2024年新型电力系统新能源电力惯量承载极限优化研究报告_18页_1mb

报告摘要

本次论坛由吴晨曦在杭州量子科技大学进行报告，主题为“新型电力系统新能源电力惯量承载极限优化研究”。报告聚焦于可再生能源（如风电、光伏）在新型电力系统中的惯量特性建模、承载极限评估及优化调度策略，旨在提升系统频率稳定性，实现绿色、经济、安全的电力系统运行。

建模思路：类比同步发电机的“有功功率激励-内电势相位响应”特性，建立直驱风机的有功-频率特性分析模型。
等效惯量推导：通过能量等效方法，推导出风机等效惯量表达式：
$$
J _ {e q} ^ {f} (s) = \frac {2 \omega_ {r 0} H s + \frac {\partial P _ {m}}{\partial \omega_ {r}} + \frac {\partial P _ {m}}{\partial \beta} P I _ {p} ^ {c}}{\left(G _ {d c} (s) + \frac {\partial P _ {m}}{\partial \beta} P I _ {p} + K _ {P \theta} \frac {s k _ {p}}{\omega_ {f}} \frac {s}{c s + 1}\right) s}
$$
光伏等效惯量：光伏并网系统的等效惯量为：
$$
H _ {\mathrm {P V}} = \frac {1}{2} C U _ {d c} \left(k _ {1} s + k _ {2}\right)
$$
系统等效惯量：
$$
H _ {\text {s y s}} = \frac {\sum_ {i = 1} ^ {n} H _ {\mathrm {G} , i} S _ {\mathrm {G} , i} + \sum_ {j = 1} ^ {m} H _ {\mathrm {P V} , j} S _ {\mathrm {P V} , j}}{S _ {\mathrm {G}} + S _ {\mathrm {P V}}}
$$

惯量与频率稳定：惯量是系统频率稳定的重要保障，表现为对外来扰动引发频率变化的抵抗作用。
临界渗透率计算：
$$
\xi_ {\lim } = \min \left(\xi_ {\lim , 1}, \xi_ {\lim , 2}\right)
$$
RoCoF与SSFD约束：
$$
\Delta P _ {\mathrm {s y s}} = - \frac {2 \sum_ {i = 1} ^ {n} H _ {\mathrm {G} , i} S _ {\mathrm {G} , i}}{f _ {0}} \cdot \frac {\mathrm {d} f}{\mathrm {d} t}
$$
$$
H _ {\mathrm {R o C o F}} = - \frac {\triangle P _ {\mathrm {s y s}} ^ {\max} f _ {0}}{2 S _ {\mathrm {s y s}} (1 - \xi)} \cdot \frac {1}{\mathrm {d} f / \mathrm {d} t}
$$

目标函数：采用多目标优化模型，目标函数为：
$$
\min F = \omega_ {1} f _ {1} + \omega_ {2} f _ {2} + \omega_ {3} f _ {3}
$$
其中：
- $f_1$：功率损耗
- $f_2$：电压偏移指数
- $f_3$：电压稳定指数
权重分配：权重 $\omega_i$ 根据仿真结果设定为 $1/3$，以实现目标函数的折中优化。
仿真结果：
- 当接入8个光伏电站时，目标函数最小值为0.2962，光伏渗透率为42.76%。
- 不同惯量机组（低、中、高惯量）对临界光伏渗透率有显著影响，其中高惯量系统临界渗透率最高。
- 接入光伏电站数量增加，系统电压水平和经济性均有所改善。

目标函数：综合考虑碳排放治理、经济性和能效性，目标函数为：
$$
\min F = 0. 6 3 7 F _ {\text {c o a l}} + 0. 2 0 7 F _ {\text {m o n e y}} + 0. 0 5 8 F _ {\text {e x e r g y}}
$$
约束条件：
- RoCoF约束：0.5 Hz/s
- SSFD约束：0.3 Hz
优化结果：
- 在惯量约束条件下，系统频率安全得到保障。
- 风电出力值总位于预测出力的边界上，表明模型具有良好的稳定性。

相关项目：
- 浙江省领雁项目：基于“双碳”目标的新型能源系统柔性控制技术及平台；
- 国网浙江省公司电科院：面向主动支撑能力的配电网多元源-荷自律优化运行技术研究。
相关论文：
- 《考虑频率-惯量安全约束的新型电力系统优化调度研究》发表于《电力自动化设备》；
- 《Reliability/Cost Evaluation with V2G and Wind Generation System》发表于《IEEE Transactions on Sustainable Energy》；
- 《Evaluation of EV Penetration Level Limit in Distribution System Applying Charging and Scheduling Strategies》发表于《SEGN》。

相关项目：
- 国基联合基金：基于广义碳轨迹的区域能源互联网自律协调规划与优化运行基础理论与关键技术；
- 浙江省自然科学基金：考虑压缩空气储能的综合能源系统鲁棒优化调度；
- 浙江省尖兵项目：多储能耦合系统集成协控技术及示范应用研究。
相关论文：
- 《Robust Day-Ahead Dispatch of CAES for Mitigating Fluctuation of Net Load in Distribution Network》发表于《IET RPG》；
- 《Economic dispatch of compressed air energy storage in an integrated energy system with cooling, heating and electricity supplies》发表于《IET ECE》。