Frequency Response Modeling Method for Power System with Renewable Energy Considering Voltage-Active Power Coupling Characteristics

LIU Xianchao; LI Guoqing; JIANG Tao; WANG Changjiang

doi:10.7500/AEPS20250205007

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Frequency Response Modeling Method for Power System with Renewable Energy Considering Voltage-Active Power Coupling Characteristics

Basic Research | 更新时间：2026-02-28

- Frequency Response Modeling Method for Power System with Renewable Energy Considering Voltage-Active Power Coupling Characteristics
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 19, Pages: 133-143(2025)
- 作者机构：
  
  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
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Major Science and Technology Project on Smart Grid(2024ZD0801100)
- DOI：10.7500/AEPS20250205007
  CLC：
- Received：05 February 2025，
  
  Revised：2025-05-19，
  
  Online First：23 July 2025，
  
  Published：10 October 2025
- 稿件说明：
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刘先超,李国庆,姜涛等.计及电压-有功耦合特性的新能源电力系统频率响应建模方法[J].电力系统自动化,2025,49(19):133-143.

LIU Xianchao,LI Guoqing,JIANG Tao,et al.Frequency Response Modeling Method for Power System with Renewable Energy Considering Voltage-Active Power Coupling Characteristics[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(19):133-143.
刘先超,李国庆,姜涛等.计及电压-有功耦合特性的新能源电力系统频率响应建模方法[J].电力系统自动化,2025,49(19):133-143. DOI： 10.7500/AEPS20250205007.

LIU Xianchao,LI Guoqing,JIANG Tao,et al.Frequency Response Modeling Method for Power System with Renewable Energy Considering Voltage-Active Power Coupling Characteristics[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(19):133-143. DOI： 10.7500/AEPS20250205007.

摘要

电力系统稳定器（PSS）以同步机转速偏差为输入，在改善系统阻尼的同时，也间接改变了负荷电压及其有功消耗，进而作用于系统频率，该耦合过程在频率波动大、电压敏感型负荷多的新能源电力系统中尤为显著。为揭示电压-有功耦合过程对系统频率稳定的影响机理，提出一种计及电压-有功耦合特性的新能源电力系统频率响应模型。首先，分析传统电力系统频率响应模型的适用场景及局限性，刻画电压变化对系统频率的作用路径，发现其影响主体为PSS、电网与负荷等元件；然后，构建含PSS的系统电压-有功耦合模型，通过小扰动线性化方法量化电压-有功模型的微分增益参数，考虑源荷间电压时滞效应引发的模型响应速度表征难题，基于辅助模型最小二乘法拟合电压-有功模型时间常数，进而得到考虑电压-有功耦合特性的系统频率响应模型及其解析解，并分析电压-有功参数对频率稳定指标的影响。最后，通过修改的WECC-9节点测试系统和某实际电网算例验证了所提模型的合理性和有效性。

Abstract

The power system stabilizer (PSS) takes the rotate speed deviation of the synchronous generator as input

improves the system damping

and indirectly changes the load voltage and its active power consumption

thereby affecting the system frequency. This coupling process is particularly significant in the power system with renewable energy

large frequency fluctuations and high voltage-sensitive loads. To reveal the influence mechanism of voltage-active power coupling process on system frequency stability

a frequency response model for the power system with renewable energy considering voltage-active power coupling characteristics is proposed. First

the applicability and limitations of frequency response models for the traditional power system are analyzed

and the influence path of voltage changes on system frequency is characterized. It is found that the main influencing factors are PSS

power grid

and load. Then

a voltage-active power coupling model with PSS is constructed

and the differential gain parameters of the voltage-active power coupling model are quantified by using the small disturbance linearization method. The problem of characterizing the model response speed caused by the voltage delay effect between the source and load is considered. Based on the auxiliary model least-square method

the time constant of the voltage-active power coupling model is fitted

and the system frequency response model and its analytical solution considering the voltage-active power coupling characteristics are obtained. The influence of the voltage-active power parameters on the frequency stability index is analyzed. Finally

the rationality and effectiveness of the proposed model are verified through the modified WECC-9 node testing system and an actual power grid case.

关键词

Keywords

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