Quantitative Evaluation of Power System Frequency Strength Considering Nonlinear Characteristics of DC Frequency Limit Control

LIU Xufei; GAO Huisheng; ZHOU Menghao; ZHENG Chao; LI Xiang; XIN Huanhai

doi:10.7500/AEPS20250710004

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Quantitative Evaluation of Power System Frequency Strength Considering Nonlinear Characteristics of DC Frequency Limit Control

Basic Research | 更新时间：2026-09-22

- Quantitative Evaluation of Power System Frequency Strength Considering Nonlinear Characteristics of DC Frequency Limit Control
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Issue 18, Pages: 129-142(2026)
- 作者机构：
  
  1.云南电网有限责任公司云南电力调度控制中心，云南省昆明市 650011
  2.浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
  3.浙江大学工程师学院，浙江省杭州市 310027
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Science and Technology Project of Yunnan Power Grid Co., Ltd(YNKJXM20240335)
- DOI：10.7500/AEPS20250710004
  CLC：
- Received：10 July 2025，
  
  Revised：2025-12-18，
  
  Online First：23 April 2026，
  
  Published：25 September 2026
- 稿件说明：
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刘旭斐,高晖胜,周孟浩等.计及直流频率限制控制非线性特性的电力系统频率强度量化评估[J].电力系统自动化,2026,50(18):129-142.

LIU Xufei,GAO Huisheng,ZHOU Menghao,et al.Quantitative Evaluation of Power System Frequency Strength Considering Nonlinear Characteristics of DC Frequency Limit Control[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(18):129-142.
刘旭斐,高晖胜,周孟浩等.计及直流频率限制控制非线性特性的电力系统频率强度量化评估[J].电力系统自动化,2026,50(18):129-142. DOI： 10.7500/AEPS20250710004.

LIU Xufei,GAO Huisheng,ZHOU Menghao,et al.Quantitative Evaluation of Power System Frequency Strength Considering Nonlinear Characteristics of DC Frequency Limit Control[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(18):129-142. DOI： 10.7500/AEPS20250710004.

摘要

直流输电换流器等电力电子装备在电力系统中的接入容量日益增长，其对系统频率强度的影响逐渐凸显。然而，直流频率限制控制（FLC）的死区和功率限幅等环节导致频率动态过程非线性特性显著，常规基于线性功频模型的方法无法准确解析系统频率响应并量化评估频率强度。为此，文中提出一种计及直流FLC非线性特性的电力系统频率响应解析方法，以准确量化评估系统频率强度。首先，建立计及FLC的共模频率模型，采用惯量-阻尼-弹性系数统一结构近似描述系统中各类型装备的调频动态。其次，根据达到FLC死区或功率限幅的时刻将频率响应划分为若干阶段，分析了各阶段中频率响应的边界条件，解析了各阶段频率轨迹。最后，综合各阶段响应，量化了频率最大偏移特征，建立频率强度指标，并分析了FLC死区、限幅等参数的影响规律。通过仿真验证了所提方法的有效性。

Abstract

With the increasing penetration capacity of power electronic devices such as high voltage direct current (HVDC) converters in power systems

their influence on system frequency strength gradually becomes prominent. However

components such as dead zones and power limitations in DC frequency limit control (FLC) introduce significant nonlinear characteristics in the system frequency dynamics. Conventional methods based on linear power-frequency models fail to accurately analyze the system frequency response and quantitatively evaluate the frequency strength. To this end

this paper proposes an analytical method for the frequency response of power systems that accounts for the nonlinear characteristics of the DC FLC

enabling accurate quantitative evaluation of system frequency strength. Firstly

a common-mode frequency model incorporating FLC is established

in which the frequency regulation dynamics of different types of devices in the system are approximately described using a unified inertia-damping-spring coefficient structure. Secondly

the frequency response is divided into several stages according to the instants when the FLC dead zone or power limitation is reached. The boundary conditions of the frequency response in each stage are analyzed

and the frequency trajectories of each stage are analytically derived. Finally

by synthesizing the responses of all stages

the characteristics of the maximum frequency deviation are quantitatively evaluated

a frequency strength index is established

and the impacts of FLC parameters such as dead zones and power limitations are analyzed. Simulation results verify the effectiveness of the proposed method.

关键词

Keywords

references

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