flexible DC transmission system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 3 ）： 1 - 11 .

刘耀，吴佳玮，肖晋宇，等 . 有源型柔性直流输电技术在全球能源互联网背景下的应用研究［J］. 全球能源互联网， 2020 ， 3 （ 2 ）： 107 - 116 .

LIU Yao ， WU Jiawei ， XIAO Jinyu ， et al . Application of active MMC-HVDC in the background of global energy interconnection ［J］. Journal of Global Energy Interconnection ， 2020 ， 3 （ 2 ）： 107 - 116 .

饶宏，吴为，周保荣，等 . 云南电网与南网主网交直流系统相互影响及异步联网方案研究［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 11 ）： 3470 - 3477 .

RAO Hong ， WU Wei ， ZHOU Baorong ， et al . Study of AC/DC power system interaction and asynchronous connection between Yunnan power grid and the rest of CSG ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 11 ）： 3470 - 3477 .

ZHANG H B ， XIANG W ， HE Y J ， et al . Optimal energy utilization of MMC-HVDC system integrating offshore wind farms for onshore weak grid inertia support ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2024 ， 39 （ 1 ）： 1304 - 1318 .

沈广进，辛焕海，刘昕宇，等 . 大型新能源基地中调相机同步失稳机理与影响因素分析［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 20 ）： 100 - 108 .

SHEN Guangjin ， XIN Huanhai ， LIU Xinyu ， et al . Analysis on synchronization instability mechanism and influence factors for condenser in large-scale renewable energy base ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 20 ）： 100 - 108 .

赖振宏，易皓，黄华，等 . 用于低电压问题治理的柔性交直流切换配电系统设计［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 6 ）： 123 - 132 .

LAI Zhenhong ， YI Hao ， HUANG Hua ， et al . Design of flexible AC/DC switching distribution system for solving low-voltage problems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 6 ）： 123 - 132 .

ZHANG M Q ， YUAN X M ， HU J B . Inertia and primary frequency provisions of PLL-synchronized VSC HVDC when attached to islanded AC system ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 4 ）： 4179 - 4188 .

陈亦平，卓映君，刘映尚，等 . 高比例可再生能源电力系统的快速频率响应市场发展与建议［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 10 ）： 174 - 183 .

CHEN Yiping ， ZHUO Yingjun ， LIU Yingshang ， et al . Development and recommendation of fast frequency response market for power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 10 ）： 174 - 183 .

李智轩，陈亦平，雪映，等 . 多分区异步互联电力系统频率稳定分析与控制研究综述［J/OL］. 电网技术： 1 - 25 ［ 2024-07-01 ］. https：//www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DWJS20240425001.htm https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DWJS20240425001.htm .

LI Zhixuan ， CHEN Yiping ， XUE Ying ， et al . Review of frequency stability analysis and control research of multi-area asynchronous interconnected systems ［J/OL］. Power System Technology ： 1 - 25 ［ 2024-07-01 ］. https：//www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DWJS20240425001.htm https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DWJS20240425001.htm .

黄瀚燕，周明，李庚银 . 考虑多重不确定性和备用互济的含风电互联电力系统分散协调调度方法［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 2 ）： 381 - 389 .

HUANG Hanyan ， ZHOU Ming ， LI Gengyin . Coordinated decentralized dispatch of wind-power-integrated multi-area interconnected power systems considering multiple uncertainties and mutual reserve support ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 2 ）： 381 - 389 .

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