【杭州电子科技大学】2024新型电力系统新能源电力惯量承载极限优化研究报告_17页_1021kb

ECE2024 第四届能源转换与经济年度论坛总结

核心内容

本次论坛围绕新型电力系统中新能源电力惯量承载极限优化研究展开，重点探讨了可再生能源（如光伏、风力发电）在电力系统中对频率稳定的影响，以及如何通过优化模型和规划策略提升系统的惯量承载能力，确保系统的安全与经济运行。

主要观点

• 惯量是系统频率稳定的重要保障，传统同步发电机具有物理惯量，而可再生能源如光伏和风机则需通过等效惯量模型来模拟其对系统频率的影响。
• 等效惯量模型的建立是研究的关键，通过能量等效方法，将光伏和风机的动态响应特性转化为等效惯量参数，从而用于系统频率安全评估。
• 惯量承载极限是限制可再生能源渗透率的重要因素，需综合考虑RoCoF（频率变化率）和SSFD（频率偏差）的约束条件。
• 多目标优化模型在光伏电站规划和系统调度中被广泛应用，目标函数包括环保性、经济性和能效性，其中环保性权重最高，经济性次之，能效性最低。
• 同步机惯量变化对临界光伏渗透率有显著影响，高惯量机组可提升系统的频率稳定性，从而允许更高的可再生能源渗透率。

关键信息

1. 研究背景及必要性

• 当前电力系统中火电为主，但随着新能源渗透率的提高，系统惯量逐渐降低，影响频率稳定性。
• 新能源（如光伏、风力）的惯量特性需通过模型进行等效分析，以评估其对系统频率的影响。
• 需要建立合理的惯量承载极限模型，以指导新能源的接入和系统优化调度。

2. 主要研究内容

2.1 可再生能源发电惯量模型

• 建立直驱风机的有功-频率特性分析模型，类比同步发电机的物理惯量。
• 光伏系统通过能量等效方法建立其惯量模型，公式如下：

$$
H _ {\mathrm {P V}} = \frac {1}{2} C U _ {d c} \left(k _ {1} s + k _ {2}\right)
$$

2.2 新型电力系统光伏发电惯量承载极限模型

• 光伏渗透率定义为：$\xi = \frac{S_{\mathrm{PV}}}{S_{\mathrm{sys}}}$，其中$S_{\mathrm{sys}}$为系统总容量。
• 临界光伏渗透率由RoCoF和SSFD约束决定，公式如下：

$$
\xi_{\lim} = \min \left(\xi_{\lim,1}, \xi_{\lim,2}\right)
$$

2.3 考虑惯量承载极限的光伏电站规划研究

• 采用多目标优化模型，目标函数为加权求和形式，权重$\omega_1, \omega_2, \omega_3$分别为1/3。
• 仿真结果显示，光伏渗透率在42.76%时，目标函数达到最小值0.2962。
• 接入8个光伏电站时，系统运行更稳定、经济，且电压水平更优。

2.4 考虑惯量-频率安全的新型电力系统优化调度

• 以系统运行成本与碳处理费用为目标函数，考虑RoCoF与SSFD约束下的风电渗透率。
• 优化调度结果表明，风电实际出力值总位于预测值的边界上，系统频率安全约束始终满足。
• 综合目标下的优化结果为：碳排放总量93.7t，总成本507558美元，烟输入总量71797t。

存在的问题及后续研究

• 规划与运行分离：当前研究未考虑复杂运行模式下基于机组组合的系统等效惯量计算，需进一步整合规划与运行模型。
• 等效惯量建模的精准性：风力发电系统的等效惯量与控制模式密切相关，需在规划中考虑其动态特性，以实现更精细的规划。
• 后续研究方向：包括提升模型精度、研究多能耦合系统的协同优化、以及探索更高效的调度策略。

课题组主要研究方向

1. 新型电力系统电压频率主动支撑

• 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》

2. 多能耦合的IES协控与优化

• 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
  • 国网浙江省电力有限公司科技项目：城市零碳建筑综合能源研究
  • 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》

课题组介绍

• 单位：杭州量子科技大学
• 报告人：吴晨曦
• 联系方式：Email: wuchenxi@hdu.edu.cn

附录

• PPT制作人：吴晨曦
• 附件图片展示系统模型、仿真结果及优化策略等关键内容。