Differentiation Mechanism Analysis and Coordinated Control Methods for Multi-area Frequency Deviation in Power Grids

LI Keyan; ZHANG Feng; DING Lei; SUN Kaining; ZHANG Gang; XIN Zhipeng

doi:10.7500/AEPS20250311004

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Differentiation Mechanism Analysis and Coordinated Control Methods for Multi-area Frequency Deviation in Power Grids

Basic Research | 更新时间：2026-02-28

- Differentiation Mechanism Analysis and Coordinated Control Methods for Multi-area Frequency Deviation in Power Grids
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Issue 3, Pages: 77-89(2026)
- 作者机构：
  
  1.电网智能化调度与控制教育部实验室（山东大学），山东省济南市 250061
  2.国网新疆电力有限公司，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830063
  3.烟台哈尔滨工程大学研究院，山东省烟台市 264006
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2021YFB2400500)
- DOI：10.7500/AEPS20250311004
  CLC：
- Received：11 March 2025，
  
  Revised：2025-08-04，
  
  Online First：27 August 2025，
  
  Published：10 February 2026
- 稿件说明：
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李科言,张峰,丁磊等.电网多区域频率偏移量差异化机理解析及协同控制方法[J].电力系统自动化,2026,50(3):77-89.

LI Keyan,ZHANG Feng,DING Lei,et al.Differentiation Mechanism Analysis and Coordinated Control Methods for Multi-area Frequency Deviation in Power Grids[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(3):77-89.
李科言,张峰,丁磊等.电网多区域频率偏移量差异化机理解析及协同控制方法[J].电力系统自动化,2026,50(3):77-89. DOI： 10.7500/AEPS20250311004.

LI Keyan,ZHANG Feng,DING Lei,et al.Differentiation Mechanism Analysis and Coordinated Control Methods for Multi-area Frequency Deviation in Power Grids[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(3):77-89. DOI： 10.7500/AEPS20250311004.

摘要

新能源高占比电网中，不同区域间频率的时空差异化特征愈加明显，传统基于惯性中心的频率表征将无法描述该特征，导致区域频率差异化机理不明确，也无法实现低惯量区域的频率解析分析和偏移量的快速估算。为此，文中基于考虑区域间频率时空差异化的两区域频率响应模型，利用平均系统频率模型聚合的思想减少传递函数的模态数量，求得表征时空差异化机理的两区域频率响应解析式，通过解析式的振荡分量确定最大频率偏移量时刻，提出一种区域最大频率偏移量解析估算方法。机理分析表明，区域间惯量水平差距越大，区域频率偏移时空差异问题越明显。为保证各区域频率安全不越限，以各区域最大频率偏移量与惯性中心最大频率偏移量差值最小为优化目标，构建了多区域频率协同优化模型。仿真验证结果表明，所提方法能够准确描述时空特性对各区域频率偏移的影响，并实现对区域频率偏移的有效估算，所提优化模型可显著改善区域间频率偏移差异过大的问题。

Abstract

In the power grids with a high proportion of renewable energy

the spatio-temporal differentiation characteristics of frequency across various regions become increasingly prominent. Traditional frequency characterization based on the center of inertia fails to capture these characteristics

leading to unclear mechanisms of regional frequency differentiation and an inability to perform analytical frequency analysis or rapid deviation estimation for low-inertia regions. To address this challenge

this paper establishes a two-area frequency response model incorporating inter-regional frequency spatio-temporal differentiation. By leveraging the aggregation of average system frequency models to reduce transfer function modes

analytical expressions for two-area frequency responses characterizing spatio-temporal differentiation mechanisms are derived. The maximum frequency deviation moment is determined through oscillatory components of these expressions

enabling an analytical estimation method for the regional maximum frequency deviations. Mechanism analysis reveals that larger inter-regional inertia gaps exacerbate the spatio-temporal differentiation of regional frequency deviations. To ensure frequency safety in all regions without exceeding the limit

a multi-area frequency coordinated optimization model is constructed with the objective of minimizing differences of the regional maximum frequency deviations between each region and the center of inertia. Simulation results demonstrate that the proposed method can accurately describe the impact of spatio-temporal characteristics on regional frequency deviations and enable the effective estimation of regional frequency deviations

while the proposed optimization model can significantly improve excessive inter-regional frequency deviation discrepancies.

关键词

Keywords

references

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