计及送端风电调频能力的交直流混合电网频率紧急控制策略

刘懿诗; 迟永宁; 刘超; 刘宏志

doi:10.7500/AEPS20240424003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

计及送端风电调频能力的交直流混合电网频率紧急控制策略

大规模新能源基地稳定运行与直流送出技术 | 更新时间：2025-06-16

- 计及送端风电调频能力的交直流混合电网频率紧急控制策略
- 暂无标题
- 电力系统自动化 2025年49卷第8期页码：97-109
- 作者机构：
  
  中国电力科学研究院有限公司，北京市 100192
- 作者简介：
  
  刘懿诗(1998—)，男，博士研究生，主要研究方向：电力系统分析、稳定与控制。E-mail：yishiliu1998@126.com
  迟永宁(1973—)，男，通信作者，博士，教授级高级工程师，博士生导师，国际电工委员会IEC SC 8A“可再生能源接入电网”技术分委会秘书，主要研究方向：新能源并网技术及电力系统稳定分析。E-mail：chiyn@epri.sgcc.com.cn
  刘超(1984—)，男，硕士，教授级高级工程师，主要研究方向：电力碳评估与新能源并网。E-mail：liuchao@epri.sgcc.com.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金企业创新发展联合基金重点支持项目(U23B20120)
- DOI：10.7500/AEPS20240424003
  中图分类号：
- 收稿：2024-04-24，
  
  修回：2024-08-30，
  
  网络出版：2024-12-20，
  
  纸质出版：2025-04-25
- 稿件说明：
移动端阅览
刘懿诗,迟永宁,刘超等.计及送端风电调频能力的交直流混合电网频率紧急控制策略[J].电力系统自动化,2025,49(8):97-109.

LIU Yishi,CHI Yongning,LIU Chao,et al.Frequency Emergency Control Strategy for AC/DC Hybrid Power Grids Considering Frequency Regulation Capability of Wind Power at Sending End[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(8):97-109.
刘懿诗,迟永宁,刘超等.计及送端风电调频能力的交直流混合电网频率紧急控制策略[J].电力系统自动化,2025,49(8):97-109. DOI： 10.7500/AEPS20240424003.

LIU Yishi,CHI Yongning,LIU Chao,et al.Frequency Emergency Control Strategy for AC/DC Hybrid Power Grids Considering Frequency Regulation Capability of Wind Power at Sending End[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(8):97-109. DOI： 10.7500/AEPS20240424003.

摘要

新型电力系统电源结构的异质化发展，使得大功率有功缺额下电网大停电事故风险急剧增加，电网频率安全运行面临巨大挑战。考虑到西北沙戈荒地区大规模风电场具备的调频潜力及大容量直流外送的输出方式，提出计及送端电网风电调频能力的交直流混合电网频率紧急控制策略。当受端电网频率达到低频减载第一轮动作值时，送端电网风电紧急提供有功支援，经特高压直流线路输送至受端电网。首先，提出风电集群有功双层分配结构及有功分配系数，并基于频率特征识别提出风电场有功协调控制算法；其次，利用容量加权平均法对所建立的多机系统频率响应(SFR)模型进行参数聚合，建立简化SFR模型；然后，基于该模型，分别从时域、频域的角度对电网频率特征进行量化分析，并针对频率紧急控制策略下电网频率特性与调频控制参数的关系进行评估；最后，基于中国西北某沙戈荒区域电网送出系统及IEEE 2区域4机系统进行仿真分析，仿真结果验证了所提频率紧急控制策略的有效性。

Abstract

The heterogeneous development of the generation structure in the new power system has led to a sharp increase in the risk of large-scale blackout accidents under high-power active power shortages

posing significant challenges to the safe operation of power grid frequency. Considering the frequency regulation potential of large-scale wind farms in the northwest Gobi Desert and other arid areas and the output mode of large-capacity DC transmission

a frequency emergency control strategy for AC/DC hybrid power grids considering the frequency regulation capability of wind power in the sending-end power grid is proposed. When the frequency of the receiving-end power grid reaches the first-round operating value of low-frequency load shedding

the wind power of the sending-end power grid urgently provides the active power support to be transmitted to the receiving-end power grid through the ultra-high voltage direct current line. Firstly

a dual-layer active power allocation structure and active power allocation coefficient for wind power clusters are proposed

and a coordinated active power control algorithm for wind farms based on frequency characteristic identification is proposed. Secondly

the capacity-weighted average method is used to aggregate the parameters of the established multi-machine system frequency response (SFR) model

establishing a simplified SFR model. Then

based on this model

the power grid frequency characteristics are quantitatively analyzed from both time-domain and frequency-domain perspectives

respectively

and the relationship between power grid frequency characteristics and frequency regulation control parameters under the frequency emergency control strategy is evaluated. Finally

simulation analysis is conducted based on a power transmission system in the Gobi Desert and other arid areas in northwest China and the IEEE 2-area 4-machine system

and the simulation results verify the effectiveness of the proposed frequency emergency control strategy.

关键词

Keywords

references

别朝红，王则凯，肖遥，等 . 双碳目标下新型电力系统发展展望［J］. 新型电力系统， 2023 ， 1 （ 2 ）： 116 - 131 .

BIE Zhaohong ， WANG Zekai ， XIAO Yao ， et al . Outlook on the development of new power system under dual-carbon target ［J］. New Type Power Systems ， 2023 ， 1 （ 2 ）： 116 - 131 .

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 - 73 .

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 - 73 .

任景，高敏，程松，等 . 面向新能源不确定性的西北电力电量平衡机制［J］. 中国电力， 2023 ， 56 （ 9 ）： 66 - 78 .

REN Jing ， GAO Min ， CHENG Song ， et al . A balance method for power supply-demand adapting to high uncertainties of renewable energy in northwest power grid ［J］. Electric Power ， 2023 ， 56 （ 9 ）： 66 - 78 .

马晓伟，王文倬，薛晨，等 . 西北新型电力系统先行示范体系探究［J］. 电网与清洁能源， 2024 ， 40 （ 1 ）： 1 - 7 .

MA Xiaowei ， WANG Wenzhuo ， XUE Chen ， et al . Research on the leading demonstration system of new-type power system in Northwest China ［J］. Power System and Clean Energy ， 2024 ， 40 （ 1 ）： 1 - 7 .

周霞，刘懿诗，戴剑丰，等 . 考虑风-储-直参与调频的电力系统频率特征定量分析［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 6 ）： 30 - 44 .

ZHOU Xia ， LIU Yishi ， DAI Jianfeng ， et al . Quantitative analysis of power system frequency characteristics considering wind power-energy storage-flexible HVDC transmission participation in frequency modulation ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 6 ）： 30 - 44 .

JIANG Y ， BERNSTEIN A ， VOROBEV P ， et al . Grid-forming frequency shaping control for low-inertia power systems ［J］. IEEE Control Systems Letters ， 2021 ， 5 （ 6 ）： 1988 - 1993 .

阮益闽，宗启航，姚伟，等 . 计及典型控制的风电场调频能力量化评估及影响因素分析［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 8 ）： 42 - 52 .

RUAN Yimin ， ZONG Qihang ， YAO Wei ， et al . Quantitative assessment and analysis of influencing factors on frequency regulation capacity of wind farms considering typical control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 8 ）： 42 - 52 .

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 .

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 .

姜超，蔡国伟，杨冬锋，等 . 基于双馈风电机组频率响应解析模型的系统低频减载策略［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 21 ）： 108 - 118 .

JIANG Chao ， CAI Guowei ， YANG Dongfeng ， et al . Under-frequency load shedding strategy for power system based on analytical frequency response model of doubly-fed wind turbines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 21 ）： 108 - 118 .

周野，刘福锁，常海军，等 . 用于频率紧急控制的水电群精准控制策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 11 ）： 121 - 126 .

ZHOU Ye ， LIU Fusuo ， CHANG Haijun ， et al . Accurate control strategies of hydropower group for frequency emergency control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 11 ）： 121 - 126 .

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 .

张宇博，杨松浩，郝治国 . 最大化电力系统频率最低点的并网风电机组频率支撑控制［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 8 ）： 141 - 151 .

ZHANG Yubo ， YANG Songhao ， HAO Zhiguo ， et al . Frequency support control of grid-connected wind turbines to maximize frequency nadir of power systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 8 ）： 141 - 151 .

陈湘，付强，宾子君，等 . 附加频率控制下并网换流器的动态惯量及其量化评估［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 8 ）： 131 - 140 .

CHEN Xiang ， FU Qiang ， BIN Zijun ， et al . Dynamic inertia of grid-connected converter with additional frequency control and its quantitative evaluation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 8 ）： 131 - 140 .

国务院办公厅转发国家发展改革委国家能源局关于促进新时代新能源高质量发展实施方案的通知［J］. 中华人民共和国国务院公报， 2022 （ 17 ）： 24 - 27 .

Circular of the General Office of the State Council on transmitting and issuing the implementation plan of National Development and Reform Commission， National Energy Administration for promoting the high-quality development of new energy in the new era ［J］. Gazette of the State Council of the People’s Republic of China ， 2022 （ 17 ）： 24 - 27 .

丁浩寅，周磊，黄志光，等 . 新能源与多馈入直流的受端电网频率紧急控制策略［J］. 电力系统及其自动化学报， 2023 ， 35 （ 11 ）： 74 - 83 .

DING Haoyin ， ZHOU Lei ， HUANG Zhiguang ， et al . Frequency emergency control strategy for receiving grid with new energy and multi-feed-in DC ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2023 ， 35 （ 11 ）： 74 - 83 .

LIU Y ， SHEN C ， WANG Z J ， et al . Incentive mechanism design for emergency frequency control in multi-infeed hybrid AC-DC system ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2024 ， 39 （ 1 ）： 1867 - 1880 .

LIU Y ， SONG Y K ， WANG Z J ， et al . Optimal emergency frequency control based on coordinated droop in multi-infeed hybrid AC-DC system ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 4 ）： 3305 - 3316 .

吴雪莲，李兆伟，刘福锁，等 . 大功率扰动下计及系统频率分布特性的紧急控制策略研究［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 3 ）： 104 - 114 .

WU Xuelian ， LI Zhaowei ， LIU Fusuo ， et al . Analysis of the emergency control strategy of system frequency considering system frequency distribution characteristics under large power disturbance ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 3 ）： 104 - 114 .

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］. 电工技术学报， 2024 ， 39 （ 17 ）： 5394 - 5405 .

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］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2024 ， 39 （ 17 ）： 5394 - 5405 .

电力系统自动低频减负荷技术规定： GB/T 40596—2021 ［S］. 北京：中国标准出版社出版， 2021 .

Technical rules for automatic under-frequency load shedding in electric power systems ： GB/T 40596—2021 ［S］. Beijing ： China Standards Press ， 2021 .

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 .

ZHANG J H ， WANG Y Y ， ZHOU G P ， et al . Integrating physical and data-driven system frequency response modelling for wind-PV-thermal power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2024 ， 39 （ 1 ）： 217 - 228 .

SABERI OSKOUEE S ， KAMALI S ， AMRAEE T . Primary frequency support in unit commitment using a multi-area frequency model with flywheel energy storage ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 6 ）： 5105 - 5119 .

谢珍建，汤奕 . 计及源荷惯量特征的电力系统最小惯量需求评估［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 10 ）： 66 - 77 .

XIE Zhenjian ， TANG Yi . Evaluation of minimum inertia requirement of power system considering source-load inertia characteristics ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 10 ）： 66 - 77 .

BIEBER L ， PFANNSCHMIDT J ， WANG L W ， et al . A hybrid three-level and modular multilevel converter with DC fault blocking capability and reduced semiconductor losses ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 4 ）： 1895 - 1908 .

沈政委，孙华东，仲悟之，等 . 基于关键事件的高比例新能源电力系统故障连锁演化规律分析［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 24 ）： 57 - 65 .

SHEN Zhengwei ， SUN Huadong ， ZHONG Wuzhi ， et al . Key event based analysis of evolution law of cascading failures in power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 24 ）： 57 - 65 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

跟网型电化学储能虚拟惯性常数的常数化计算方法

基于独立时空特征提取与分组增强的暂态频率安全评估

多时段边际碳排放因子及其不确定性分析