Quantifying Power to Voltage and Frequency Dynamics for Oscillation Propagation Assessment

📄 arXiv: 2609.03929v1 📥 PDF

作者: Onur Alican, Dionysios Moutevelis, Marc Cheah-Mañe, Oriol Gomis-Bellmunt, Eduardo Prieto-Araujo

分类: eess.SY

发布日期: 2026-09-03

💡 一句话要点

提出频率与电压灵敏度指标以评估振荡传播

🎯 匹配领域: 支柱四：生成式动作 (Generative Motion)

关键词: 逆变器资源 电力系统 振荡分析 频率灵敏度 电压灵敏度 线性分析 电磁瞬态模型 系统稳定性

📋 核心要点

  1. 现有电力系统中，IBRs的集成导致振荡源、频率和传播路径难以识别，影响系统安全性。
  2. 本文提出了一种频域框架，通过线性分析量化电压和频率的敏感性，提供了FSI和VSI两个指标。
  3. 在IEEE 68节点基准系统的案例研究中，验证了所提方法的准确性，并展示了其在振荡分析中的应用潜力。

📝 摘要（中文）

随着逆变器资源（IBRs）在电力系统中的集成，系统面临多时间尺度的动态和振荡，这些振荡可能传播至远处并危及安全运行。由于其源头、频率和传播路径难以识别，开发能够在广泛频率范围内识别系统对振荡敏感性的分析工具显得尤为重要。本文提出了一种基于线性分析的频域框架，量化每个网络节点电压和每个发电单元频率对振荡的敏感性，并引入了频率灵敏度指数（FSI）和电压灵敏度指数（VSI）。这些指标通过电力系统的线性电磁瞬态模型的传递函数推导而来，能够为振荡检测和传播分析提供重要见解。该方法在修改后的IEEE 68节点基准系统上进行了案例研究，并通过Matlab/Simulink环境中的线性和非线性模型进行准确性验证。

🔬 方法详解

问题定义：本文旨在解决逆变器资源集成后电力系统中振荡的识别与传播问题。现有方法在识别振荡源和传播路径方面存在困难，尤其是在大型互联系统中。

核心思路：论文提出的频域框架通过线性分析，量化电压和频率对振荡的敏感性，利用传递函数建立电力系统的动态模型，从而实现对振荡的有效评估。

技术框架：整体架构包括两个主要模块：首先是通过线性电磁瞬态模型推导出与每个节点电压和发电单元频率相关的传递函数；其次是基于这些传递函数计算FSI和VSI指标，以量化系统对不同类型和频率振荡的敏感性。

关键创新：最重要的技术创新在于提出了FSI和VSI两个量化指标，这些指标能够在广泛的频率范围内评估系统对振荡的敏感性，填补了现有方法在振荡传播分析中的空白。

关键设计：在模型设计中，采用线性电磁瞬态模型，确保传递函数的准确性，并通过Matlab/Simulink环境进行仿真验证，确保方法的有效性和可靠性。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

实验结果表明，所提出的FSI和VSI指标能够有效识别系统对振荡的敏感性。在IEEE 68节点基准系统中，所提方法在部分和完全IBR渗透下均表现出较高的准确性，验证了其在振荡检测和传播分析中的有效性。

🎯 应用场景

该研究的潜在应用领域包括电力系统的振荡监测与控制、逆变器资源的集成优化以及电网稳定性分析。通过量化振荡的敏感性，电力运营商可以更好地设计和优化电力系统，提升系统的安全性和可靠性，具有重要的实际价值和未来影响。

📄 摘要（原文）

The integration of Inverter-Based Resources (IBRs) into power systems introduces multi-timescale dynamics and oscillations which may propagate to distant areas and endanger the safe system operation. These oscillations pose a significant challenge as their source, frequency, and propagation pathways are often challenging to identify in large interconnected systems, comprising numerous synchronous machines and IBRs. For the above reasons, analytical tools that identify the sensitivity of the system to oscillations within a large frequency spectrum, affecting both voltage and frequency variables across various network locations, are of interest. This paper addresses this topic by introducing a frequency-domain framework based on linear analysis, which characterizes the sensitivity to oscillations of each network bus voltage and of each generation unit frequency. Within this framework, two quantitative indicators are proposed, namely the Frequency Sensitivity Index (FSI) and Voltage Sensitivity Index (VSI). These indexes are derived analytically from the transfer functions which relate the active and reactive power injections to each bus with the voltage and frequency variables across the network, derived from the linear Electromagnetic Transient (EMT) power system model. The proposed indices quantify the sensitivity of the system to oscillations of different type and frequency, providing insights for both oscillation detection and propagation analysis. The methodology is applied to a case study based on the modified IEEE 68-bus benchmark system under partial and full IBR penetration, while its accuracy is validated through EMT time-domain simulations using linear and nonlinear models developed in Matlab/Simulink environment.