Online Prediction of Power Grid Transient Frequency Trajectories Under Coexistence of Low Voltage Ride-through and Off-grid in Wind Power Generation

JIANG Tao; LYU Yazhou; LIU Fusuo; LI Wei; LAI Yening; XUE Feng

doi:10.7500/AEPS20240311002

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Online Prediction of Power Grid Transient Frequency Trajectories Under Coexistence of Low Voltage Ride-through and Off-grid in Wind Power Generation

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Online Prediction of Power Grid Transient Frequency Trajectories Under Coexistence of Low Voltage Ride-through and Off-grid in Wind Power Generation
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 5, Pages: 145-154(2025)
- 作者机构：
  
  1.现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室（东北电力大学），吉林省吉林市 132012
  2.国网电力科学研究院有限公司（南瑞集团有限公司），江苏省南京市 211106
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Corporation of China(5100-202440016A-1-1-ZN)
- DOI：10.7500/AEPS20240311002
  CLC：
- Received：11 March 2024，
  
  Revised：2024-08-25，
  
  Published Online：10 October 2024，
  
  Published：10 March 2025
- 稿件说明：
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姜涛,吕亚洲,刘福锁等.风电低电压穿越和脱网并存下电网暂态频率轨迹在线预测[J].电力系统自动化,2025,49(5):145-154.

JIANG Tao,LYU Yazhou,LIU Fusuo,et al.Online Prediction of Power Grid Transient Frequency Trajectories Under Coexistence of Low Voltage Ride-through and Off-grid in Wind Power Generation[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(5):145-154.
姜涛,吕亚洲,刘福锁等.风电低电压穿越和脱网并存下电网暂态频率轨迹在线预测[J].电力系统自动化,2025,49(5):145-154. DOI： 10.7500/AEPS20240311002.

JIANG Tao,LYU Yazhou,LIU Fusuo,et al.Online Prediction of Power Grid Transient Frequency Trajectories Under Coexistence of Low Voltage Ride-through and Off-grid in Wind Power Generation[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(5):145-154. DOI： 10.7500/AEPS20240311002.

摘要

国外大停电事故表明，海量不同新能源在受扰后可能存在低电压穿越和脱网并存的场景，对系统整体功率冲击呈现出复杂的非线性动态变化，暂态频率轨迹预测愈加困难。现有频率轨迹预测分析方法通常仅考虑低电压穿越或脱网的单一扰动形式，且缺乏实用可行的工程应用方案，难以对频率不安全的场景进行预警或预控。为此，文中首先分析了低电压穿越过程中风电出力分布特性引起有功功率恢复差异的机理及对系统功率冲击的影响；其次，考虑阶跃、非阶跃等多种功率扰动形式，提出了计及风电低电压穿越复杂恢复和脱网并存下的电网频率响应模型；然后，提出了基于“离线分档建模、在线快速预测、临界追加校验”的工程应用方案；最后，通过美国新英格兰10机39节点测试系统和某实际电网算例仿真验证了所提模型及方法的有效性和实用性。

Abstract

The major power outages abroad show that a large number of different renewable energy sources may experience coexistence scenarios of low voltage ride-through (LVRT) and off-grid after disturbance

presenting complex nonlinear dynamic changes in the overall power impact on the system

and making transient frequency trajectory prediction increasingly difficult. The existing frequency trajectory prediction and analysis methods usually only consider single disturbance such as LVRT or off-grid

and lack practical and feasible engineering application schemes

making it difficult to carry out early warning or pre-control for frequency insecure scenarios. Therefore

this paper firstly analyzes the mechanism of the difference in active power restoration caused by the distribution characteristics of wind power output during the LVRT process and its impact on the system power shock. Secondly

considering various forms of power disturbances such as step and non-step

a power grid frequency response model that takes into account the coexistence of LVRT complex restoration and off-grid of wind power is proposed. Then

an engineering application scheme based on “offline grading modeling

online fast prediction

and critical additional verification” is proposed. Finally

the effectiveness and practicality of the proposed model and method are verified through the New England 10-machine 39-bus test system and an actual power grid case simulation.

关键词

Keywords

references

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 .

李兆伟，吴雪莲，庄侃沁，等 .“ 9·19”锦苏直流双极闭锁事故华东电网频率特性分析及思考［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 7 ）： 149 - 155 .

LI Zhaowei ， WU Xuelian ， ZHUANG Kanqin ， et al . Analysis and reflection on frequency characteristics of East China grid after bipolar locking of “9·19” Jinping-Sunan DC transmission line ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 7 ）： 149 - 155 .

曾辉，孙峰，李铁，等 . 澳大利亚“9·28”大停电事故分析及对中国启示［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 13 ）： 1 - 6 .

ZENG Hui ， SUN Feng ， LI Tie ， et al . Analysis of “9·28” blackout in South Australia and its enlightenment to China ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 13 ）： 1 - 6 .

吕亚洲，李威，刘福锁，等 . 基于多状态量特征的电网安全稳定紧急控制策略制定方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 3 ）： 103 - 112 .

LYU Yazhou ， LI Wei ， LIU Fusuo ， et al . Strategy formulation method for security and stability emergency control of power grid based on multi-state quantity characteristics ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 3 ）： 103 - 112 .

孙光辉，毕兆东，赵希才，等 . 电力系统在线安全稳定评估及决策技术的研究［J］. 电力系统自动化， 2005 ， 29 （ 17 ）： 81 - 84 .

SUN Guanghui ， BI Zhaodong ， ZHAO Xicai ， et al . Technology of on-line power system stability evaluation and decision-making ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2005 ， 29 （ 17 ）： 81 - 84 .

张子扬，张宁，杜尔顺，等 . 双高电力系统频率安全问题评述及其应对措施［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 1 ）： 1 - 25 .

ZHANG Ziyang ， ZHANG Ning ， DU Ershun ， et al . Review and countermeasures on frequency security issues of power systems with high shares of renewables and power electronics ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 1 ）： 1 - 25 .

ANDERSON P M ， MIRHEYDAR M . A low-order system frequency response model ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 1990 ， 5 （ 3 ）： 720 - 729 .

SHI Q X ， LI F X ， CUI H T . Analytical method to aggregate multi-machine SFR model with applications in power system dynamic studies ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 6 ）： 6355 - 6367 .

JU P ， ZHENG Y ， JIN Y Q ， et al . Analytic assessment of the power system frequency security ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2021 ， 15 （ 15 ）： 2215 - 2225 .

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 - 899 .

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 - 899 .

GAO H S ， XIN H H ， HUANG L B ， et al . Common-mode frequency in converter-integrated power systems： definition， analysis， and quantitative evaluation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2022 ， 37 （ 6 ）： 4846 - 4860 .

花赟玥，吴琛，黄伟，等 . 考虑风电低电压穿越过程的频率最低点量化及其提升方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 1 ）： 126 - 134 .

HUA Yunyue ， WU Chen ， HUANG Wei ， et al . Quantification and enhancement method for frequency nadir considering low voltage ride-through process of wind power ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 1 ）： 126 - 134 .

吴琛，花赟玥，陈可欣，等 . 考虑低电压穿越场景的频率稳定约束风电承载能力量化方法［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 7 ）： 87 - 93 .

WU Chen ， HUA Yunyue ， CHEN Kexin ， et al . Quantification method of wind power bearing capacity considering frequency stability constraint in low voltage ride-through scenario ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 7 ）： 87 - 93 .

孙华东，许涛，郭强，等 . 英国“8·9”大停电事故分析及对中国电网的启示［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 21 ）： 6183 - 6192 .

SUN Huadong ， XU Tao ， GUO Qiang ， et al . Analysis on blackout in great Britain power grid on August 9th， 2019 and its enlightenment to power grid in China ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 21 ）： 6183 - 6192 .

方勇杰 . 英国“8·9”停电事故对频率稳定控制技术的启示［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 24 ）： 1 - 5 .

FANG Yongjie . Reflections on frequency stability control technology based on the blackout event of 9 August 2019 in UK ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 24 ）： 1 - 5 .

风电场接入电力系统技术规定第1部分：陆上风电： GB/T 19963.1—2021 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2021 .

Technical specification for connecting wind farm to power system： Part 1 on shore wind power ： GB/T 19963.1—2021 ［S］ . Beijing ： Standards Press of China ， 2021 .

孙华东，李佳豪，李文锋，等 . 大规模电力系统仿真用新能源场站模型结构及建模方法研究（二）：机电暂态模型［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 6 ）： 2190 - 2202 .

SUN Huadong ， LI Jiahao ， LI Wenfeng ， et al . Research on model structures and modeling methods of renewable energy station for large-scale power system simulation （Ⅱ）： electromechanical transient model ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 6 ）： 2190 - 2202 .

PAGNIER L ， JACQUOD P . Optimal placement of inertia and primary control： a matrix perturbation theory approach ［J］. IEEE Access ， 2019 ， 7 ： 145889 - 145900 .

何维 . 双馈型风电机组机电时间尺度特性分析及对电力系统机电动态影响研究［D］. 武汉：华中科技大学， 2017 .

HE Wei . Analysis of electromechanical time scale characteristics of doubly-fed wind turbine and its influence on electromechanical dynamics of power system ［D］. Wuhan ： Huazhong University of Science and Technology ， 2017 .

马静，刘青，吴佳芳，等 . 高比例变流型电源并网的输电系统三相短路电流计算［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 5 ）： 83 - 91 .

MA Jing ， LIU Qing ， WU Jiafang ， et al . Three-phase short-circuit current calculation for power transmission system with high penetration of converter-type sources ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 5 ）： 83 - 91 .

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