Coordinated Planning Method for Renewable Energy Plant Multi-Pathway Retrofitting and Multi-Type Generation Considering Frequency Security

LI Pengzhan; LIU Lu; SUN Chao; CHENG Haozhong

doi:10.12204/j.issn.1000-7229.2026.10.004

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Coordinated Planning Method for Renewable Energy Plant Multi-Pathway Retrofitting and Multi-Type Generation Considering Frequency Security

Planning & Construction | 更新时间：2026-09-30

- Coordinated Planning Method for Renewable Energy Plant Multi-Pathway Retrofitting and Multi-Type Generation Considering Frequency Security
- Electric Power Construction Vol. 47, Issue 10, Pages: 45-61(2026)
- 作者机构：
  
  1.上海电力大学电气工程学院，上海市 200090
  2.电力传输与功率变换控制教育部重点实验室（上海交通大学），上海市 200240
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2022YFB2403200)
- DOI：10.12204/j.issn.1000-7229.2026.10.004
  CLC： TM73
- Received：29 May 2026，
  
  Revised：2026-06-30，
  
  Published：01 October 2026
- 稿件说明：
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李鹏展,柳璐,孙超等.考虑频率安全的新能源场站多路径改造与多类型电源协同规划方法[J].电力建设,2026,47(10):45-61.

LI Pengzhan,LIU Lu,SUN Chao,et al.Coordinated Planning Method for Renewable Energy Plant Multi-Pathway Retrofitting and Multi-Type Generation Considering Frequency Security[J].Electric Power Construction,2026,47(10):45-61.
李鹏展,柳璐,孙超等.考虑频率安全的新能源场站多路径改造与多类型电源协同规划方法[J].电力建设,2026,47(10):45-61. DOI： 10.12204/j.issn.1000-7229.2026.10.004.

LI Pengzhan,LIU Lu,SUN Chao,et al.Coordinated Planning Method for Renewable Energy Plant Multi-Pathway Retrofitting and Multi-Type Generation Considering Frequency Security[J].Electric Power Construction,2026,47(10):45-61. DOI： 10.12204/j.issn.1000-7229.2026.10.004.

摘要

目的

为解决高比例新能源并网导致电力系统一次调频响应能力下降、威胁电网频率安全的问题，提出了一种考虑频率安全的新能源场站多路径改造与多类型电源协同规划方法。

方法

首先，构建包含加装调频器、跟网型储能和构网型储能的新能源场站多路径改造模型，刻画不同改造方式在一次调频、惯性响应和投资成本方面的差异。其次，建立以电源投建成本、新能源场站改造成本、运行成本总和最小为目标的协同规划模型，针对强非线性特征的频率偏差约束难以嵌入规划模型的问题，建立主-子问题迭代求解框架，主问题解决基于多场景的电源规划及新能源改造决策问题，子问题利用系统频率响应模型对频率安全指标进行评估，主-子问题之间通过单位调节功率、调频备用容量和系统惯量三个方向的物理参数加固割相连接。

结果

改进的IEEE 24节点系统及实际区域系统验证结果表明，该方法能够获得最优建设方案，同时发挥新能源多元改造路径互补优势，相比传统规划方法，总成本降低1.2%并使新能源消纳率提高0.4%。随着新能源装机渗透率的进一步提升，系统转动惯量下降，构网型储能的配置容量显著上升。

结论

所提方法能有效统筹系统频率支撑性能与整体经济成本，避免了对常规火电的过度投资，为高比例新能源并网导致一次调频能力下降问题提供了切实可行的解决方案。

Abstract

Objective

To address the decline in primary frequency response capability and the resulting threats to frequency security caused by the high-proportion integration of renewable energy，a coordinated planning method for multi-path retrofitting of renewable energy plants and multi-type generation considering frequency security is proposed.

Methods

First，a multi-path retrofit model for renewable energy plants was constructed，including the installation of primary frequency response controllers （PFRCs），grid-following （GFL） energy storage，and grid-forming （GFM） energy storage，so as to characterize the differences among various retrofitting pathways in terms of primary frequency regulation，inertia response，and investment costs. Second，a coordinated planning model was established with the objective of minimizing the total sum of generation investment cost，renewable energy plant retrofit cost，and operational cost. To overcome the difficulty of embedding highly nonlinear frequency deviation constraints into the planning model，an iterative master-subproblem solution framework was developed. The master problem solved the multi-scenario-based generation expansion and renewable energy retrofit decisions，while the subproblem used a system frequency response model to evaluate frequency security indicators. The master and subproblems were linked through physics-informed strengthening cuts derived from three dimensions： regulation power，frequency regulation reserve capacity，and system inertia.

Results

The verification results on the modified IEEE 24-bus system and an actual regional power system demonstrate that the proposed method can obtain the optimal construction scheme while fully exploiting the complementary advantages of diversified renewable energy retrofit pathways. Compared with the conventional planning method，the total cost was reduced by 1.2%，and the renewable energy accommodation rate was increased by 0.4%. Furthermore，as the penetration rate of renewable energy capacity further increases，the system rotational inertia decreases，leading to a significant increase in the configured capacity of GFM energy storage.

Conclusions

The proposed method can effectively coordinate system frequency support performance and overall economic cost，avoid over-investment in conventional coal-fired thermal power plants，and provide a practical and feasible solution to the decline in primary frequency response capability caused by the high-proportion integration of renewable energy.

关键词

Keywords

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