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_17页_982kb

报告摘要

本次论坛围绕“新型电力系统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（如风电、光伏）在新型电力系统中的惯量建模与承载极限评估问题。研究内容涵盖惯量模型建立、光伏渗透率对系统稳定性与经济性的影响、以及考虑惯量-频率安全约束的优化调度策略，旨在提升新型电力系统的频率稳定性与运行效率。

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。
等效惯量计算：通过能量等效方法，推导出光伏系统的等效惯量公式，考虑了系统频率变化与功率波动之间的关系。
公式示例：
$$
J _ {eq} ^ {f} (s) = \frac {2 \omega_ {r 0} H s + \frac {\partial P _ {m}}{\partial \omega_ {r}} + \frac {\partial P _ {m}}{\partial \beta} P I _ {p} ^ {c}}{\left(G _ {d c} (s) + \frac {\partial P _ {m}}{\partial \beta} P I _ {p} + K _ {P \theta} \frac {s k _ {p}}{\omega_ {f}} \frac {s}{c s + 1}\right) s}
$$
$$
H = \frac {1}{2} C U _ {d c 0} \left(k _ {1} s + k _ {2}\right)
$$

惯量定义：惯量是电力系统对频率变化的抵抗能力，是系统频率稳定的重要保障。
关键公式：
$$
H _ {\mathrm {P V}} = \frac {1}{2} C U _ {d c} \left(k _ {1} s + k _ {2}\right)
$$
$$
H _ {\text {s y s}} = \frac {\sum_ {i = 1} ^ {n} H _ {\mathrm {G} , i} S _ {\mathrm {G} , i} + \sum_ {j = 1} ^ {m} H _ {\mathrm {P V} , j} S _ {\mathrm {P V} , j}}{S _ {\mathrm {G}} + S _ {\mathrm {P V}}}
$$
$$
\xi = \frac {S _ {\mathrm {P V}}}{S _ {\mathrm {s y s}}}
$$
临界渗透率计算：
$$
\xi_ {\lim } = \min \left(\xi_ {\lim , 1}, \xi_ {\lim , 2}\right)
$$

多目标优化模型：以有功损耗、电压偏移指数和电压稳定指数为优化目标，采用加权平均法进行综合优化。
目标函数：
$$
\min F = \omega_ {1} f _ {1} + \omega_ {2} f _ {2} + \omega_ {3} f _ {3}
$$
权重设置：$\omega_1 = \omega_2 = \omega_3 = 1/3$，以实现目标函数的折中优化。
仿真结果：
- 无惯量约束时，系统有功损耗随光伏渗透率增加而增加，渗透率约0.5时达到最优。
- 中惯量系统（Hi=6.672s）下的临界光伏渗透率为44.45%。
- 接入8个光伏电站时，目标函数F最小为0.2962，光伏渗透率为42.76%。
- 选址定容模型求解结果如下：
  
  序号节点容量（WM）
  
  PV1 5 20.3294
  
  PV2 7 12.7318
  
  PV3 12 17.8997
  
  PV4 11 21.984
  
  PV5 19 102451
  
  PV6 22 19.6597
  
  PV7 29 9.5983
  
  PV8 25 1.2569

数学模型：以系统运行成本与碳处理费用为目标函数，考虑RoCoF（频率变化率）与SSFD（频率偏差）约束，优化风电渗透率。
目标函数权重：
$$
\min F = 0. 6 3 7 F _ {\text {c o a l}} + 0. 2 0 7 F _ {\text {m o n e y}} + 0. 0 5 8 F _ {\text {e x e r g y}}
$$
仿真结果：
- 风电实际出力值总位于预测出力的边界上，体现了min-max优化模型的内在博弈。
- 在惯量约束条件下，各时段调度后的等效惯量始终高于临界值，确保频率安全。
- 不同约束条件下的风电渗透率结果如下：
  
  优化目标碳排放总量/t 总成本/$ 烟输入总量
  
  综合目标 93.7 507558 71797
  
  环保性 88.5 514802 70854
  
  经济性 110.1 503848 71777
  
  能效性 140.1 674841 70815