2024年新型電力系統(tǒng)新能源電力慣量承載極限優(yōu)化研究報(bào)告

ECE2024第四屆能源轉(zhuǎn)換與經(jīng)濟(jì)年度論壇新型電力系統(tǒng)新能源電力慣量承載極限優(yōu)化研究報(bào)告人吳晨曦2024年12月15日s01背景及必要性02主要研究?jī)?nèi)容04課題組主要研究工作1研究背景及必要性火電為主傳統(tǒng)電網(wǎng)ff更迅更迅頻率直流輸電，電力電子設(shè)備接入增長(zhǎng)直流輸電，電力電子設(shè)備接入增長(zhǎng)率偏差--有效轉(zhuǎn)動(dòng)新型電力系統(tǒng)新型電力系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容衡功率和內(nèi)電勢(shì)相位的關(guān)系，從而獲得風(fēng)機(jī)等效的等效慣量等效口類比同步發(fā)電的物理慣量，通過等效慣量刻畫其時(shí)變特征，同時(shí)又可保留物理含義口類比同步發(fā)電機(jī)，建立異步電機(jī)的有功-頻率特性分析模型2.1可再生能源發(fā)電慣量模型■挖掘光伏發(fā)電及電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的共同之處，通過能量等效方法建立其有功-頻率特性f恒功率控制恒功率控制DC控制UdeUdeAc定Ude定Ude控制bc能量等效獲能量等效獲f電控制電動(dòng)汽車電控制kk票責(zé)短守三庫(kù)新票責(zé)短主要研究?jī)?nèi)容2.2新型電力系統(tǒng)光伏發(fā)電慣量承載極限模型2.2新型電力系統(tǒng)光伏發(fā)電慣量承載極限模型慣性是物體的固有屬性，表現(xiàn)為對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的抵抗作電力系統(tǒng)慣性表現(xiàn)為對(duì)外來擾動(dòng)引發(fā)頻率變化的抵抗作用，是系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的重要保障。電網(wǎng)等效慣量電網(wǎng)等效慣量光伏滲透率光伏并網(wǎng)系統(tǒng)等效慣量電網(wǎng)等效慣量光伏滲透率RoCoFRoCoF臨界慣量、功率增量與頻率偏差的關(guān)系2°HaS2°HaS第個(gè)機(jī)組的調(diào)差系數(shù)四主要研究?jī)?nèi)容目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù)功率損耗電壓偏移指數(shù)電壓穩(wěn)定指數(shù)VSI,=U?-4(P,R,+Q,X,)U2-4(系統(tǒng)所承載的最大光伏滲透率：系統(tǒng)所承載的最大光伏滲透率：約束條件約束條件慣量約束Hsys≥HRoCoF功率平衡約束節(jié)點(diǎn)電壓約束Ui,mn≤U?≤U,max光伏單機(jī)容量約束光伏電站功率約束采用實(shí)數(shù)編碼的遺傳算法進(jìn)行求解主要研究?jī)?nèi)容2.3考慮慣量承載極限的光伏電站規(guī)劃研究2.3考慮慣量承載極限的光伏電站規(guī)劃研究光伏并網(wǎng)系統(tǒng)等效慣量為0.35kg·m2,調(diào)差系數(shù)為0.041,RoCoF和SSFD的限值取0.5Hz/s、0.3Hz。左圖、1:無慣量約束，系統(tǒng)有功損耗隨光伏滲透率增加而增加，滲透約為0.5左右達(dá)到目標(biāo)最優(yōu)；中圖：中慣量，權(quán)重平均，臨界光伏滲透率為44.45%,隨著滲透率增加，目標(biāo)函數(shù)值趨于收斂；"右圖：滿足慣量約束的前提下，接入PV個(gè)數(shù)較多時(shí)，電壓水平越好。pp620有功損耗8光伏滲透率(pu.)目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù)光伏滲透率光伏滲透率678加入光伏電站數(shù)壓偏差壓偏差1094未加入PV加入3個(gè)PV加入6個(gè)PV0.92加入9個(gè)PV節(jié)點(diǎn)編號(hào)主要研究?jī)?nèi)容仿真結(jié)果：同步機(jī)慣量不同對(duì)系統(tǒng)的影響2.3考慮慣量承載極限的光伏電站規(guī)劃研究仿真結(jié)果：同步機(jī)慣量不同對(duì)系統(tǒng)的影響2.3考慮慣量承載極限的光伏電站規(guī)劃研究H=4.429H=6.672RoCoF約束SSFD約束RoCoF約束SSFD約束RoCoF約束SSFD約束1低慣量中慣量高慣量電壓穩(wěn)定指數(shù)不同光伏電站數(shù)對(duì)電壓穩(wěn)定指數(shù)影響有功損耗有功損耗不同光伏電站數(shù)對(duì)系統(tǒng)有功損耗的影響電壓穩(wěn)定指數(shù)和有功損耗隨光伏電站增加呈減小趨勢(shì)，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)。低慣量系統(tǒng)的指標(biāo)基本高于高慣量系統(tǒng)，而中慣量系統(tǒng)與高慣量系統(tǒng)的指標(biāo)基本保持一致，只在加入7個(gè)和11個(gè)光伏電站時(shí)有明顯區(qū)別，中慣量顯著高于高慣量。主要研究?jī)?nèi)容ECE20242.3考慮慣量承載極限的光伏電站規(guī)劃研究仿真結(jié)果：選址定容模型求解結(jié)果2.3考慮慣量承載極限的光伏電站規(guī)劃研究仿真結(jié)果：選址定容模型求解結(jié)果1/3以得到目標(biāo)函數(shù)最折中的結(jié)果。選用中慣量，即Hi=6.672時(shí)進(jìn)行模型求解，此時(shí)臨界光伏滲透率為44.45%。光伏電站配置結(jié)果光伏電站配置結(jié)果F 目標(biāo)函數(shù)光伏滲透率光伏滲選率目標(biāo)商數(shù)序號(hào)節(jié)點(diǎn)序號(hào)節(jié)點(diǎn)571加入3個(gè)PV加入9個(gè)PV電壓偏差0加入光伏電站數(shù)節(jié)點(diǎn)編號(hào)加入光伏電站數(shù)接入8個(gè)光伏電站時(shí)，目標(biāo)函數(shù)F最小為0.2962,光伏滲透率為42.76%2.4考慮慣量-頻率安全約束的新型電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型約束的最大風(fēng)力發(fā)電滲透率目標(biāo)函數(shù)以總碳排放量、系統(tǒng)發(fā)電總成本、目標(biāo)函數(shù)頻率偏差系統(tǒng)運(yùn)頻率偏差二氧化碳治理費(fèi)用成本煙輸入二氧化碳治理費(fèi)用成本主要研究?jī)?nèi)容2.4考慮已慣量-頻率安全的新型電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度2.4考慮已慣量-頻率安全的新型電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度基本參數(shù)與權(quán)重確定基本參數(shù)與權(quán)重確定落學(xué)九行穿正求新環(huán)保性目標(biāo)函數(shù)最重要，經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)次之，能效性目標(biāo)函數(shù)重要程度最低。minF=0.637Fcoal+0.207Fmoey+0.058Fexergy主要研究?jī)?nèi)容-RoCoF約束下風(fēng)電滲透率■機(jī)組1□□機(jī)組2□機(jī)組3□機(jī)■機(jī)組1□□機(jī)組2□機(jī)組3□機(jī)組4□機(jī)組5□□機(jī)組6t(h)不同約束條件下的風(fēng)電滲透率發(fā)生最大功率增量時(shí)的慣性常數(shù)常規(guī)機(jī)組出力√風(fēng)電接入容量滿足在RoCoF約束和SSFD約束下的滲透率遠(yuǎn)低于無約束下的滲透率√在慣是約束條件下，受到功率擾動(dòng)時(shí)，各時(shí)段調(diào)度后的機(jī)組組合等效慣量常數(shù)始終高于臨界慣量常數(shù)主要研究?jī)?nèi)容目標(biāo)函數(shù)考慮碳排放治理、經(jīng)濟(jì)性、煙效率目標(biāo)函數(shù)考慮碳排放治理、經(jīng)濟(jì)性、煙效率2.4考慮慣量-頻率安全的新型電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度2.4考慮慣量-頻率安全的新型電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度√風(fēng)電實(shí)際出力值總位于風(fēng)電預(yù)測(cè)出力上下限的邊界上，min-max優(yōu)化模型其內(nèi)在博弈所導(dǎo)致區(qū)200√在RoCoF約束和SSFD約束下求得的各時(shí)段接入的風(fēng)電滲區(qū)200總成本/$綜合目標(biāo)93.7一一實(shí)際風(fēng)電滲透率RoCoF約束下風(fēng)電滲透率SSFD約束下風(fēng)電滲透率復(fù)雜運(yùn)行模式下可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的慣量當(dāng)前課題組研究的內(nèi)容規(guī)劃與運(yùn)行分離，規(guī)劃問題未考慮實(shí)際運(yùn)行的多調(diào)度模式下基于機(jī)組組合的系統(tǒng)等效慣量計(jì)算；風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的等效慣量建模的精準(zhǔn)性問題風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和慣量與控制模式緊密相關(guān)，如何將其考慮到規(guī)劃問題中，以達(dá)精細(xì)規(guī)劃的目標(biāo)。新型電力系統(tǒng)電壓頻率主動(dòng)支撐相關(guān)項(xiàng)目國(guó)網(wǎng)浙江省公司電科院：面向主動(dòng)支撐能力的配相關(guān)論文考慮頻率-慣量安全約束的新型電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度研究.電力自動(dòng)化設(shè)備WindGenerationSystem.IEEETransactio相關(guān)項(xiàng)目國(guó)基聯(lián)合基金：基于