基于动态频率安全评估的低惯性系统储能适应性协同规划

王强钢; 石博文; 池源; 周亦尧; 张琛; 周念成

doi:10.7500/AEPS20250217005

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于动态频率安全评估的低惯性系统储能适应性协同规划

学术研究 | 更新时间：2026-02-28

- 基于动态频率安全评估的低惯性系统储能适应性协同规划
- Adaptive Coordinated Planning of Energy Storage for Low-inertia Power Systems Based on Dynamic Frequency Security Assessment
- 电力系统自动化 2026年50卷第2期页码：165-176
- 作者机构：
  
  1.输变电装备技术全国重点实验室（重庆大学），重庆市 400044
  2.国网能源研究院有限公司，北京市 102209
- 作者简介：
  
  王强钢(1987—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：交直流混联电网保护与控制、新能源基地一体化运行与控制。E-mail：qianggang1987@cqu.edu.cn
  石博文(2001—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力系统规划与频率稳定性分析。E-mail：202311021085t@stu.cqu.edu.cn
  池源(1986—)，男，通信作者，博士，助理研究员，主要研究方向：电力系统规划与稳定性分析。E-mail：chiyuanee@cqu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2023YFB2405900)
- DOI：10.7500/AEPS20250217005
  中图分类号：
- 收稿：2025-02-17，
  
  修回：2025-08-12，
  
  网络首发：2025-10-10，
  
  纸质出版：2026-01-25
- 稿件说明：
移动端阅览
王强钢,石博文,池源等.基于动态频率安全评估的低惯性系统储能适应性协同规划[J].电力系统自动化,2026,50(2):165-176.

WANG Qianggang,SHI Bowen,CHI Yuan,et al.Adaptive Coordinated Planning of Energy Storage for Low-inertia Power Systems Based on Dynamic Frequency Security Assessment[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(2):165-176.
王强钢,石博文,池源等.基于动态频率安全评估的低惯性系统储能适应性协同规划[J].电力系统自动化,2026,50(2):165-176. DOI： 10.7500/AEPS20250217005.

WANG Qianggang,SHI Bowen,CHI Yuan,et al.Adaptive Coordinated Planning of Energy Storage for Low-inertia Power Systems Based on Dynamic Frequency Security Assessment[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(2):165-176. DOI： 10.7500/AEPS20250217005.

摘要

新能源大规模并网后，常规机组装机容量占比不断下降，电力系统的惯性水平和调频能力减弱，动态频率安全风险增加。为此，文中提出基于动态频率安全评估的低惯性电力系统储能适应性协同规划方法。首先，提出考虑时间累积效应的动态频率安全指标，用于评估系统一次频率响应全过程；然后，基于动态频率安全指标，提出考虑容量敏感性的储能分区选址策略；最后，建立基于数值-机电暂态联合仿真的储能适应性协同规划模型，通过数值-机电暂态模型交替迭代对经济、频率安全和适应性指标进行折中优化，并采用非支配排序遗传算法求解储能容量最优配置。改进的IEEE 39节点系统算例分析表明，所提方法在选址阶段使动态频率安全指标得到了改善，在定容阶段既保证了经济性和频率安全，又提高了规划方案对各种不确定场景的适应性。

Abstract

With the large-scale grid-integration of renewable energy

the installed capacity proportion of conventional units is continuously decreasing. The inertia level and frequency regulation capability of the power system are weakened

increasing the risk of dynamic frequency security. To address this issue

an adaptive coordinated planning method of energy storage for low-inertia power systems is proposed based on dynamic frequency security assessment. Firstly

the dynamic frequency security indices considering time accumulation effects are proposed to assess the entire primary frequency response process of the system. Secondly

based on the dynamic frequency security indices

a zone-based energy storage siting strategy considering capacity sensitivity is developed. Finally

an adaptive coordinated planning model of energy storage based on numerical-electromechanical transient joint simulation is established. The economic

frequency security and adaptability objectives are trade-off optimized through alternating iterations of the numerical-electromechanical transient model

and the non-dominated sorting genetic algorithm is used to obtain the optimal storage capacity configuration. Case studies on a modified IEEE 39-bus system show that the proposed method improves the dynamic frequency security indices in the siting stage

and in the sizing stage

simultaneously guarantees economy and frequency security while enhancing the adaptability of the planning scheme to various uncertain scenarios.

关键词

Keywords

references

滕贤亮，谈超，昌力，等 . 高比例新能源电力系统有功功率与频率控制研究综述及展望［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 15 ）： 12 - 35 .

TENG Xianliang ， TAN Chao ， CHANG Li ， et al . Review and prospect of research on active power and frequency control in power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 15 ）： 12 - 35 .

文云峰，张武其，郭威 . 电力系统惯量需求：概念、指标及评估方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 8 ）： 30 - 41 .

WEN Yunfeng ， ZHANG Wuqi ， GUO Wei . Inertia requirement of power system： concepts， indexes， and evaluation method ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 8 ）： 30 - 41 .

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 .

MENG L X ， ZAFAR J ， KHADEM S K ， et al . Fast frequency response from energy storage systems—a review of grid standards， projects and technical issues ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2020 ， 11 （ 2 ）： 1566 - 1581 .

鲁宗相，李佳明，乔颖，等 . 新能源场站快速频率支撑能力评估研究现状与技术展望［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 10 ）： 1 - 19 .

LU Zongxiang ， LI Jiaming ， QIAO Ying ， et al . Research status and technology prospects of fast frequency support capability assessment for renewable energy stations ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 10 ）： 1 - 19 .

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［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 .

YAN S C ， ZHENG Y ， HILL D J . Frequency constrained optimal siting and sizing of energy storage ［J］. IEEE Access ， 2019 ， 7 ： 91785 - 91798 .

ZHANG C M ， LIU L ， CHENG H Z ， et al . Frequency-constrained co-planning of generation and energy storage with high-penetration renewable energy ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2021 ， 9 （ 4 ）： 760 - 775 .

SALEEM M I ， SAHA S ， ROY T K ， et al . Assessment and management of frequency stability in low inertia renewable energy rich power grids ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2024 ， 18 （ 7 ）： 1372 - 1390 .

ZHANG H X ， LI C G ， LIU Y T . Quantitative frequency security assessment method considering cumulative effect and its applications in frequency control ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2015 ， 65 ： 12 - 20 .

MITTAL R ， MIAO Z X ， FAN L L . Stability enhancement for IBRs operating in weak grids through proper coordination and control ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2024 ， 39 （ 3 ）： 1497 - 1508 .

AKRAM U ， MITHULANANTHAN N ， SHAH R ， et al . Design of energy storage for frequency stability in low-inertia power grid ［J］. IEEE Systems Journal ， 2023 ， 17 （ 3 ）： 4763 - 4774 .

张智，周明，武昭原，等 . 考虑动态频率支撑的储能选址定容规划方法［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 7 ）： 2708 - 2721 .

ZHANG Zhi ， ZHOU Ming ， WU Zhaoyuan ， et al . Energy storage location and capacity planning method considering dynamic frequency support ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 7 ）： 2708 - 2721 .

HAN R S ， HU Q R ， ZHANG H C ， et al . Robust allocation of distributed energy storage systems considering locational frequency security ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2024 ， 157 ： 109903 .

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 .

李卫东，王祥旭，于瀚林，等 . 大扰动下电力系统频率安全概率指标初探［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 10 ）： 12 - 19 .

LI Weidong ， WANG Xiangxu ， YU Hanlin ， et al . Preliminary study on probabilistic indicators for frequency security of power systems under large disturbances ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 10 ）： 12 - 19 .

付文龙，卓庆澳，吴月超，等 . 多能互补提供频率支撑的储能容量分布鲁棒规划方法［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 1 ）： 282 - 297 .

FU Wenlong ， ZHUO Qing’ao ， WU Yuechao ， et al . Distributed robust planning for energy storage capacity with multi-energy complementarity providing frequency support ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 1 ）： 282 - 297 .

衣立东，蒙金有，何川 . 考虑系统一次频率响应特性的新型电力系统源网荷储协调鲁棒规划［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 9 ）： 3659 - 3672 .

YI Lidong ， MENG Jinyou ， HE Chuan . Source-grid-load-storage robust coordinated planning of new-type power system considering primary frequency response characteristics ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 9 ）： 3659 - 3672 .

CAO X Y ， CAO T X ， GAO F ， et al . Risk-averse storage planning for improving RES hosting capacity under uncertain siting choices ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2021 ， 12 （ 4 ）： 1984 - 1995 .

WANG Q ， ZHANG X G ， YI C Z ， et al . A novel shared energy storage planning method considering the correlation of renewable uncertainties on the supply side ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2022 ， 13 （ 4 ）： 2051 - 2063 .

ALSHARIF H ， JALILI M ， HASAN K N . Power system frequency stability using optimal sizing and placement of Battery Energy Storage System under uncertainty ［J］. Journal of Energy Storage ， 2022 ， 50 ： 104610 .

陶文嘉，冯亮，彭克，等 . 极端灾害下基于光储优化配置的配电网供电恢复方法［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 7 ）： 189 - 197 .

TAO Wenjia ， FENG Liang ， PENG Ke ， et al . Power restoration method for distribution network based on optimal configuration of photovoltaic and energy storage in extreme disaster scenarios ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 7 ）： 189 - 197 .

李学峰，李国庆，李晓飞，等 . 考虑风电不确定性与电池损耗的储能电站鲁棒规划方法［J］. 电力系统及其自动化学报， 2024 ， 36 （ 2 ）： 144 - 151 .

LI Xuefeng ， LI Guoqing ， LI Xiaofei ， et al . Robust planning method for energy storage station considering wind power uncertainty and battery loss ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2024 ， 36 （ 2 ）： 144 - 151 .

杜锡力，李笑竹，陈来军，等 . 面向多场景调节需求的集中式共享储能鲁棒优化配置［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 23 ）： 5911 - 5921 .

DU Xili ， LI Xiaozhu ， CHEN Laijun ， et al . Robust and optimized configuration of centralized shared energy storage for multi-scenario regulation demand ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 23 ）： 5911 - 5921 .

CHI Y ， XU Y ， DING T . Coordinated VAR planning for voltage stability enhancement of a wind-energy power system considering multiple resilience indices ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2019 ， 11 （ 4 ）： 2367 - 2379 .

WANG Y R ， LI F X ， WAN Q L ， et al . Reactive power planning based on fuzzy clustering， gray code， and simulated annealing ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2011 ， 26 （ 4 ）： 2246 - 2255 .

王二威，秦亮，皇甫成，等 . 基于空间分布和时序特征的配电网台区三相不平衡调整方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 19 ）： 97 - 105 .

WANG Erwei ， QIN Liang ， HUANGFU Cheng ， et al . Three-phase unbalance adjustment method for distribution station areas based on spatial distribution and time-series characteristics ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 19 ）： 97 - 105 .

林雨眠，熊厚博，张笑演，等 . 计及新能源机会约束与虚拟储能的电-热系统分布式多目标优化调度［J］. 电工技术学报， 2024 ， 39 （ 16 ）： 5042 - 5059 .

LIN Yumian ， XIONG Houbo ， ZHANG Xiaoyan ， et al . Distributed multi-objective optimal scheduling of integrated electric-heat system considering chance constraint of new energy and virtual storage ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2024 ， 39 （ 16 ）： 5042 - 5059 .

ZHANG D ， SHAFIULLAH G M ， DAS C K ， et al . Optimal allocation of battery energy storage systems to improve system reliability and voltage and frequency stability in weak grids ［J］. Applied Energy ， 2025 ， 377 ： 124541 .

YU H ， CHUNG C Y ， WONG K P . Robust transmission network expansion planning method with Taguchi’s orthogonal array testing ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2011 ， 26 （ 3 ）： 1573 - 1580 .

DEB K ， PRATAP A ， AGARWAL S ， et al . A fast and elitist multiobjective genetic algorithm： NSGA-Ⅱ ［J］. IEEE Transactions on Evolutionary Computation ， 2002 ， 6 （ 2 ）： 182 - 197 .

CHI Y ， XU Y ， ZHANG R . Many-objective robust optimization for dynamic VAR planning to enhance voltage stability of a wind-energy power system ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 30 - 42 .

OMIDVAR M N ， LI X D ， YAO X . A review of population-based metaheuristics for large-scale black-box global optimization： Part Ⅱ ［J］. IEEE Transactions on Evolutionary Computation ， 2022 ， 26 （ 5 ）： 823 - 843 .

PSS/E 33.4 model library ［R］. Schenectady， USA ： Siemens PTI ， 2013 .

李娜，徐政 . PSS/E中的双馈风机模型［J］. 机电工程， 2012 ， 29 （ 9 ）： 1080 - 1084 .

LI Na ， XU Zheng . Double fed induction generator model in PSS/E ［J］. Journal of Mechanical & Electrical Engineering ， 2012 ， 29 （ 9 ）： 1080 - 1084 .

AGRAWAL S ， PANIGRAHI B K ， TIWARI M K . Multiobjective particle swarm algorithm with fuzzy clustering for electrical power dispatch ［J］. IEEE Transactions on Evolutionary Computation ， 2008 ， 12 （ 5 ）： 529 - 541 .

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

面向经济高效的蜂巢状配电网优化布局与调度策略

基于频率-转速下垂控制的储能型双馈调相机惯量支撑方法

具有源荷不平衡特性的配电网智能软开关和储能联合规划

考虑充电站可调潜力的虚拟惯性功率补偿控制策略