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

ECE2024第四届能源转换与经济年度论坛新型电力系统新能源电力惯量承载极限优化研究报告人吴晨曦2024年12月15日s01背景及必要性02主要研究内容04课题组主要研究工作1研究背景及必要性火电为主传统电网ff更迅更迅频率直流输电，电力电子设备接入增长直流输电，电力电子设备接入增长率偏差--有效转动新型电力系统新型电力系统主要研究内容衡功率和内电势相位的关系，从而获得风机等效的等效惯量等效口类比同步发电的物理惯量，通过等效惯量刻画其时变特征，同时又可保留物理含义口类比同步发电机，建立异步电机的有功-频率特性分析模型2.1可再生能源发电惯量模型■挖掘光伏发电及电动汽车充电系统的共同之处，通过能量等效方法建立其有功-频率特性f恒功率控制恒功率控制DC控制UdeUdeAc定Ude定Ude控制bc能量等效获能量等效获f电控制电动汽车电控制kk票责短守三库新票责短主要研究内容2.2新型电力系统光伏发电惯量承载极限模型2.2新型电力系统光伏发电惯量承载极限模型惯性是物体的固有属性，表现为对运动状态改变的抵抗作电力系统惯性表现为对外来扰动引发频率变化的抵抗作用，是系统频率稳定的重要保障。电网等效惯量电网等效惯量光伏渗透率光伏并网系统等效惯量电网等效惯量光伏渗透率RoCoFRoCoF临界惯量、功率增量与频率偏差的关系2°HaS2°HaS第个机组的调差系数四主要研究内容目标函数目标函数功率损耗电压偏移指数电压稳定指数VSI,=U⁴-4(P,R,+Q,X,)U²-4(系统所承载的最大光伏渗透率：系统所承载的最大光伏渗透率：约束条件约束条件惯量约束Hsys≥HRoCoF功率平衡约束节点电压约束Ui,mn≤U₁≤U,max光伏单机容量约束光伏电站功率约束采用实数编码的遗传算法进行求解主要研究内容2.3考虑惯量承载极限的光伏电站规划研究2.3考虑惯量承载极限的光伏电站规划研究光伏并网系统等效惯量为0.35kg·m²,调差系数为0.041,RoCoF和SSFD的限值取0.5Hz/s、0.3Hz。左图、1:无惯量约束，系统有功损耗随光伏渗透率增加而增加，渗透约为0.5左右达到目标最优；中图：中惯量，权重平均，临界光伏渗透率为44.45%,随着渗透率增加，目标函数值趋于收敛；"右图：满足惯量约束的前提下，接入PV个数较多时，电压水平越好。pp620有功损耗8光伏渗透率(pu.)目标函数目标函数光伏渗透率光伏渗透率678加入光伏电站数压偏差压偏差1094未加入PV加入3个PV加入6个PV0.92加入9个PV节点编号主要研究内容仿真结果：同步机惯量不同对系统的影响2.3考虑惯量承载极限的光伏电站规划研究仿真结果：同步机惯量不同对系统的影响2.3考虑惯量承载极限的光伏电站规划研究H=4.429H=6.672RoCoF约束SSFD约束RoCoF约束SSFD约束RoCoF约束SSFD约束1低惯量中惯量高惯量电压稳定指数不同光伏电站数对电压稳定指数影响有功损耗有功损耗不同光伏电站数对系统有功损耗的影响电压稳定指数和有功损耗随光伏电站增加呈减小趋势，系统运行更加稳定、经济。低惯量系统的指标基本高于高惯量系统，而中惯量系统与高惯量系统的指标基本保持一致，只在加入7个和11个光伏电站时有明显区别，中惯量显著高于高惯量。主要研究内容ECE20242.3考虑惯量承载极限的光伏电站规划研究仿真结果：选址定容模型求解结果2.3考虑惯量承载极限的光伏电站规划研究仿真结果：选址定容模型求解结果1/3以得到目标函数最折中的结果。选用中惯量，即Hi=6.672时进行模型求解，此时临界光伏渗透率为44.45%。光伏电站配置结果光伏电站配置结果F 目标函数光伏渗透率光伏渗选率目标商数序号节点序号节点571加入3个PV加入9个PV电压偏差0加入光伏电站数节点编号加入光伏电站数接入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%2.4考虑惯量-频率安全约束的新型电力系统优化调度数学模型约束的最大风力发电渗透率目标函数以总碳排放量、系统发电总成本、目标函数频率偏差系统运频率偏差二氧化碳治理费用成本烟输入二氧化碳治理费用成本主要研究内容2.4考虑已惯量-频率安全的新型电力系统优化调度2.4考虑已惯量-频率安全的新型电力系统优化调度基本参数与权重确定基本参数与权重确定落学九行穿正求新环保性目标函数最重要，经济性目标函数次之，能效性目标函数重要程度最低。minF=0.637Fcoal+0.207Fmoey+0.058Fexergy主要研究内容-RoCoF约束下风电渗透率■机组1□□机组2□机组3□机■机组1□□机组2□机组3□机组4□机组5□□机组6t(h)不同约束条件下的风电渗透率发生最大功率增量时的惯性常数常规机组出力√风电接入容量满足在RoCoF约束和SSFD约束下的渗透率远低于无约束下的渗透率√在惯是约束条件下，受到功率扰动时，各时段调度后的机组组合等效惯量常数始终高于临界惯量常数主要研究内容目标函数考虑碳排放治理、经济性、烟效率目标函数考虑碳排放治理、经济性、烟效率2.4考虑惯量-频率安全的新型电力系统优化调度2.4考虑惯量-频率安全的新型电力系统优化调度√风电实际出力值总位于风电预测出力上下限的边界上，min-max优化模型其内在博弈所导致区200√在RoCoF约束和SSFD约束下求得的各时段接入的风电渗区200总成本/$综合目标93.7一一实际风电渗透率RoCoF约束下风电渗透率SSFD约束下风电渗透率复杂运行模式下可再生能源发电系统的惯量当前课题组研究的内容规划与运行分离，规划问题未考虑实际运行的多调度模式下基于机组组合的系统等效惯量计算；风力发电系统的等效惯量建模的精准性问题风力发电系统和惯量与控制模式紧密相关，如何将其考虑到规划问题中，以达精细规划的目标。新型电力系统电压频率主动支撑相关项目国网浙江省公司电科院：面向主动支撑能力的配相关论文考虑频率-惯量安全约束的新型电力系统优化调度研究.电力自动化设备WindGenerationSystem.IEEETransactio相关项目国基联合基金：基于