Interval Assessment of Equivalent Frequency Regulation Parameters for Wind Farms Considering Micro-wind-speed Uncertainty

LI Jiaming; LU Zongxiang; QIAO Ying; HUO Ziyu; WANG Shibo; MIAO Weiwei

doi:10.7500/AEPS20241114010

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Interval Assessment of Equivalent Frequency Regulation Parameters for Wind Farms Considering Micro-wind-speed Uncertainty

Basic Research | 更新时间：2026-02-28

- Interval Assessment of Equivalent Frequency Regulation Parameters for Wind Farms Considering Micro-wind-speed Uncertainty
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 21, Pages: 29-40(2025)
- 作者机构：
  
  1.新型电力系统运行与控制全国重点实验室（清华大学），北京市 100084
  2.电力规划设计总院，北京市 100120
  3.国网山东省电力公司电力科学研究院，山东省济南市 250003
  4.国网山东省电力公司，山东省济南市 250000
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2021YFB2400500);State Grid Corporation of China(SGSDJY00GPJS2250048)
- DOI：10.7500/AEPS20241114010
  CLC：
- Received：14 November 2024，
  
  Revised：2025-06-22，
  
  Online First：16 July 2025，
  
  Published：10 November 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
李佳明,鲁宗相,乔颖等.考虑微观风速不确定性的风电场等效调频参数区间评估[J].电力系统自动化,2025,49(21):29-40.

LI Jiaming,LU Zongxiang,QIAO Ying,et al.Interval Assessment of Equivalent Frequency Regulation Parameters for Wind Farms Considering Micro-wind-speed Uncertainty[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(21):29-40.
李佳明,鲁宗相,乔颖等.考虑微观风速不确定性的风电场等效调频参数区间评估[J].电力系统自动化,2025,49(21):29-40. DOI： 10.7500/AEPS20241114010.

LI Jiaming,LU Zongxiang,QIAO Ying,et al.Interval Assessment of Equivalent Frequency Regulation Parameters for Wind Farms Considering Micro-wind-speed Uncertainty[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(21):29-40. DOI： 10.7500/AEPS20241114010.

摘要

风电等新能源逐渐替代同步机组导致电网中的调频资源匮乏，风电场提供快速频率支撑成为保障系统频率安全的必然要求。及时、准确地评估风电场等效惯量和等效下垂系数等调频参数，是调度部门协调各类调频电源的关键基础和前提。然而，风电场调频能力与内部各风电机组的实时运行状态高度耦合，具有较强的时变性和不确定性，构建考虑机组运行状态差异的场站等效调频参数评估方法成为关键难题。文中考虑风电场内微观风速分布的不确定性

构建了基于响应特性一致性和微观风速模拟生成的风电场等效调频参数区间评估方法。首先，基于关键频率响应指标一致性原则，建立了基于完整风速信息的风电场等效惯量和等效下垂系数计算方法。其次，考虑预测评估场景下场内微观风速的不确定性，基于条件

-Copula构建各机组风速联合分布模型。然后，根据风电场功率预测信息采样生成大量风速微观分布场景，计算各场景下风电场等效调频参数并统计得到其置信区间。最后，以某实际风电场为例，仿真说明所提方法的有效性，并分析风电场理论功率和降载备用功率对其等效调频参数的影响。

Abstract

Due to the lack of frequency regulation resources caused by the gradual replacement of synchronous units with renewable energy sources such as wind power

providing fast frequency support from wind farms has become an inevitable requirement for ensuring power system frequency security. Timely and accurate assessment of frequency regulation parameters such as equivalent inertia and equivalent droop coefficient of wind farms is the key foundation and prerequisite for dispatch departments to coordinate various frequency regulation sources. However

the frequency regulation capability of wind farms is highly coupled with the real-time operating status of each wind turbine within the farm

having strong time variability and uncertainty. Establishing an evaluation method for equivalent

frequency regulation parameters of wind farms that considers the differences in operating status of wind turbines has become a key challenge. The paper considers the uncertainty of micro-wind-speed distribution within the wind farm and constructs an interval assessment method for equivalent frequency regulation parameters of wind farms based on the consistency of response characteristics and micro-wind-speed simulation. Firstly

based on the principle of consistency in key frequency response indicators

a calculation method for equivalent inertia and equivalent droop coefficient of wind farms based on complete wind speed information is established. Secondly

considering the micro-wind-speed uncertainty within the farm in the prediction assessment scenario

a joint distribution model of wind speed for each wind turbine is constructed based on conditional

-Copula. Then

based on wind farm power prediction information

numerous micro-distribution scenarios of wind speed are sampled and generated

the equivalent frequency regulation parameters of the wind farm for each scenario are calculated

and their confidence intervals are statistically derived. Finally

taking a real wind farm as an example

the simulation demonstrates the effectiveness of the proposed method

and the impact of the theoretical power and load reduction reserve power of the wind farm on its equivalent frequency regulation parameters is analyzed.

关键词

Keywords

references

刘中建，周明，李昭辉，等 . 高比例新能源电力系统的惯量控制技术与惯量需求评估综述［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 12 ）： 1 - 11 .

LIU Zhongjian ， ZHOU Ming ， LI Zhaohui ， et al . Review of inertia control technology and requirement evaluation in renewable-dominant power system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 12 ）： 1 - 11 .

李卫东，王祥旭，于瀚林，等 . 大扰动下电力系统频率安全概率指标初探［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 10 ）： 12 - 19 .

LI Weidong ， WANG Xiangxu ， YU Hanlin ， et al . Preliminary study on probabilistic indicators for frequency security of power systems under large disturbances ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 10 ）： 12 - 19 .

胡博，谢开贵，邵常政，等 . 双碳目标下新型电力系统风险评述：特征、指标及评估方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 5 ）： 1 - 15 .

HU Bo ， XIE Kaigui ， SHAO Changzheng ， et al . Commentary on risk of new power system under goals of carbon emission peak and carbon neutrality： characteristics， indices and assessment methods ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 5 ）： 1 - 15 .

逯瑞鹏，秦文萍，朱志龙，等 . 基于节点瞬时等效惯量指标的暂态频率稳定性可能性评估［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 13 ）： 161 - 175 .

LU Ruipeng ， QIN Wenping ， ZHU Zhilong ， et al . Possibility evaluation of transient frequency stability based on instantaneous equivalent inertia indicators of buses ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 13 ）： 161 - 175 .

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 .

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 .

鲁宗相，李佳明，乔颖，等 . 新能源场站快速频率支撑能力评估研究现状与技术展望［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 10 ）： 1 - 19 .

LU Zongxiang ， LI Jiaming ， QIAO Ying ， et al . Research status and technology prospects of fast frequency support capability assessment for renewable energy stations ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 10 ）： 1 - 19 .

周海强，鲁锦文，薛峰，等 . 计及风电综合惯性控制的电力系统扩展频率响应模型［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 8 ）： 198 - 205 .

ZHOU Haiqiang ， LU Jinwen ， XUE Feng ， et al . Extended frequency response model for power system considering wind power synthetic inertia control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 8 ）： 198 - 205 .

缪蔡然，江叶峰，施琳，等 . 快速频率响应负荷参与惯量辅助服务能力评估及应用［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 16 ）： 99 - 108 .

MIAO Cairan ， JIANG Yefeng ， SHI Lin ， et al . Capability assessment and application of fast frequency response load participating in inertia auxiliary service ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 16 ）： 99 - 108 .

张雯欣，吴琛，黄伟，等 . 考虑频率二次跌落的系统频率特征评估及风电调频参数整定［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 8 ）： 11 - 19 .

ZHANG Wenxin ， WU Chen ， HUANG Wei ， et al . Evaluation of system frequency characteristic and parameter setting of frequency regulation for wind power considering secondary frequency drop ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 8 ）： 11 - 19 .

KHAN A ， SEYEDMAHMOUDIAN M ， RAZA A ， et al . Analytical review on common and state-of-the-art FR strategies for VSC-MTDC integrated offshore wind power plants ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2021 ， 148 ： 111106 .

WU Z P ， GAO W Z ， GAO T Q ， et al . State-of-the-art review on frequency response of wind power plants in power systems ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2018 ， 6 （ 1 ）： 1 - 16 .

沐润志，吴水军，陈晶，等 . 并网新能源场站调频能力检测技术研究［J］. 云南电力技术， 2021 ， 49 （ 6 ）： 80 - 86 .

MU Runzhi ， WU Shuijun ， CHEN Jing ， et al . Study on the detection technology of frequency regulation capability of grid-connected new energy station ［J］. Yunnan Electric Power ， 2021 ， 49 （ 6 ）： 80 - 86 .

马晓伟，徐海超，刘鑫，等 . 适用于西北送端大电网新能源场站快速频率响应功能的入网试验方法［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 4 ）： 1384 - 1391 .

MA Xiaowei ， XU Haichao ， LIU Xin ， et al . A test method for fast frequency response function of renewable energy stations in northwest power grid ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 4 ）： 1384 - 1391 .

孙骁强，高敏，刘鑫，等 . 风电场参与西北送端大电网频率调节的快速频率响应能力实测与分析［J］. 南方电网技术， 2018 ， 12 （ 1 ）： 48 - 54 .

SUN Xiaoqiang ， GAO Min ， LIU Xin ， et al . Measurement and analysis of fast frequency response capability of wind farms participating in frequency regulation of northwest sending-end large power grid ［J］. Southern Power System Technology ， 2018 ， 12 （ 1 ）： 48 - 54 .

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 .

ZOU M ， WANG Y ， ZHAO C Y ， et al . Integrated equivalent model of permanent magnet synchronous generator based wind turbine for large-scale offshore wind farm simulation ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2023 ， 11 （ 5 ）： 1415 - 1426 .

胡阳，姚欣然，房方，等 . 数据驱动的风电场全工况非线性调频动态建模［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 15 ）： 162 - 169 .

HU Yang ， YAO Xinran ， FANG Fang ， et al . Data-driven dynamic modeling of nonlinear frequency regulation for wind farm under all operation conditions ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 15 ）： 162 - 169 .

奥博宇，王方政，陈磊，等 . 风电机组变桨减载一次调频模型及聚合方法［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 4 ）： 1360 - 1369 .

AO Boyu ， WANG Fangzheng ， CHEN Lei ， et al . Primary frequency regulation model and aggregation of deloading wind turbine generators with pitch angle adjustment ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 4 ）： 1360 - 1369 .

CHEN J R ， LIU M Y ， MILANO F . Aggregated model of virtual power plants for transient frequency and voltage stability analysis ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 5 ）： 4366 - 4375 .

WU Y K ， ZENG J J ， LU G L ， et al . Development of an equivalent wind-farm model for frequency regulation ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2020 ， 56 （ 3 ）： 2360 - 2374 .

戴剑丰 . 适应弱惯性大电网的风电场频率响应技术研究［D］. 南京：东南大学， 2019 .

DAI Jianfeng . Research on frequency response technology of wind farm adapted to weak inertia large power grid ［D］. Nanjing ： Southeast University ， 2019 .

姜超，杨冬锋，郭书嘉，等 . 跟网型直驱风机惯量控制下系统频率响应聚合建模［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 10 ）： 39 - 48 .

JIANG Chao ， YANG Dongfeng ， GUO Shujia ， et al . Aggregation modeling of system frequency response under inertia control of grid-following direct-drive wind turbine ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 10 ）： 39 - 48 .

徐贤，陆晓，周挺，等 . 华东电网一次调频能力量化评估及运行控制策略［J］. 电力工程技术， 2021 ， 40 （ 2 ）： 205 - 211 .

XU Xian ， LU Xiao ， ZHOU Ting ， et al . Evaluation method and operation control strategy of primary frequency response for East China Grid ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2021 ， 40 （ 2 ）： 205 - 211 .

李世春，张业丽，刘颂凯，等 . 跟网型电化学储能虚拟惯性常数的常数化计算方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 20 ）： 149 - 158 .

LI Shichun ， ZHANG Yeli ， LIU Songkai ， et al . Constantized calculation method of virtual inertia constant for grid-following electrochemical energy storage ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 20 ）： 149 - 158 .

李世春，邓长虹，龙志君，等 . 风电场等效虚拟惯性时间常数计算［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 7 ）： 22 - 29 .

LI Shichun ， DENG Changhong ， LONG Zhijun ， et al . Calculation of equivalent virtual inertial time constant of wind farm ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 7 ）： 22 - 29 .

姜继恒，鲁宗相，乔颖，等 . 基于全阶模型的直驱风电机组多时间尺度等效惯量机理建模［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 8 ）： 79 - 90 .

JIANG Jiheng ， LU Zongxiang ， QIAO Ying ， et al . Multi-time-scale equivalent inertia mechanism modeling of direct-drive wind turbines based on full-order model ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 8 ）： 79 - 90 .

周涛，黄菊，韩汝帅，等 . 综合惯性控制下风力机惯性支撑能力分析及等效惯量评估［J］. 上海交通大学学报， 2024 ， 58 （ 12 ）： 1915 - 1924 .

ZHOU Tao ， HUANG Ju ， HAN Rushuai ， et al . Inertial support capacity analysis and equivalent inertia estimation of wind turbines under integrated inertial control ［J］. Journal of Shanghai Jiao Tong University ， 2024 ， 58 （ 12 ）： 1915 - 1924 .

黄俊凯，杨知方，余娟，等 . 面向频率稳定校核的风机快速频率响应低阶建模方法及其误差分析［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 18 ）： 6752 - 6766 .

HUANG Junkai ， YANG Zhifang ， YU Juan ， et al . Low-order modeling of wind turbine-based fast frequency response and its error analysis for frequency stability assessment ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 18 ）： 6752 - 6766 .

王中冠，刘嘉琛，郭力，等 . 基于状态空间映射的模型不完备风电场调频能力在线评估方法［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 3 ）： 927 - 939 .

WANG Zhongguan ， LIU Jiachen ， GUO Li ， et al . Online frequency characteristics analysis for incomplete-model wind farms based on state space mapping ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 3 ）： 927 - 939 .

LI H ， QIAO Y ， LU Z X ， et al . Frequency-constrained stochastic planning towards a high renewable target considering frequency response support from wind power ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 5 ）： 4632 - 4644 .

YUAN Y P ， ZHANG Y ， WANG J X ， et al . Enhanced frequency-constrained unit commitment considering variable-droop frequency control from converter-based generator ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2023 ， 38 （ 2 ）： 1094 - 1110 .

韩帅，张峰，丁磊，等 . 基于混合Copula函数的风电场可用惯量评估方法［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 3 ）： 189 - 195 .

HAN Shuai ， ZHANG Feng ， DING Lei ， et al . Available inertia evaluation method of wind farm based on mixed Copula function ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 3 ）： 189 - 195 .

董昱，孙荣富，丁然，等 . 考虑风速不确定性的风电场暂态有功支撑能力在线评估方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 18 ）： 101 - 110 .

DONG Yu ， SUN Rongfu ， DING Ran ， et al . Online evaluation method for transient active power support capability of wind farm considering wind speed uncertainty ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 18 ）： 101 - 110 .

WU Y K ， YANG W H ， HU Y L ， et al . Frequency regulation at a wind farm using time-varying inertia and droop controls ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2018 ， 55 （ 1 ）： 213 - 224 .

孙铭，徐飞，陈磊，等 . 利用转子动能的风机辅助频率控制最优策略［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 2 ）： 506 - 514 .

SUN Ming ， XU Fei ， CHEN Lei ， et al . Optimal auxiliary frequency control strategy of wind turbine generator utilizing rotor kinetic energy ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 2 ）： 506 - 514 .

张志强 . 基于t-Copula的沪深300指数数据分析［D］. 沈阳：东北大学， 2012 .

ZHANG Zhiqiang . Data analysis of Shanghai-Shenzhen 300 index based on t-Copula ［D］. Shenyang ： Northeastern University ， 2012 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Comprehensive Adaptive Control Strategy for Enhancing Frequency Regulation Capability of Grid-forming Wind Turbines

Multi-period Uncertainty Set Modeling Method for Wind Farms Applicable to Robust Control

Impact Analysis of Grid-forming Doubly-fed Induction Generator on Ultra-low Frequency Oscillation Characteristics in Power System

Frequency Response Modeling Method for Large-scale Grid-connected Photovoltaic System Considering Low Voltage Ride-through Characteristic

Related Author

LI Jiaming

LU Zongxiang

QIAO Ying

HUO Ziyu

CHAO Pupu

ZHANG Ruihao

ZHANG Xiaotong

ZHANG Qiang

Related Institution

State Key Laboratory of Power System and Generation Equipment (Tsinghua University)

School of Electrical Engineering, Dalian University of Technology

Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co., Ltd.

Key Laboratory of Modern Electric Power System Simulation and Control & Renewable Energy Technology, Ministry of Education (Northeast Electric Power University)

State Grid Electric Power Research Institute (NARI Group Corporation)

⁰