Frequency Security Assessment in Power Systems With High Penetration of Renewables Considering Spatio-Temporal Frequency Distribution

📄 arXiv: 2604.21262v1 📥 PDF

作者: Changjun He, Hua Geng, Xiuqiang He, Yushuang Liu

分类: eess.SY

发布日期: 2026-04-23

备注: 10 pages, 12 figures, article, 18 references

💡 一句话要点

针对高比例可再生能源电力系统，提出考虑时空频率分布的频率安全评估方法

🎯 匹配领域: 支柱四：生成式动作 (Generative Motion)

关键词: 电力系统频率安全 可再生能源并网 有效节点频率模型 节点惯性 时空频率分布

📋 核心要点

  1. 高比例可再生能源接入导致电力系统频率时空分布差异增大，传统频率安全评估方法难以准确高效地评估系统安全性。
  2. 论文提出一种基于有效节点频率（ENF）模型的频率安全评估方法，通过有效节点惯性（ENI）等参数简化节点频率动态特性。
  3. 通过离线计算和在线评估相结合的方式，利用查找表和插值方法，在改进的IEEE 39节点系统上验证了所提方法的有效性。

📝 摘要（中文）

可再生能源日益增长的并网加剧了电力系统频率在空间和时间上的差异，对系统频率安全性的准确和高效评估提出了严峻挑战。为了解决这个问题，首先建立了一个通用的有效节点频率（ENF）模型，以简洁地表征节点频率动态。该模型的特点是有效节点惯性（ENI）、阻尼和一次调频参数，这些参数仅保留控制节点频率动态性能的主导常数分量。该模型能够对节点频率轨迹和关键频率安全指标进行易于处理的解析公式化。在暂态功率扰动条件下的定量分析表明，ENI是影响频率安全的最重要参数。因此，解析地推导了确保节点频率安全的关键节点惯性。提出了一个基于实际ENI和关键节点惯性的系统级频率安全指标。基于所提出的指标，采用“离线计算和在线评估”的程序进行系统频率安全评估，该程序通过查找表方法和插值方法实现。在改进的IEEE 39节点系统上的仿真验证了所提出的评估方法的有效性。

🔬 方法详解

问题定义：论文旨在解决高比例可再生能源接入电力系统后，由于频率时空分布差异增大，导致传统频率安全评估方法难以准确高效评估系统安全性的问题。现有方法难以有效表征节点频率动态特性，无法快速准确地评估系统频率安全性。

核心思路：论文的核心思路是建立一个简化的有效节点频率（ENF）模型，该模型能够简洁地表征节点频率动态特性，并提取关键参数（如有效节点惯性ENI）用于频率安全评估。通过分析ENI对频率安全的影响，推导出关键节点惯性，并以此构建系统级频率安全指标。

技术框架：该方法主要包含以下几个阶段： 1. 建立通用有效节点频率（ENF）模型，提取有效节点惯性（ENI）、阻尼和一次调频参数。 2. 基于ENF模型，解析推导节点频率轨迹和关键频率安全指标。 3. 分析暂态功率扰动下ENI对频率安全的影响，推导确保节点频率安全的关键节点惯性。 4. 提出基于实际ENI和关键节点惯性的系统级频率安全指标。 5. 采用“离线计算和在线评估”的程序进行系统频率安全评估，利用查找表和插值方法实现快速评估。

关键创新：该论文的关键创新在于提出了通用的有效节点频率（ENF）模型，该模型能够简洁地表征节点频率动态特性，并提取关键参数用于频率安全评估。与传统方法相比，该方法能够更有效地处理高比例可再生能源接入带来的频率时空分布差异问题，实现快速准确的频率安全评估。

关键设计：ENF模型通过保留节点频率动态性能的主导常数分量，简化了节点频率动态特性。关键节点惯性的推导基于暂态功率扰动条件下的定量分析，确保了其对频率安全的指导意义。系统级频率安全指标的设计综合考虑了实际ENI和关键节点惯性，能够全面反映系统的频率安全水平。“离线计算和在线评估”的程序利用查找表和插值方法，实现了快速评估。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

论文在改进的IEEE 39节点系统上进行了仿真验证，结果表明所提出的评估方法能够有效地评估系统频率安全性。虽然论文中没有给出具体的性能数据和提升幅度，但验证了该方法在实际电力系统中的应用潜力。未来的研究可以进一步量化该方法在不同场景下的性能提升。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于电力系统运行和规划，帮助电力调度人员实时评估系统频率安全性，并采取相应的控制措施，提高电力系统的稳定性和可靠性。此外，该方法还可以用于评估不同可再生能源接入方案对系统频率安全的影响，为可再生能源的合理规划提供依据。

📄 摘要（原文）

The increasing integration of renewable energy sources exacerbates the spatial and temporal differences in frequency across the power system, posing a serious challenge to the accurate and efficient assessment of system frequency security. To address this issue, a generic effective nodal frequency (ENF) model is first established to concisely characterize nodal frequency dynamics. This model is featured by the effective nodal inertia (ENI), damping, and primary regulation parameters, which retain only the dominant constant component governing nodal frequency dynamic performance. This model enables the tractable analytical formulation of nodal frequency trajectory and the key frequency security indicators. Quantitative analysis under the temporary power disturbance condition reveals that the ENI is the most influential parameter governing frequency security. Consequently, the critical nodal inertia for ensuring nodal frequency security is analytically derived. A system-level frequency security index based on the actual ENI and critical nodal inertia is proposed. On the basis of the proposed index, the system frequency security assessment is carried out with the procedure of ``offline calculation and online evaluation'', which is achieved using a lookup table approach and an interpolation method. Simulations on the modified IEEE 39-bus system verify the effectiveness of the proposed assessment method.