ECE2024第四屆能源轉(zhuǎn)換與經(jīng)濟年度論壇新型電力系統(tǒng)新能源電力慣量承載極限優(yōu)化研究報告人吳晨曦2024年12月15日s01背景及必要性02主要研究內(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)備接入增長直流輸電，電力電子設(shè)備接入增長率偏差--有效轉(zhuǎn)動新型電力系統(tǒng)新型電力系統(tǒng)主要研究內(nèi)容衡功率和內(nèi)電勢相位的關(guān)系，從而獲得風機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變特征，同時又可保留物理含義口類比同步發(fā)電機，建立異步電機的有功-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電控制電動汽車電控制kk票責短守三庫新票責短主要研究內(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)為對運動狀態(tài)改變的抵抗作電力系統(tǒng)慣性表現(xiàn)為對外來擾動引發(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第個機組的調(diào)差系數(shù)四主要研究內(nèi)容目標函數(shù)目標函數(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)點電壓約束Ui,mn≤U?≤U,max光伏單機容量約束光伏電站功率約束采用實數(shù)編碼的遺傳算法進行求解主要研究內(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左右達到目標最優(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，目標函數(shù)值趨于收斂；"右圖：滿足慣量約束的前提下，接入PV個數(shù)較多時，電壓水平越好。pp620有功損耗8光伏滲透率(pu.)目標函數(shù)目標函數(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PV加入6個PV0.92加入9個PV節(jié)點編號主要研究內(nèi)容仿真結(jié)果：同步機慣量不同對系統(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：同步機慣量不同對系統(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，系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定、經(jīng)濟。低慣量系統(tǒng)的指標基本高于高慣量系統(tǒng)，而中慣量系統(tǒng)與高慣量系統(tǒng)的指標基本保持一致，只在加入7個和11個光伏電站時有明顯區(qū)別，中慣量顯著高于高慣量。主要研究內(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以得到目標函數(shù)最折中的結(jié)果。選用中慣量，即Hi=6.672時進行模型求解，此時臨界光伏滲透率為44.45%。光伏電站配置結(jié)果光伏電站配置結(jié)果F 目標函數(shù)光伏滲透率光伏滲選率目標商數(shù)序號節(jié)點序號節(jié)點571加入3個PV加入9個PV電壓偏差0加入光伏電站數(shù)節(jié)點編號加入光伏電站數(shù)接入8個光伏電站時，目標函數(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)學模型約束的最大風力發(fā)電滲透率目標函數(shù)以總碳排放量、系統(tǒng)發(fā)電總成本、目標函數(shù)頻率偏差系統(tǒng)運頻率偏差二氧化碳治理費用成本煙輸入二氧化碳治理費用成本主要研究內(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)重確定落學九行穿正求新環(huán)保性目標函數(shù)最重要，經(jīng)濟性目標函數(shù)次之，能效性目標函數(shù)重要程度最低。minF=0.637Fcoal+0.207Fmoey+0.058Fexergy主要研究內(nèi)容-RoCoF約束下風電滲透率■機組1□□機組2□機組3□機■機組1□□機組2□機組3□機組4□機組5□□機組6t(h)不同約束條件下的風電滲透率發(fā)生最大功率增量時的慣性常數(shù)常規(guī)機組出力√風電接入容量滿足在RoCoF約束和SSFD約束下的滲透率遠低于無約束下的滲透率√在慣是約束條件下，受到功率擾動時，各時段調(diào)度后的機組組合等效慣量常數(shù)始終高于臨界慣量常數(shù)主要研究內(nèi)容目標函數(shù)考慮碳排放治理、經(jīng)濟性、煙效率目標函數(shù)考慮碳排放治理、經(jīng)濟性、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√風電實際出力值總位于風電預(yù)測出力上下限的邊界上，min-max優(yōu)化模型其內(nèi)在博弈所導致區(qū)200√在RoCoF約束和SSFD約束下求得的各時段接入的風電滲區(qū)200總成本/$綜合目標93.7一一實際風電滲透率RoCoF約束下風電滲透率SSFD約束下風電滲透率復(fù)雜運行模式下可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的慣量當前課題組研究的內(nèi)容規(guī)劃與運行分離，規(guī)劃問題未考慮實際運行的多調(diào)度模式下基于機組組合的系統(tǒng)等效慣量計算；風力發(fā)電系統(tǒng)的等效慣量建模的精準性問題風力發(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，以達精細規(guī)劃的目標。新型電力系統(tǒng)電壓頻率主動支撐相關(guān)項目國網(wǎng)浙江省公司電科院：面向主動支撐能力的配相關(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.電力自動化設(shè)備WindGenerationSystem.IEEETransactio相關(guān)項目國基聯(lián)合基金：基于