理解电力电网中频率与相角波动的复杂性

电力电网必须现代化以实现气候目标，同时保持稳定可靠的运行条件。然而进展受阻于对电网频率与相角波动背后随机过程的有限理解，这些波动由可再生能源渗透率不断提高、消费者需求波动以及市场交易所引发。该问题在非洲尤为突出，那里的电网往往面临投资不足。在此，我们展示了一项新收集的大规模高分辨率电网频率与相角数据集的结果，涵盖英国与南非，接近十亿个数据点。利用超统计建模，我们将市场驱动的功率波动视为驱动电网动态的缓慢变化参数，并纳入非线性频率控制。由此我们推导出一个解析模型，能够重现此前通过数值模拟获得的多模态频率分布，以及重尾波动和双指数频率自相关衰减，所有结果均与实验测量高度吻合。除频率外，我们还解决了此前被 largely 忽视的空间相角波动表征问题。通过将预测与测量数据进行比较，我们证明低维有效电网模型能够准确拟合南非数据，尽管电网本身复杂。我们还强调了南非电网与英国电网之间的显著差异。结果阐明了能源市场与控制政策如何塑造基础设施成熟度不同国家的电网动态。