能量视角下新型电力系统惯量研究初探-山东大学_27页_3mb

第五届清洁能源发展与消纳论坛总结

核心内容

本次论坛围绕“能量视角下新型电力系统惯量研究初探”展开，重点分析了新型电力系统中惯量的重新认知及其对有功控制的影响。随着我国新能源装机容量的快速增长，传统以同步机为主的电力系统结构正在发生深刻变化，系统惯量的概念也需从单一的旋转惯量扩展为广义惯量，涵盖不同能量环节的惯量特性。

主要观点

1. 研究背景

• 2020年提出“双碳目标”，2021年提出构建以新能源为主体的新型电力系统。
• 新能源通过电力电子变流器并网，其控制策略决定了并网特性，与同步机存在本质差异。
• 新能源发展导致电网频率事故频发，凸显了惯量支撑的重要性。

2. 惯量与系统惯量

• 惯量的本质：惯量是物体阻碍自身状态变化的能力，可从物理角度分为存储惯量和通道惯量。
• 系统惯量分类：
  • 单状态量系统：惯量是抵御惯性中心转速（频率）变化的能力，狭义电力系统惯量。
  • 多状态量系统：惯量是不同能量环节抵御自身状态变化的能力，广义电力系统惯量。
• 惯量分类：
  • 尺度划分：根据能量量级划分为毫秒级、秒级、分钟级。
  • 角色划分：存储惯量（如电容、电感、转子、锅炉）和通道惯量（如蒸汽通道、燃料供应）。

3. 有功控制再认知

• 传统电力系统：有功控制聚焦于转子转速（频率）动态，旋转惯量是系统惯量的核心。
• 新型电力系统：
  • 有功扰动在多尺度上发生，包括电磁、机电、机炉等。
  • 需要重新认知惯量需求，从单一尺度扩展到多尺度，从旋转惯量扩展到广义惯量。
  • 引入**“惯量对”**概念，即存储惯量与通道惯量共同主导能量抽取-补充动态。
  • 多尺度特性：电力系统具有多尺度特性，在事件扰动和负荷波动下表现出时域序贯特性和频域级联滤波特性。
  • 控制框架：采用分散-集中控制框架，新能源需具备足够的本地能量储备，以支持分散有差控制，直到集中控制响应到位。

4. 控制方法再认知

• 新能源应参与有功控制全过程，需与同步机协同配合，设计互补的控制策略。
• 新能源可独立成链，利用变流器构建独立内电势，在电磁尺度上自发感知系统需求。
• 通过灵活控制，实现存储单元状态与系统状态解耦，赋予新能源构造虚拟状态量和虚拟惯量的能力。

关键信息

• 惯量需求变化：新型电力系统中，惯量需求将大幅减少，主要因为快速控制减少了传输通道滞后效应和集中控制周期，同时新能源允许更大的状态量偏移。
• 研究思想：
  • 从单尺度/单状态量认知扩展到多尺度/多状态量。
  • 从传统功率视角转向功率与能量视角的结合。
  • 从仅支撑频率转向支撑有功控制全过程。
• 系统安全需求：惯量需求的本质是各尺度和总尺度上对缓冲能量的需求，需根据扰动大小和通道惯量来确定。

总结

本次论坛强调了新型电力系统中惯量概念的扩展与再认知，提出惯量不仅限于旋转惯量，还应包括不同能量环节的存储与传输惯量。新能源的接入改变了传统电力系统的惯量特性，使其从单一尺度向多尺度演进，有功控制也需从传统模式向多尺度协同控制转变。研究建议从能量视角出发，构建多尺度惯量模型，实现新能源与同步机的协同配合，以提升系统频率安全性和动态稳定性。