Analytical Calculation of Wind Power Hosting Capacity Considering Dynamic Frequency Stability and Energy Storage-based Fast Frequency Support

YANG Dejian; CHU Xiaowei; LI Chuanliang; LU Xuexuan; QIAN Minhui; CHEN Wei

doi:10.20204/j.sp.2025.11009

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Analytical Calculation of Wind Power Hosting Capacity Considering Dynamic Frequency Stability and Energy Storage-based Fast Frequency Support

更新时间：2025-12-10

- Analytical Calculation of Wind Power Hosting Capacity Considering Dynamic Frequency Stability and Energy Storage-based Fast Frequency Support
- Vol. 53, Issue 11, Pages: 73-80(2025)
- 作者机构：
  
  1. 现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室,吉林,吉林,132012
  2. 可再生能源并网全国重点实验室,北京,100192
  3. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司新能源工程研究院,浙江,杭州,310000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20204/j.sp.2025.11009
  CLC：
- Published：2025
- 稿件说明：
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杨德健,楚晓玮,李传亮,卢学炫,钱敏慧,陈玮.考虑动态频率稳定性及储能快速频率支撑的风功率承载极限解析计算[J].智慧电力,2025,53(11):73-80.

YANG Dejian, CHU Xiaowei, LI Chuanliang, et al. Analytical Calculation of Wind Power Hosting Capacity Considering Dynamic Frequency Stability and Energy Storage-based Fast Frequency Support[J]. 2025, 53(11): 73-80.
杨德健,楚晓玮,李传亮,卢学炫,钱敏慧,陈玮.考虑动态频率稳定性及储能快速频率支撑的风功率承载极限解析计算[J].智慧电力,2025,53(11):73-80. DOI： 10.20204/j.sp.2025.11009.

YANG Dejian, CHU Xiaowei, LI Chuanliang, et al. Analytical Calculation of Wind Power Hosting Capacity Considering Dynamic Frequency Stability and Energy Storage-based Fast Frequency Support[J]. 2025, 53(11): 73-80. DOI： 10.20204/j.sp.2025.11009.

摘要

随着风电渗透率的持续提高，高比例风电并网给电力系统的频率安全稳定带来了严峻挑战。为此，提出一种考虑动态频率稳定性及储能快速频率支撑的风功率承载极限解析计算方法。该方法基于储能的快速频率响应特性，构建含储能的系统频率响应（SFR）模型，推导出最大频率变化率、最大频率偏差及准稳态频率偏差的解析表达式。在此基础上，以频率安全为约束条件，精确刻画有、无储能快速支撑2种场景下的风电承载域。仿真结果表明，在不同功率扰动下，所提方法均能够准确、可靠地计算出系统的风电承载稳定域与渗透率极限，验证了模型的有效性和准确性。

Abstract

With the continuous increase in wind power penetration，the integration of high-penetration wind power poses severe challenges to the frequency security and stability of power systems. To address this issue，this paper proposes an analytical calculation method for wind power hosting capacity that considers dynamic frequency stability and energy storage-based fast frequency support. Based on the fast frequency response characteristics of energy storage systems，a system frequency response （SFR） model incorporating energy storage is established，and analytical expressions for the maximum rate of change of frequency，maximum frequency deviation，and quasi-steady-state frequency deviation are derived. Furthermore，with frequency security as the constraint，the wind power hosting region is accurately characterized for two scenarios: with and without fast frequency support from energy storage. Simulation results demonstrate that the proposed method can accurately and reliably calculate the wind power hosting stability region and penetration limit under different power disturbances，verifying the effectiveness and accuracy of the model.

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