Active Frequency Response Strategy for Wind Turbines Considering Wind-Thermal Power Coordination

TAO Yukun; JIANG Jiangming; YANG Feifei; HE Ping; LI Congshan; JI Yuqi

doi:10.7500/AEPS20250326001

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Active Frequency Response Strategy for Wind Turbines Considering Wind-Thermal Power Coordination

Basic Research | 更新时间：2026-02-28

- Active Frequency Response Strategy for Wind Turbines Considering Wind-Thermal Power Coordination
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Issue 4, Pages: 152-162(2026)
- 作者机构：
  
  郑州轻工业大学电气信息工程学院，河南省郑州市 450002
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52377125);Henan Provincial Science and Technology Research and Development Project(232102241015;242102240043)
- DOI：10.7500/AEPS20250326001
  CLC：
- Received：26 March 2025，
  
  Revised：2025-09-26，
  
  Online First：04 December 2025，
  
  Published：25 February 2026
- 稿件说明：
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陶玉昆,蒋江明,杨飞飞等.考虑风-火功率协调的风电机组主动频率响应策略[J].电力系统自动化,2026,50(4):152-162.

TAO Yukun,JIANG Jiangming,YANG Feifei,et al.Active Frequency Response Strategy for Wind Turbines Considering Wind-Thermal Power Coordination[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(4):152-162.
陶玉昆,蒋江明,杨飞飞等.考虑风-火功率协调的风电机组主动频率响应策略[J].电力系统自动化,2026,50(4):152-162. DOI： 10.7500/AEPS20250326001.

TAO Yukun,JIANG Jiangming,YANG Feifei,et al.Active Frequency Response Strategy for Wind Turbines Considering Wind-Thermal Power Coordination[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(4):152-162. DOI： 10.7500/AEPS20250326001.

摘要

主动频率响应控制策略是提升风电机组一次调频能力的重要技术手段。然而，现有研究多聚焦于风电机组自身响应机制的设计，而忽略了多能源协同出力对频率响应特性的影响。为此，文中提出一种考虑风-火功率协调的主动频率响应策略。首先，考虑风电调频作用和调速器动态建立改进系统频率响应模型，并基于该模型推导功率扰动下系统频率响应的时域解析解。其次，遵循风-火功率配合和频率响应分量峰谷互补的设计原则，构建风电机组频率支撑阶段的功率轨迹模型。此外，综合考虑风速和风电渗透率的影响，引入Logistic函数对频率支撑退出阶段的功率轨迹进行自适应设计。最后，仿真验证了所提策略改善频率动态特性的可行性与有效性。

Abstract

Active frequency response control strategy serves as an important technical means to enhance the primary frequency regulation capability of wind turbines. However

existing studies predominantly focus on the design of response mechanisms for wind turbines while ignoring the impact of multi-energy coordinated output on frequency response characteristics. To address this issue

this paper proposes an active frequency response strategy considering the wind-thermal power coordination. Firstly

considering the frequency regulation contribution of wind power and governor dynamics

an improved system frequency response model is established. Based on this model

the time-domain analytical solution for system frequency response under power disturbances is derived. Secondly

by following the design principles of wind-thermal power coordination and peak-valley complementarity of frequency response components

a power trajectory model for the frequency support phase of wind turbines is constructed. Furthermore

comprehensively considering the effects of wind speed and wind power penetration rate

an adaptive power trajectory design in the frequency support withdrawal phase is developed using a Logistic function. Finally

the simulation validates the feasibility and effectiveness of the proposed strategy in improving the frequency dynamic characteristics.

关键词

Keywords

references

刘洪波，彭晓宇，张崇，等 . 风电参与电力系统调频控制策略综述［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 11 ）： 81 - 92 .

LIU Hongbo ， PENG Xiaoyu ， ZHANG Chong ， et al . Overview of wind power participating in frequency regulation control strategy for power system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 11 ）： 81 - 92 .

任凯奇，张东英，黄越辉，等 . 基于新能源出力比例的大规模系统惯量估计［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 4 ）： 1307 - 1315 .

REN Kaiqi ， ZHANG Dongying ， HUANG Yuehui ， et al . Large-scale system inertia estimation based on new energy output ratio ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 4 ）： 1307 - 1315 .

单煜，汪震，周昌平，等 . 基于分段频率变化率的风电机组一次调频控制策略［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 11 ）： 19 - 26 .

SHAN Yu ， WANG Zhen ， ZHOU Changping ， et al . Control strategy of primary frequency regulation for wind turbine based on segmented rate of change of frequency ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 11 ）： 19 - 26 .

肖亮，陈亦平，伍阳阳，等 . 风电场快速调频技术的工程实践及关键参数取值［J］. 高电压技术， 2023 ， 49 （ 6 ）： 2536 - 2548 .

XIAO Liang ， CHEN Yiping ， WU Yangyang ， et al . Engineering practice and key parameter selection for fast frequency regulation technology of wind farms ［J］. High Voltage Engineering ， 2023 ， 49 （ 6 ）： 2536 - 2548 .

聂永辉，刘家僮，孙斌，等 . 基于转子动能释放的风电并网系统非线性频率控制策略研究［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 23 ）： 9127 - 9136 .

NIE Yonghui ， LIU Jiatong ， SUN Bin ， et al . Research on nonlinear frequency control strategy of wind power grid connected system based on rotor kinetic energy release ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 23 ）： 9127 - 9136 .

WANG H X ， HE H W ， YANG Z H ， et al . Frequency response methods for grid-connected wind power generations： a review ［J］. Electric Power Systems Research ， 2023 ， 221 ： 109396 .

BAO W Y ， DING L ， KANG Y C ， et al . Closed-loop synthetic inertia control for wind turbine generators in association with slightly over-speeded deloading operation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2023 ， 38 （ 6 ）： 5022 - 5032 .

GAO H S ， ZHANG F ， DING L ， et al . Multi-segment droop control and optimal parameter setting strategy of wind turbine for frequency regulation ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2024 ， 158 ： 109968 .

姜涛，邱宇琛，刘先超，等 . 多风电场支撑电网频率稳定的动态差异化时序协同控制策略［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 8 ）： 162 - 173 .

JIANG Tao ， QIU Yuchen ， LIU Xianchao ， et al . Control strategy with dynamic and differentiated timing synergy for multiple wind farms supporting frequency stability of power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 8 ）： 162 - 173 .

KHESHTI M ， LIN S Y ， ZHAO X W ， et al . Gaussian distribution-based inertial control of wind turbine generators for fast frequency response in low inertia systems ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2022 ， 13 （ 3 ）： 1641 - 1653 .

BAO W Y ， DING L ， LIU Z F ， et al . Analytically derived fixed termination time for stepwise inertial control of wind turbines： Part Ⅰ analytical derivation ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2020 ， 121 ： 106120 .

DUAN J ， ZHANG Y ， LI Z ， et al . Fast frequency response strategy for wind-storage systems based on improved torque limit control under energy perspective ［J］. Journal of Energy Storage ， 2025 ， 111 ： 115406 .

刘吉臻，姚琦，柳玉，等 . 风火联合调度的风电场一次调频控制策略研究［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 12 ）： 3462 - 3469 .

LIU Jizhen ， YAO Qi ， LIU Yu ， et al . Wind farm primary frequency control strategy based on wind & thermal power joint control ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 12 ）： 3462 - 3469 .

SUN M ， SUN Y ， CHEN L ， et al . Novel temporary frequency support control strategy of wind turbine generator considering coordination with synchronous generator ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2022 ， 13 （ 2 ）： 1011 - 1020 .

XU G Y ， LIU F L ， HU J X ， et al . Coordination of wind turbines and synchronous generators for system frequency control ［J］. Renewable Energy ， 2018 ， 129 ： 225 - 236 .

SUN M ， MIN Y ， CHEN L ， et al . Optimal auxiliary frequency control of wind turbine generators and coordination with synchronous generators ［J］. CSEE Journal of Power and Energy Systems ， 2021 ， 7 （ 1 ）： 78 - 85 .

向真 . 考虑延迟支撑的风电机组一次调频控制策略［D］. 南京：南京理工大学， 2021 .

XIANG Zhen . Primary frequency regulation control strategy of wind turbine considering delayed support ［D ］. Nanjing ： Nanjing University of Science and Technology ， 2021 .

GU W ， CHEN Z Y ， LI Q ， et al . Torque limit-based inertial control method based on delayed support for primary frequency control of wind turbines ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2024 ， 12 （ 2 ）： 561 - 570 .

ULLAH N R ， THIRINGER T ， KARLSSON D . Temporary primary frequency control support by variable speed wind turbines—potential and applications ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2008 ， 23 （ 2 ）： 601 - 612 .

KANG M ， KIM K ， MULJADI E ， et al . Frequency control support of a doubly-fed induction generator based on the torque limit ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 31 （ 6 ）： 4575 - 4583 .

唐玉烽，杨苹，杨义 . 考虑频率二次跌落的风电机组频率响应控制策略［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 9 ）： 166 - 174 .

TANG Yufeng ， YANG Ping ， YANG Yi . Frequency response control strategy of wind turbines considering frequency secondary drop ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 9 ）： 166 - 174 .

陶玉昆，杨飞飞，和萍，等 . 考虑频率二次跌落和转速恢复的风电机组柔性频率响应策略［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 13 ）： 60 - 68 .

TAO Yukun ， YANG Feifei ， HE Ping ， et al . Flexible frequency response strategy for wind turbines considering secondary frequency drop and rotational speed recovery ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 13 ）： 60 - 68 .

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 .

鞠平，秦川，罗建裕，等 . 现代电力系统频率安全分析与控制［M］. 北京：科学出版社， 2022 .

JU Ping ， QIN Chuan ， LUO Jianyu ， et al . Frequency security analysis and control of modern power systems ［M］. Beijing ： Science Press ， 2022 .

王宝财，孙华东，李文锋，等 . 考虑动态频率约束的电力系统最小惯量评估［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 1 ）： 114 - 127 .

WANG Baocai ， SUN Huadong ， LI Wenfeng ， et al . Minimum inertia estimation of power system considering dynamic frequency constraints ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 1 ）： 114 - 127 .

闵勇，陈磊，刘瑞阔，等 . 电力系统频率动态中惯量与惯量响应特性辨析［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 3 ）： 855 - 868 .

MIN Yong ， CHEN Lei ， LIU Ruikuo ， et al . Analysis on characteristics of inertia and inertial response in power system frequency dynamics ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 3 ）： 855 - 868 .

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Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology (South China University of Technology)

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