电网多区域频率偏移量差异化机理解析及协同控制方法

李科言; 张峰; 丁磊; 孙开宁; 张刚; 辛志鹏

doi:10.7500/AEPS20250311004

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电网多区域频率偏移量差异化机理解析及协同控制方法

学术研究 | 更新时间：2026-02-28

- 电网多区域频率偏移量差异化机理解析及协同控制方法
- Differentiation Mechanism Analysis and Coordinated Control Methods for Multi-area Frequency Deviation in Power Grids
- 电力系统自动化 2026年50卷第3期页码：77-89
- 作者机构：
  
  1.电网智能化调度与控制教育部实验室（山东大学），山东省济南市 250061
  2.国网新疆电力有限公司，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830063
  3.烟台哈尔滨工程大学研究院，山东省烟台市 264006
- 作者简介：
  
  李科言(2000—)，男，硕士研究生，主要研究方向：低惯量电力系统频率响应时空差异性分析。E-mail：keyanli@mail.sdu.edu.cn
  张峰(1983—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：新能源主动支撑控制、电力电子化电力系统运行控制。E-mail：fengzhang@sdu.edu.cn
  丁磊(1980—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：低惯量电力系统运行控制、新能源发电并网控制。E-mail：dinglei@sdu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2021YFB2400500);已申请国家发明专利（申请号：2025103436203）
- DOI：10.7500/AEPS20250311004
  中图分类号：
- 收稿：2025-03-11，
  
  修回：2025-08-04，
  
  网络首发：2025-08-27，
  
  纸质出版：2026-02-10
- 稿件说明：
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李科言,张峰,丁磊等.电网多区域频率偏移量差异化机理解析及协同控制方法[J].电力系统自动化,2026,50(3):77-89.

LI Keyan,ZHANG Feng,DING Lei,et al.Differentiation Mechanism Analysis and Coordinated Control Methods for Multi-area Frequency Deviation in Power Grids[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(3):77-89.
李科言,张峰,丁磊等.电网多区域频率偏移量差异化机理解析及协同控制方法[J].电力系统自动化,2026,50(3):77-89. DOI： 10.7500/AEPS20250311004.

LI Keyan,ZHANG Feng,DING Lei,et al.Differentiation Mechanism Analysis and Coordinated Control Methods for Multi-area Frequency Deviation in Power Grids[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(3):77-89. DOI： 10.7500/AEPS20250311004.

摘要

新能源高占比电网中，不同区域间频率的时空差异化特征愈加明显，传统基于惯性中心的频率表征将无法描述该特征，导致区域频率差异化机理不明确，也无法实现低惯量区域的频率解析分析和偏移量的快速估算。为此，文中基于考虑区域间频率时空差异化的两区域频率响应模型，利用平均系统频率模型聚合的思想减少传递函数的模态数量，求得表征时空差异化机理的两区域频率响应解析式，通过解析式的振荡分量确定最大频率偏移量时刻，提出一种区域最大频率偏移量解析估算方法。机理分析表明，区域间惯量水平差距越大，区域频率偏移时空差异问题越明显。为保证各区域频率安全不越限，以各区域最大频率偏移量与惯性中心最大频率偏移量差值最小为优化目标，构建了多区域频率协同优化模型。仿真验证结果表明，所提方法能够准确描述时空特性对各区域频率偏移的影响，并实现对区域频率偏移的有效估算，所提优化模型可显著改善区域间频率偏移差异过大的问题。

Abstract

In the power grids with a high proportion of renewable energy

the spatio-temporal differentiation characteristics of frequency across various regions become increasingly prominent. Traditional frequency characterization based on the center of inertia fails to capture these characteristics

leading to unclear mechanisms of regional frequency differentiation and an inability to perform analytical frequency analysis or rapid deviation estimation for low-inertia regions. To address this challenge

this paper establishes a two-area frequency response model incorporating inter-regional frequency spatio-temporal differentiation. By leveraging the aggregation of average system frequency models to reduce transfer function modes

analytical expressions for two-area frequency responses characterizing spatio-temporal differentiation mechanisms are derived. The maximum frequency deviation moment is determined through oscillatory components of these expressions

enabling an analytical estimation method for the regional maximum frequency deviations. Mechanism analysis reveals that larger inter-regional inertia gaps exacerbate the spatio-temporal differentiation of regional frequency deviations. To ensure frequency safety in all regions without exceeding the limit

a multi-area frequency coordinated optimization model is constructed with the objective of minimizing differences of the regional maximum frequency deviations between each region and the center of inertia. Simulation results demonstrate that the proposed method can accurately describe the impact of spatio-temporal characteristics on regional frequency deviations and enable the effective estimation of regional frequency deviations

while the proposed optimization model can significantly improve excessive inter-regional frequency deviation discrepancies.

关键词

Keywords

references

刘瑞煦，汪震，吴佳良，等 . 考虑频率空间分布特性的虚拟惯量配置优化［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 8 ）： 122 - 130 .

LIU Ruixu ， WANG Zhen ， WU Jialiang ， et al . Configuration optimization of virtual inertia considering spatial distribution characteristics of frequency ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 8 ）： 122 - 130 .

刘柳，李卫东，唱友义，等 . 大功率缺失下频率最低点估计的低阶仿真模型［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 17 ）： 78 - 83 .

LIU Liu ， LI Weidong ， CHANG Youyi ， et al . Low-order simulation model for frequency nadir estimation with high power deficit ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 17 ）： 78 - 83 .

欧阳金鑫，余建峰，张澳归，等 . 电网故障下含直驱风电机组的电力系统频率动态响应分析［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 8 ）： 111 - 121 .

OUYANG Jinxin ， YU Jianfeng ， ZHANG Aogui ， et al . Analysis of dynamic frequency response for power systems with direct-drive wind turbines under power grid fault ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 8 ）： 111 - 121 .

罗启珩，王晓茹，刘金强，等 . 基于调速系统等值模型的电力系统发生扰动后最低频率预测［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 10 ）： 163 - 167 .

LUO Qiheng ， WANG Xiaoru ， LIU Jinqiang ， et al . Minimum frequency prediction of power system after disturbance based on equivalent model of governor system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 10 ）： 163 - 167 .

EGIDO I ， FERNANDEZ-BERNAL F ， CENTENO P ， et al . Maximum frequency deviation calculation in small isolated power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2009 ， 24 （ 4 ）： 1731 - 1738 .

LIU L ， LI W D ， BA Y ， et al . An analytical model for frequency nadir prediction following a major disturbance ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 4 ）： 2527 - 2536 .

李东辉，臧晓明，鞠平，等 . 电力系统频率响应的改进模型与参数估计［J］. 电力工程技术， 2019 ， 38 （ 5 ）： 85 - 90 .

LI Donghui ， ZANG Xiaoming ， JU Ping ， et al . The improved model and parameter estimation for frequency response of power system ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2019 ， 38 （ 5 ）： 85 - 90 .

JU P ， ZHENG Y ， JIN Y Q ， et al . Analytic assessment of the power system frequency security ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2021 ， 15 （ 15 ）： 2215 - 2225 .

刘福锁，卿梦琪，唐飞，等 . 计及风电一次调频和频率约束的风电占比极限值计算［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 3 ）： 863 - 870 .

LIU Fusuo ， QING Mengqi ， TANG Fei ， et al . Limit proportion calculation of wind power considering primary frequency modulation and frequency constraints ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 3 ）： 863 - 870 .

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 .

GOLPÎRA H ， MESSINA A R . A center-of-gravity-based approach to estimate slow power and frequency variations ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 1 ）： 1026 - 1035 .

裴铭，叶林，罗雅迪，等 . 计及频率响应时空相关性的新能源电力系统惯量估计方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 8 ）： 53 - 66 .

PEI Ming ， YE Lin ， LUO Yadi ， et al . Inertia estimation method for power system with renewable energy considering spatio-temporal correlation of frequency response ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 8 ）： 53 - 66 .

刘方蕾，胥国毅，刘家豪，等 . 考虑电网结构和参数的电力系统惯量分布特性［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 23 ）： 60 - 67 .

LIU Fanglei ， XU Guoyi ， LIU Jiahao ， et al . Inertia distribution characteristics of power system considering structure and parameters of power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 23 ）： 60 - 67 .

李勇，常樊睿，彭衍建，等 . 基于小扰动频率量测数据的电网节点惯量分布评估方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 13 ）： 50 - 59 .

LI Yong ， CHANG Fanrui ， PENG Yanjian ， et al . Evaluation method for node inertia distribution of power grids based on small disturbance frequency measurement data ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 13 ）： 50 - 59 .

刘方蕾，胥国毅，王凡，等 . 基于差值计算法的系统分区惯量评估方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 20 ）： 46 - 53 .

LIU Fanglei ， XU Guoyi ， WANG Fan ， et al . Assessment method of system partition inertia based on differential calculation method ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 20 ）： 46 - 53 .

MA N N ， WANG D L . Extracting spatial-temporal characteristics of frequency dynamic in large-scale power grids ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 4 ）： 2654 - 2662 .

FOUAD A A ， KWON S H . Two-area analysis of system time error and inadvertent interchange energy in interconnected power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems ， 1985 ， 104 （ 8 ）： 2148 - 2158 .

ANDERSON P M ， MIRHEYDAR M . A low-order system frequency response model ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 1990 ， 5 （ 3 ）： 720 - 729 .

崔阳，张扬帆，王晓声，等 . 风电集群接入柔直互联多区域协同调频策略［J］. 全球能源互联网， 2019 ， 2 （ 1 ）： 53 - 61 .

CUI Yang ， ZHANG Yangfan ， WANG Xiaosheng ， et al . Coordinated frequency regulation for multiple systems connected by VSC-HVDC with wind power cluster ［J］. Journal of Global Energy Interconnection ， 2019 ， 2 （ 1 ）： 53 - 61 .

关燕鹏，李晓宁，贾新春 . 含可再生能源的多区域电力系统负荷频率控制［J］. 电力系统及其自动化学报， 2022 ， 34 （ 7 ）： 64 - 71 .

GUAN Yanpeng ， LI Xiaoning ， JIA Xinchun . Load frequency control of multi-area power system with renewable energy sources ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2022 ， 34 （ 7 ）： 64 - 71 .

王国英，王成福，牛远方，等 . 含产消者租赁共享储能的主动配电网协同优化决策［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 1 ）： 105 - 116 .

WANG Guoying ， WANG Chengfu ， NIU Yuanfang ， et al . Cooperative optimal decision-making for active distribution network with shared energy storage leased by prosumers ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 1 ）： 105 - 116 .

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 .

徐辰宇，赵冬梅，王浩翔，等 . 计及直流跨区互联系统频率稳定的多调频资源协调优化研究［J/OL］. 中国电机工程学报： 1 - 14 ［ 2025-03-05 ］. https：//link.cnki.net/urlid/11.2107.tm.20250228.1613.010 https://link.cnki.net/urlid/11.2107.tm.20250228.1613.010 .

XU Chenyu ， ZHAO Dongmei ， WANG Haoxiang ， et al . Research on coordinated optimization of multiple frequency regulation resources considering frequency stability of inter-regional HVDC interconnected systems ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ： 1 - 14 ［ 2025-03-05 ］. https：//link.cnki.net/urlid/11.2107.tm.20250228.1613.010 https://link.cnki.net/urlid/11.2107.tm.20250228.1613.010 .

SHEN J K ， LI W D ， LIU L ， et al . Frequency response model and its closed-form solution of two-machine equivalent power system ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 3 ）： 2162 - 2173 .

陈斌，王德林，张俊武，等 . 双馈风电机组参与电网一次调频的多风速段综合控制及变参数整定［J］. 电工电能新技术， 2018 ， 37 （ 11 ）： 40 - 47 .

CHEN Bin ， WANG Delin ， ZHANG Junwu ， et al . Integrated control of multi-wind speed section and variable-parameter tuning on DFIG participating in primary frequency regulation of power grid ［J］. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy ， 2018 ， 37 （ 11 ）： 40 - 47 .

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 .

吴雪莲，李兆伟，黄锡芳，等 . 考虑多点并发功率冲击下暂态频率安全的系统惯量分配方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 12 ）： 68 - 78 .

WU Xuelian ， LI Zhaowei ， HUANG Xifang ， et al . System inertia allocation method considering transient frequency safety under multiple concurrent power impacts ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 12 ）： 68 - 78 .

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