東北電力大學安軍教授團隊提出一種面向抑制頻率波動的新型電力系統調頻能力需求評估方法

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導語

傳統火電調頻無法快速跟蹤響應新能源出力頻繁變化導致的頻率波動，從而造成頻率越死區現象頻發，一次調頻設備需要頻繁啟動，系統的一次調頻能力面臨嚴峻挑戰。東北電力大學安軍教授團隊與國家電網公司東北分部合作，在2026年第5期《電工技術學報》上撰文，提出一種面向抑制頻率波動的新型電力系統調頻能力需求評估方法，基于越限頻率波形，提取越限頻率的多維特征，全面刻畫頻率波動特性，同時能夠僅由越限頻率的波形定量評估出系統的調頻能力需求。

研究背景

新能源發電具有間歇性和強波動性，導致新型電力系統中的頻率波動日益劇烈，但現有火電等傳統調頻資源無法快速跟蹤響應頻率的快速高頻波動，造成頻率越死區現象頻發，一次調頻設備需要不斷動作，嚴重影響設備的使用壽命和系統的安全運行。因此，評估頻率波動帶來的調頻能力需求不僅是維持頻率穩定的核心問題，更是優化資源配置、降低運維成本的關鍵前提。

論文所解決的問題及意義

準確識別頻率波動特性是調頻能力需求評估的基礎，現有研究僅從頻率波動的幾何形態上或風電功率本身構建特征指標，未考慮功率波動對頻率越限的影響。同時，大量研究針對新能源消納、大擾動下的一次調頻或二次調頻場景評估調頻容量需求并配置調頻資源，卻缺少從抑制頻率波動、減少頻率越限的角度定量評估電力系統的調頻能力需求。本文構建的頻率波動特征指標可以全面刻畫頻率波動特性和越限特性，提出的基于頻率波動指標的調頻能力需求評估方法能夠僅由越限頻率的波形量化系統在不同時間尺度下的調頻能力缺口。

論文方法及創新點

1、新型電力系統的頻率波動特性

本文以一次調頻死區作為界限，提取越限部分的頻率曲線，建立越限頻率的最大幅值、能積、最大持續時間和頻率越限次數等四個頻率波動特征指標，以全面刻畫頻率波動特性。通過對頻率實測數據和波形的分析發現，長時間尺度下，頻率波動嚴重且分布集中，短時間尺度下，頻率波動小但分散性強。

圖1 日時間尺度下的頻率波動與越限特性

表1 不同時間尺度下的頻率波動特征指標最大值

表2 不同時間尺度下的頻率波動特征指標最小值

2、計及頻率波動特性的新型電力系統調頻能力需求評估

調頻能力需求本質上是由頻率波動的“幅值-能積-時間-頻次”等多維特征共同驅動的剛性約束，本文提出了一種基于頻率波動指標的調頻能力需求評估方法，僅由越限頻率的波形即可定量評估出系統的調頻能力需求。分析發現系統對調頻能力的需求隨著時間尺度的縮短而減小，考慮雙向調節特性時系統對調頻電量的需求明顯低于單向調節特性時的需求。

表3 不同時間尺度下的調頻能力需求最大值

表4 不同時間尺度下的調頻能力需求最小值

結論

1）基于越限頻率波形分析得到，系統頻率越限問題非常嚴重，表現在越限頻率的幅值大、能積高、持續時間長、越限次數多。

2）提出一種基于頻率波動指標的調頻能力需求評估方法，分析發現系統面臨著高功率、大電量、快調頻的需求，且持續時間需求已從“分鐘級”向“小時級”延伸。

團隊介紹

微通電力系統研究團隊創建于1991年，依托現代電力系統仿真控制與綠色電能新技術教育部重點實驗室，主要從事電力系統安全分析與控制、可再生能源聯網規劃與運行控制、大規模儲能運行控制、電力電子化電力系統運行分析與控制、需求側資源調控與綜合能源系統、大數據與人工智能在電力系統中應用等領域的科研工作。研究團隊2011年入選教育部“長江學者和創新團隊發展計劃”創新團隊，2024年入選《中國電機工程學報》創刊60周年突出貢獻團隊。

團隊負責人為穆鋼教授、嚴干貴教授，先后主持/承擔國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金-智能電網聯合基金集成項目課題、國家973計劃、863計劃課題等國家級項目21項，發表SCI/EI期刊論文300余篇，獲授權發明專利60余件。在大規模電力系統暫態穩定分析、大規模風電聯網和電力系統穩定分析等方面創建了多項關鍵技術，成果獲國家科技進步獎二等獎2項、省部級科技進步一等獎3項、二等獎6項。現有國家首批“萬人計劃”領軍人才1人，長江學者特聘教授1人，全國杰出專業技術人才2人，吉林省有突出貢獻專家3人，吉林省拔尖創新人才3人，享受吉林省政府特殊津貼專家1人，愛思維爾全球前2%頂尖科學家4人；國家級教學名師1人，全國模范教師1人。

安軍

1978年生，教授，博士生導師，吉林省有突出貢獻專家、吉林省拔尖創新人才。主持國家自然科學基金面上項目1項，作為主研人承擔國家自然科學基金重點項目2項，承擔國家重點研發計劃項目課題2項，國家電網公司等橫向項目20余項，發表SCI/EI論文40余篇。研究方向為含新能源電力系統運行與控制。

李可心

2000年生，博士研究生，研究方向為含新能源電力系統運行與控制。

周毅博

1988年生，副教授，碩士生導師，獲吉林省科技進步二等獎一項，2023年首屆全國人工智能應用場景創新挑戰賽全國一等獎及優秀指導教師獎。研究方向為人工智能在電力系統中的應用。

石巖

1992年生，博士研究生，研究方向為電力系統頻率穩定分析。

本工作成果發表在2026年第5期《電工技術學報》，論文標題為“面向抑制頻率波動的新型電力系統調頻能力需求評估“。本課題為國家自然科學基金重點資助項目。

引用本文

安軍, 李可心, 周毅博, 湯偉, 石巖. 面向抑制頻率波動的新型電力系統調頻能力需求評估[J]. 電工技術學報, 2026, 41(5): 1495-1509. An Jun, Li Kexin, Zhou Yibo, Tang Wei, Shi Yan. Frequency Fluctuation Suppression-Oriented Evaluation of Frequency Regulation Capability Requirements for New-Type Power Systems. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(5): 1495-1509.

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