提升新能源短时性功率冲击下暂态频率安全的储能紧急控制策略

魏玖明; 李兆伟; 李碧君; 吴雪莲; 朱玲; 赖业宁

doi:10.7500/AEPS20230720016

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提升新能源短时性功率冲击下暂态频率安全的储能紧急控制策略

新型电力系统惯量-功率-频率控制理论与应用 | 更新时间：2025-06-16

- 提升新能源短时性功率冲击下暂态频率安全的储能紧急控制策略
- Emergency Control Strategies Using Energy Storage to Enhance Transient Frequency Safety Under Short-time Power Impact of Renewable Energy
- 电力系统自动化 2024年48卷第8期页码：152-161
- 作者机构：
  
  1.南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司),江苏省南京市 211106
  2.华北电力大学电气与电子工程学院,北京市 102206
- 作者简介：
  
  魏玖明(1999—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力系统安全稳定分析与控制。E-mail：w1638706038@163.com
  李兆伟(1985—)，男，通信作者，博士研究生，高级工程师，主要研究方向：电力系统安全稳定分析与控制。E-mail：lizhaowei1@sgepri.sgcc.com.cn
  李碧君(1966—)，男，博士，研究员级高级工程师，主要研究方向：电力系统安全稳定分析与控制。E-mail：libijun@sgepri.sgcc.com.cn
- 基金信息：
  
  国家电网有限公司科技项目(5100-202240026A-1-1-ZN)
- DOI：10.7500/AEPS20230720016
  中图分类号：
- 收稿：2023-07-20，
  
  修回：2024-01-30，
  
  网络出版：2024-03-21，
  
  纸质出版：2024-04-25
- 稿件说明：
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魏玖明,李兆伟,李碧君等.提升新能源短时性功率冲击下暂态频率安全的储能紧急控制策略[J].电力系统自动化,2024,48(8):152-161.

WEI Jiuming,LI Zhaowei,LI Bijun,et al.Emergency Control Strategies Using Energy Storage to Enhance Transient Frequency Safety Under Short-time Power Impact of Renewable Energy[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(8):152-161.
魏玖明,李兆伟,李碧君等.提升新能源短时性功率冲击下暂态频率安全的储能紧急控制策略[J].电力系统自动化,2024,48(8):152-161. DOI： 10.7500/AEPS20230720016.

WEI Jiuming,LI Zhaowei,LI Bijun,et al.Emergency Control Strategies Using Energy Storage to Enhance Transient Frequency Safety Under Short-time Power Impact of Renewable Energy[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(8):152-161. DOI： 10.7500/AEPS20230720016.

摘要

高比例新能源电力系统中单一短路故障容易引起大规模新能源进入低电压穿越，使得系统承受大容量短时性功率冲击，可能会导致系统暂态最大频率偏差超过低频减载阈值，带来负荷损失。将电化学储能纳入由电网故障事件触发的紧急控制是应对短时性功率冲击下暂态频率越限的有效手段。为此，首先构建了新能源短时性功率冲击下计及储能紧急功率控制的系统频率响应分析模型，进而分析总结了储能释放功率和持续时间对短时性功率扰动下系统频率特性的影响。以此为理论依据，综合考虑短时性功率冲击下的暂态低频与高频安全，提出了避免低频减载的最小储能紧急释放能量计算方法，并给出了满足要求的储能紧急控制功率和持续时间策略。最后，在IEEE 10机39节点系统中验证了分析结果的准确性。

Abstract

In the power system with high-penetration renewable energy

a single short-circuit fault easily causes large-scale renewable energy into the low voltage ride-through condition

impacting the system with the high-capacity short-time power. This may result in the transient maximum frequency deviation exceeding the low-frequency load shedding threshold and lead to load losses. Including electrochemical energy storage in the emergency control triggered by the power grid fault events is an effective means to address issues of transient frequency over-limitation under the short-time power impact. To achieve this

this paper constructs a system frequency response analysis model considering the emergency power control using energy storage under the short-time power impact of renewable energy. Then

the impact of release power and duration of the energy storage on the frequency characteristics of the system under short-time power disturbances is analyzed and summarized. Based on this theoretical foundation and considering both transient low-frequency and high-frequency safety under the short-time power impact

this paper proposes a method for calculating the minimum emergency release energy of the energy storage to avoid low-frequency load shedding. The power and duration emergency control strategies using energy storage that meet the requirements are provided. Finally

the accuracy of the analysis results is validated in the IEEE 10-machine 39-bus system.

关键词

Keywords

references

国务院 . 国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知［EB/OL］.（ 2021-10-26 ）［ 2023-06-20 ］. https：//www.gov.cn/zhengce/content/2021-10/26/content_5644984.htm？eqid=a4b 97eeb0002d62b00000003645bab58 https://www.gov.cn/zhengce/content/2021-10/26/content_5644984.htm?eqid=a4b97eeb0002d62b00000003645bab58 .

The State Council . Notice of The State Council on issuing an action plan for carbon emission peaking before 2030 ［EB/OL］. （ 2021-10-26 ）［ 2023-06-20 ］. https：//www.gov.cn/zhengce/content/2021-10/26/content_5644984.htm？eqid=a4b97eeb0002d62b00000003645bab58 https://www.gov.cn/zhengce/content/2021-10/26/content_5644984.htm?eqid=a4b97eeb0002d62b00000003645bab58 .

BLAABJERG F ， IONEL D M . Renewable energy devices and systems—state-of-the-art technology， research and development， challenges and future trends ［J］. Electric Power Components and Systems ， 2015 ， 43 （ 12 ）： 1319 - 1328 .

丁立，乔颖，鲁宗相，等 . 高比例风电对电力系统调频指标影响的定量分析［J］. 电力系统自动化， 2014 ， 38 （ 14 ）： 1 - 8 .

DING Li ， QIAO Ying ， LU Zongxiang ， et al . Impact on frequency regulation of power system from wind power with high penetration ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2014 ， 38 （ 14 ）： 1 - 8 .

孙华东，王宝财，李文锋，等 . 高比例电力电子电力系统频率响应的惯量体系研究［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 16 ）： 5179 - 5192 .

SUN Huadong ， WANG Baocai ， LI Wenfeng ， et al . Research on inertia system of frequency response for power system with high penetration electronics ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 16 ）： 5179 - 5192 .

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 .

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 .

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 .

张剑云，李明节 . 新能源高渗透的电力系统频率特性分析［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 11 ）： 3498 - 3507 .

ZHANG Jianyun ， LI Mingjie . Analysis of the frequency characteristic of the power systems highly penetrated by new energy generation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 11 ）： 3498 - 3507 .

O’SULLIVAN J ， ROGERS A ， FLYNN D ， et al . Studying the maximum instantaneous non-synchronous generation in an island system—frequency stability challenges in Ireland ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2014 ， 29 （ 6 ）： 2943 - 2951 .

刘洋，王聪颖，夏德明，等 . 电网故障导致大面积风电低电压穿越对电网频率的影响分析及措施［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 9 ）： 3505 - 3514 .

LIU Yang ， WANG Congying ， XIA Deming ， et al . Influence of large area wind power low voltage ride-through on power grid frequency caused by power grid faults ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 3505 - 3514 .

朱玲，文一宇，付昂，等 . 双馈机组低电压穿越控制策略改进［J］. 电力电子技术， 2017 ， 51 （ 2 ）： 33 - 35 .

ZHU Ling ， WEN Yiyu ， FU Ang ， et al . Improvement of LVRT control strategy of doubly fed induction generator ［J］. Power Electronics ， 2017 ， 51 （ 2 ）： 33 - 35 .

刘洋，邵广惠，张弘鹏，等 . 新能源参与系统一次调频分析及参数设置［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 2 ）： 683 - 689 .

LIU Yang ， SHAO Guanghui ， ZHANG Hongpeng ， et al . Analysis of renewable energy participation in primary frequency regulation and parameter setting scheme of power grid ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 2 ）： 683 - 689 .

孙佳航，冯忠楠，黄景光，等 . 基于改进VSG的风光储联合发电系统低电压穿越控制策略［J/OL］. 电网技术： 1 - 14 ［ 2023-04-19 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2022.0717 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2022.0717 .

SUN Jiahang ， FENG Zhongnan ， HUANG Jingguang ， et al . Low-voltage ride-through control strategy of wind-storage co-generation system based on improved VSG ［J/OL］. Power System Technology ： 1 - 14 ［ 2023-04-19 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2022.0717 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2022.0717 .

付德义，秦世耀，薛扬，等 . 风电机组低电压穿越过程机械载荷特性研究［J］. 太阳能学报， 2016 ， 37 （ 5 ）： 1100 - 1106 .

FU Deyi ， QIN Shiyao ， XUE Yang ， et al . Wind turbine mechanical load characteristics research during LVRT ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2016 ， 37 （ 5 ）： 1100 - 1106 .

汤奕，赵丽莉，郭小江 . 风电比例对风火打捆外送系统功角暂态稳定性影响［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 20 ）： 34 - 40 .

TANG Yi ， ZHAO Lili ， GUO Xiaojiang . Impact of wind power penetration on angle transient stability of wind-thermal combined system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 20 ）： 34 - 40 .

电力系统安全稳定导则： GB 38755—2019 ［S］. 2019 .

Code on security and stability for power system ： GB 38755—2019 ［S］. 2019 .

CHATZINIKOLAOU E ， ROGERS D J . A comparison of grid-connected battery energy storage system designs ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2017 ， 32 （ 9 ）： 6913 - 6923 .

张新松，顾菊平，袁越，等 . 基于电池储能系统的风功率波动平抑策略［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 28 ）： 4752 - 4760 .

ZHANG Xinsong ， GU Juping ， YUAN Yue ， et al . Strategy of smoothing wind power fluctuation based on battery energy storage system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 28 ）： 4752 - 4760 .

AKRAM U ， NADARAJAH M ， SHAH R ， et al . A review on rapid responsive energy storage technologies for frequency regulation in modern power systems ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2020 ， 120 ： 109626 .

李兆伟，方勇杰，李威，等 . 电化学储能应用于电网频率安全防御三道防线的探讨［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 8 ）： 1 - 7 .

LI Zhaowei ， FANG Yongjie ， LI Wei ， et al . Discussion on application of electrochemical energy storage in three defense lines of power grid frequency ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 8 ）： 1 - 7 .

李晖，刘栋，秦继朔，等 . 考虑风光出力不确定性的新能源基地直流外送随机规划方法研究［J/OL］. 电网技术： 1 - 9 ［ 2024-01-10 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2023.1888 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2023.1888 .

LI Hui ， LIU Dong ， QIN Jishuo ， et al . Stochastic planning method for UHVDC transmission of renewable energy power base considering wind and photovoltaic output uncertainties ［J/OL］. Power System Technology ： 1 - 9 ［ 2024-01-10 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2023.1888 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2023.1888 .

新能源基地送电配置新型储能规划技术导则： NB/T 11194—2023 ［S］. 2023 .

New energy base transmission configuration new energy storage planning technical guidelines： NB/T 11194—2023 ［S］. 2023 .

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］. 2021 .

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

光伏发电站接入电力系统技术规定： GB/T 19964—2012 ［S］. 2012 .

Technical requirements for connecting photovoltaic power station to power system ： GB/T 19964—2012 ［S］. 2012 .

李东东，张佳乐，徐波，等 . 考虑频率分布特性的新能源电力系统等效惯量评估［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 8 ）： 2913 - 2921 .

LI Dongdong ， ZHANG Jiale ， XU Bo ， et al . Equivalent inertia assessment in renewable power system considering frequency distribution properties ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 8 ）： 2913 - 2921 .

汪梦军，郭剑波，马士聪，等 . 新能源电力系统暂态频率稳定分析与调频控制方法综述［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 5 ）： 1672 - 1694 .

WANG Mengjun ， GUO Jianbo ， MA Shicong ， et al . Review of transient frequency stability analysis and frequency regulation control methods for renewable power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 5 ）： 1672 - 1694 .

方勇杰，范文涛，陈永红，等 . 在线预决策的暂态稳定控制系统［J］. 电力系统自动化， 1999 ， 23 （ 1 ）： 8 - 11 .

FANG Yongjie ， FAN Wentao ， CHEN Yonghong ， et al . An on-line transient stability control system of large power systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 1999 ， 23 （ 1 ）： 8 - 11 .

周海强，崔晓丹，许剑冰，等 . 计及低电压穿越及故障全过程动态的双馈风电场等值方法［J/OL］. 电力系统自动化： 1 - 14 ［ 2024-01-10 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20240109.1008.002.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20240109.1008.002.html .

ZHOU Haiqiang ， CUI Xiaodan ， XU Jianbing ， et al . Equivalent method of DFIG-based wind farm considering low-voltage ride through and dynamics of whole fault process ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ： 1 - 14 ［ 2024-01-10 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20240109.1008.002.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20240109.1008.002.html .

李兆伟，方勇杰，吴雪莲，等 . 频率紧急控制中动作时延和措施量对低惯量系统控制有效性的影响分析［J/OL］. 电工技术学报： 1 - 13 ［ 2023-11-02 ］. https：//doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.231175 https://doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.231175 .

LI Zhaowei ， FANG Yongjie ， WU Xuelian ， et al . Influence of action delay and amount on the control effectiveness of low inertia systems in frequency emergency control ［J/OL］. Transactions of China Electrotechnical Society ： 1 - 13 ［ 2023-11-02 ］. https：//doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.231175 https://doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.231175 .

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