考虑短时惯量波动的集中式频率校正前置控制方案

吕亚洲; 姜涛; 张铭恒; 李兆伟; 李威; 赖业宁

doi:10.7500/AEPS20240918004

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考虑短时惯量波动的集中式频率校正前置控制方案

研制与开发 | 更新时间：2026-02-28

- 考虑短时惯量波动的集中式频率校正前置控制方案
- Centralized Preemptive Frequency Correction Control Scheme Considering Short-time Inertia Fluctuations
- 电力系统自动化 2025年49卷第23期页码：149-161
- 作者机构：
  
  1.东北电力大学电气工程学院，吉林省吉林市 132012
  2.国网电力科学研究院有限公司（南瑞集团有限公司），江苏省南京市 211106
- 作者简介：
  
  吕亚洲(1988—)，男，博士研究生，主要研究方向：电力系统安全稳定分析与控制。E-mail：lvyazhou@sgepri.sgcc.com.cn
  姜涛(1983—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统安全性与稳定性、可再生能源集成、综合能源系统。E-mail：electricpowersys@163.com
  张铭恒(2001—)，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：2385040174@qq.com
- 基金信息：
  
  国家电网有限公司总部科技项目(5100-202440378A-3-2-ZX)
- DOI：10.7500/AEPS20240918004
  中图分类号：
- 收稿：2024-09-18，
  
  修回：2025-05-09，
  
  网络首发：2025-09-15，
  
  纸质出版：2025-12-10
- 稿件说明：
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吕亚洲,姜涛,张铭恒等.考虑短时惯量波动的集中式频率校正前置控制方案[J].电力系统自动化,2025,49(23):149-161.

LYU Yazhou,JIANG Tao,ZHANG Mingheng,et al.Centralized Preemptive Frequency Correction Control Scheme Considering Short-time Inertia Fluctuations[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(23):149-161.
吕亚洲,姜涛,张铭恒等.考虑短时惯量波动的集中式频率校正前置控制方案[J].电力系统自动化,2025,49(23):149-161. DOI： 10.7500/AEPS20240918004.

LYU Yazhou,JIANG Tao,ZHANG Mingheng,et al.Centralized Preemptive Frequency Correction Control Scheme Considering Short-time Inertia Fluctuations[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(23):149-161. DOI： 10.7500/AEPS20240918004.

摘要

在大规模新能源低电压穿越和脱网场景下，电力系统频率响应轨迹呈现变化率大、跌落深但恢复慢的特点，传统基于事件触发的频率紧急控制在该场景下难以适用，以低频减载为代表的频率校正控制动作时间滞后且控制代价极大。同时，新能源短时出力变化造成的惯量波动对频率稳定控制的影响也不容忽视。为此，提出了一种考虑系统短时惯量波动的集中式频率校正前置控制方案。该方案采用“初步能量估计、二次精确校核”的决策方式，在对决策周期内系统惯量波动上下限预测的基础上，从能量及功率平衡的角度给出了频率安全边界约束下频率校正前置控制策略制定方法。在触发动作时，采用事件和轨迹联合触发机制，当预想事故发生后且频率轨迹满足触发条件时才启动控制，在避免误动的同时降低了控制代价。基于某实际电网验证了所提方案的有效性和实用性。

Abstract

In the scenarios of low voltage ride-through (LVRT) and grid disconnection of large-scale renewable energy

the frequency response trajectories of power systems exhibit the characteristics of high rate-of-change

deep nadir

and slow recovery. The traditional frequency emergency control based on event triggering is difficult to apply in such scenarios

while frequency correction control represented by under-frequency load shedding (UFLS) control has delayed action time and extreme high operation costs. Meanwhile

the impact of inertia fluctuations caused by short-time renewable power variations on frequency stability control cannot be overlooked. A centralized preemptive frequency correction control scheme considering short-time inertia fluctuations of systems is proposed. Adopting a decision-making approach of “preliminary energy estimation followed by secondary precise verification”

a method for formulating the preemptive frequency correction control strategy under frequency security boundary constraints is given from the perspective of energy and power balance

based on the prediction of upper and lower limits of system inertia fluctuations during decision cycles. When action is triggered

a combined event-trajectory triggering mode is adopted. The control is initiated only when the expected fault occurs and the frequency trajectory meets the triggering conditions

thereby avoiding the misoperation and reducing the control costs at the same time. The effectiveness and practicality of the proposed scheme is verified based on an actual power grid.

关键词

Keywords

references

张子扬，张宁，杜尔顺，等 . 双高电力系统频率安全问题评述及其应对措施［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 1 ）： 1 - 25 .

ZHANG Ziyang ， ZHANG Ning ， DU Ershun ， et al . Review and countermeasures on frequency security issues of power systems with high shares of renewables and power electronics ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 1 ）： 1 - 25 .

马士聪，郭剑波，汪梦军，等 . 能量视角下电力系统暂态频率问题初探［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 4 ）： 1373 - 1383 .

MA Shicong ， GUO Jianbo ， WANG Mengjun ， et al . A preliminary exploration of transient frequency issues in the power system from an energy perspective ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 4 ）： 1373 - 1383 .

秦晓辉，苏丽宁，迟永宁，等 . 大电网中虚拟同步发电机惯量支撑与一次调频功能定位辨析［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 9 ）： 36 - 43 .

QIN Xiaohui ， SU Lining ， CHI Yongning ， et al . Functional orientation discrimination of inertia support and primary frequency regulation of virtual synchronous generator in large power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 9 ）： 36 - 43 .

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 .

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 .

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 .

WU Z P ， GAO W Z ， GAO T Q ， et al . State-of-the-art review on frequency response of wind power plants in power systems ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2018 ， 6 （ 1 ）： 1 - 16 .

ZHONG Q C ， WEISS G . Synchronverters： inverters that mimic synchronous generators ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2011 ， 58 （ 4 ）： 1259 - 1267 .

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 .

李东东，董楠，姚寅，等 . 考虑频率响应分散性及系统分区的含风电系统等效惯量估计［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 3 ）： 36 - 45 .

LI Dongdong ， DONG Nan ， YAO Yin ， et al . Equivalent inertia estimation of a power system containing wind power considering dispersion of frequency response and system partitioning ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 3 ）： 36 - 45 .

钱敏慧，张建胜，秦文萍，等 . 计及DFIG调频的系统频率响应特性分析及快速频率支撑策略研究［J］. 电力系统保护与控制， 2025 ， 53 （ 3 ）： 58 - 67 .

QIAN Minhui ， ZHANG Jiansheng ， QIN Wenping ， et al . System frequency response characteristic considering DFIG frequency regulation and fast frequency response strategy ［J］. Power System Protection and Control ， 2025 ， 53 （ 3 ）： 58 - 67 .

李雪萍，王自力，陈燕东，等 . 基于虚拟惯量模糊自适应的新能源逆变器频率主动支撑策略［J］. 电力系统保护与控制， 2024 ， 52 （ 20 ）： 25 - 37 .

LI Xueping ， WANG Zili ， CHEN Yandong ， et al . Active frequency support strategy for new energy inverters based on virtual inertia fuzzy adaptive control ［J］. Power System Protection and Control ， 2024 ， 52 （ 20 ）： 25 - 37 .

刘军，朱世祥，柳盼攀，等 . 考虑系统频率安全稳定约束的风储联合频率响应控制策略［J］. 电力系统保护与控制， 2024 ， 52 （ 1 ）： 73 - 84 .

LIU Jun ， ZHU Shixiang ， LIU Panpan ， et al . Coordinated control strategy for wind turbine and energy storage equipment considering system frequency safety and stability constraints ［J］. Power System Protection and Control ， 2024 ， 52 （ 1 ）： 73 - 84 .

李兆伟，方勇杰，黄慧，等 . 系统保护中跨区直流频率调制与紧急功率支援的协调控制［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 22 ）： 31 - 36 .

LI Zhaowei ， FANG Yongjie ， HUANG Hui ， et al . Coordinated control of cross-region DC frequency control and emergency power support in system protection ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 22 ）： 31 - 36 .

段瑶，陈龙，张步涵，等 . 华中电网的直流紧急功率支援问题［J］. 电网技术， 2012 ， 36 （ 2 ）： 104 - 108 .

DUAN Yao ， CHEN Long ， ZHANG Buhan ， et al . Research on emergency DC power support in central China power grid ［J］. Power System Technology ， 2012 ， 36 （ 2 ）： 104 - 108 .

BANIJAMALI S S ， AMRAEE T . Semi-adaptive setting of under frequency load shedding relays considering credible generation outage scenarios ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2019 ， 34 （ 3 ）： 1098 - 1108 .

ZUO Y H ， FRIGO G ， DERVIŠKADIĆ A ， et al . Impact of synchrophasor estimation algorithms in ROCOF-based under-frequency load-shedding ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 2 ）： 1305 - 1316 .

王士元，郑超，刘涛，等 . 计及LVRT的光伏高渗透电网动态频率特性及优化措施［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 6 ）： 2151 - 2159 .

WANG Shiyuan ， ZHENG Chao ， LIU Tao ， et al . Dynamic frequency characteristics and optimizing measures of photovoltaic high-penetration power grid considering LVRT ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 6 ）： 2151 - 2159 .

常海军，刘福锁，吕睿 . 应对暂态短时功率冲击的接续型频率紧急控制方法［J］. 电网与清洁能源， 2024 ， 40 （ 9 ）： 81 - 91 .

CHANG Haijun ， LIU Fusuo ， LÜ Rui . Method of continuous frequency emergency control considering transient short-time power shock ［J］. Power System and Clean Energy ， 2024 ， 40 （ 9 ）： 81 - 91 .

朱玲，姜涛，李威，等 . 计及短时有功冲击的新能源高占比外送系统频率紧急控制策略［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 22 ）： 150 - 159 .

ZHU Ling ， JIANG Tao ， LI Wei ， et al . Emergency frequency control strategy of transmission systems with high proportion of renewable energy considering short-term active power impact ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 22 ）： 150 - 159 .

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 .

赵强，刘肇旭，张丽 . 对中国低频减载方案制定中若干问题的探讨［J］. 电力系统自动化， 2010 ， 34 （ 11 ）： 48 - 53 .

ZHAO Qiang ， LIU Zhaoxu ， ZHANG Li . Discussions on the several problems of under-frequency load shedding scheme in China ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2010 ， 34 （ 11 ）： 48 - 53 .

吕亚洲，李威，刘福锁，等 . 基于多状态量特征的电网安全稳定紧急控制策略制定方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 3 ）： 103 - 112 .

LYU Yazhou ， LI Wei ， LIU Fusuo ， et al . Strategy formulation method for security and stability emergency control of power grid based on multi-state quantity characteristics ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 3 ）： 103 - 112 .

孙光辉，毕兆东，赵希才，等 . 电力系统在线安全稳定评估及决策技术的研究［J］. 电力系统自动化， 2005 ， 29 （ 17 ）： 81 - 84 .

SUN Guanghui ， BI Zhaodong ， ZHAO Xicai ， et al . Technology of on-line power system stability evaluation and decision-making ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2005 ， 29 （ 17 ）： 81 - 84 .

薛禹胜 . 时空协调的大停电防御框架：（二）广域信息、在线量化分析和自适应优化控制［J］. 电力系统自动化， 2006 ， 30 （ 2 ）： 1 - 10 .

XUE Yusheng . Space-time cooperative framework for defending blackouts： Part Ⅱ reliable information， quantitative analyses and adaptive controls ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2006 ， 30 （ 2 ）： 1 - 10 .

鲍颜红，冯长有，徐泰山，等 . 电力系统在线安全稳定综合辅助决策［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 1 ）： 104 - 110 .

BAO Yanhong ， FENG Changyou ， XU Taishan ， et al . Online security and stability comprehensive auxiliary decision-making of power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 1 ）： 104 - 110 .

张红丽，刘福锁，李威 . 考虑新能源短时波动的大电网在线暂态安全稳定控制方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 20 ）： 166 - 173 .

ZHANG Hongli ， LIU Fusuo ， LI Wei . Online control method for transient safety and stability of large-scale power grid considering short-term fluctuations of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 20 ）： 166 - 173 .

张武其，文云峰，迟方德，等 . 电力系统惯量评估研究框架与展望［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 20 ）： 6842 - 6856 .

ZHANG Wuqi ， WEN Yunfeng ， CHI Fangde ， et al . Research framework and prospect on power system inertia estimation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 20 ）： 6842 - 6856 .

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 .

李东东，孙雅茹，徐波，等 . 考虑频率稳定的新能源高渗透率电力系统最小惯量与一次调频容量评估方法［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 23 ）： 54 - 61 .

LI Dongdong ， SUN Yaru ， XU Bo ， et al . Minimum inertia and primary frequency capacity assessment for a new energy high permeability power system considering frequency stability ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 23 ）： 54 - 61 .

张程铭，柳璐，程浩忠，等 . 考虑频率安全的电力系统规划与运行优化研究综述与展望［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 1 ）： 250 - 265 .

ZHANG Chengming ， LIU Lu ， CHENG Haozhong ， et al . Review and prospects of planning and operation optimization for electrical power systems considering frequency security ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 1 ）： 250 - 265 .

徐泰山，薛禹胜 . 暂态频率偏移可接受性的定量分析［J］. 电力系统自动化， 2002 ， 26 （ 19 ）： 7 - 10 .

XU Taishan ， XUE Yusheng . Quantitative assessments of transient frequency deviation acceptability ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2002 ， 26 （ 19 ）： 7 - 10 .

BADESA L ， TENG F ， STRBAC G . Conditions for regional frequency stability in power system scheduling—Part Ⅰ： theory ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 6 ）： 5558 - 5566 .

BADESA L ， TENG F ， STRBAC G . Conditions for regional frequency stability in power system scheduling—Part Ⅱ： application to unit commitment ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 6 ）： 5567 - 5577 .

李碧君，李兆伟，吴雪莲，等 . 基于能量变化的暂态频率安全紧急控制决策方法研究［J］. 电力系统保护与控制， 2018 ， 46 （ 20 ）： 150 - 157 .

LI Bijun ， LI Zhaowei ， WU Xuelian ， et al . Research on the decision method of frequency security emergency control based on energy change ［J］. Power System Protection and Control ， 2018 ， 46 （ 20 ）： 150 - 157 .

王玎，袁小明 . 异步电机机电时间尺度有效惯量评估及其对可再生能源并网系统频率动态的影响［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 24 ）： 7258 - 7266 .

WANG Ding ， YUAN Xiaoming . Available inertia estimation of induction machine in electromechanical timescale and its effects on frequency dynamics of power systems with renewable energy ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 24 ）： 7258 - 7266 .

KAYIKCI M ， MILANOVIC J V . Dynamic contribution of DFIG-based wind plants to system frequency disturbances ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2009 ， 24 （ 2 ）： 859 - 867 .

钟庆昌 . 虚拟同步机与自主电力系统［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 2 ）： 336 - 348 .

ZHONG Qingchang . Virtual synchronous machines and autonomous power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 2 ）： 336 - 348 .

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 .

TUTTELBERG K ， KILTER J ， WILSON D ， et al . Estimation of power system inertia from ambient wide area measurements ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 6 ）： 7249 - 7257 .

陈国平，李明节，许涛 . 特高压交直流电网系统保护及其关键技术［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 22 ）： 2 - 10 .

CHEN Guoping ， LI Mingjie ， XU Tao . System protection and its key technologies of UHV AC and DC power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 22 ）： 2 - 10 .

王淑超，孙光辉，俞诚生，等 . 光伏发电系统级快速功率调控技术及其应用［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 21 ）： 6254 - 6263 .

WANG Shuchao ， SUN Guanghui ， YU Chengsheng ， et al . Photovoltaic power generation system level rapid power control technology and its application ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 21 ）： 6254 - 6263 .

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