ECE2024第四屆能源轉換與經濟年度論壇新型電力系統新能源電力慣量承載極限優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電網ff更迅更迅頻率直流輸電，電力電子設備接入增長直流輸電，電力電子設備接入增長率偏差--有效轉動新型電力系統新型電力系統主要研究內容衡功率和內電勢相位的關系，從而獲得風機等效的等效慣量等效口類比同步發電的物理慣量，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可再生能源發電慣量模型■挖掘光伏發電及電動汽車充電系統的共同之處，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容2.2新型電力系統光伏發電慣量承載極限模型2.2新型電力系統光伏發電慣量承載極限模型慣性是物體的固有屬性，表現為對運動狀態改變的抵抗作電力系統慣性表現為對外來擾動引發頻率變化的抵抗作用，是系統頻率穩定的重要保障。電網等效慣量電網等效慣量光伏滲透率光伏并網系統等效慣量電網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系2°HaS2°HaS第個機組的調差系數四主要研究內容目標函數目標函數功率損耗電壓偏移指數電壓穩定指數VSI,=U?-4(P,R,+Q,X,)U2-4(系統所承載的最大光伏滲透率：系統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編碼的遺傳算法進行求解主要研究內容2.3考慮慣量承載極限的光伏電站規劃研究2.3考慮慣量承載極限的光伏電站規劃研究光伏并網系統等效慣量為0.35kg·m2,調差系數為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；中圖：中慣量，權重平均，臨界光伏滲透率為44.45%,隨著滲透率增加，目標函數值趨于收斂；"右圖：滿足慣量約束的前提下，接入PV個數較多時，電壓水平越好。pp620有功損耗8光伏滲透率(pu.)目標函數目標函數光伏滲透率光伏滲透率678加入光伏電站數壓偏差壓偏差1094未加入PV加入3個PV加入6個PV0.92加入9個PV節點編號主要研究內容仿真結果：同步機慣量不同對系統的影響2.3考慮慣量承載極限的光伏電站規劃研究仿真結果：同步機慣量不同對系統的影響2.3考慮慣量承載極限的光伏電站規劃研究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定指數不同光伏電站數對電壓穩定指數影響有功損耗有功損耗不同光伏電站數對系統有功損耗的影響電壓穩定指數和有功損耗隨光伏電站增加呈減小趨勢，系統運行更加穩定、經濟。低慣量系統的指標基本高于高慣量系統，而中慣量系統與高慣量系統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別，中慣量顯著高于高慣量。主要研究內容ECE20242.3考慮慣量承載極限的光伏電站規劃研究仿真結果：選址定容模型求解結果2.3考慮慣量承載極限的光伏電站規劃研究仿真結果：選址定容模型求解結果1/3以得到目標函數最折中的結果。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%。光伏電站配置結果光伏電站配置結果F 目標函數光伏滲透率光伏滲選率目標商數序號節點序號節點571加入3個PV加入9個PV電壓偏差0加入光伏電站數節點編號加入光伏電站數接入8個光伏電站時，目標函數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優化調度數學模型約束的最大風力發電滲透率目標函數以總碳排放量、系統發電總成本、目標函數頻率偏差系統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容2.4考慮已慣量-頻率安全的新型電力系統優化調度2.4考慮已慣量-頻率安全的新型電力系統優化調度基本參數與權重確定基本參數與權重確定落學九行穿正求新環保性目標函數最重要，經濟性目標函數次之，能效性目標函數重要程度最低。minF=0.637Fcoal+0.207Fmoey+0.058Fexergy主要研究內容-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生最大功率增量時的慣性常數常規機組出力√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，各時段調度后的機組組合等效慣量常數始終高于臨界慣量常數主要研究內容目標函數考慮碳排放治理、經濟性、煙效率目標函數考慮碳排放治理、經濟性、煙效率2.4考慮慣量-頻率安全的新型電力系統優化調度2.4考慮慣量-頻率安全的新型電力系統優化調度√風電實際出力值總位于風電預測出力上下限的邊界上，min-max優化模型其內在博弈所導致區200√在RoCoF約束和SSFD約束下求得的各時段接入的風電滲區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雜運行模式下可再生能源發電系統的慣量當前課題組研究的內容規劃與運行分離，規劃問題未考慮實際運行的多調度模式下基于機組組合的系統等效慣量計算；風力發電系統的等效慣量建模的精準性問題風力發電系統和慣量與控制模式緊密相關，如何將其考慮到規劃問題中，以達精細規劃的目標。新型電力系統電壓頻率主動支撐相關項目國網浙江省公司電科院：面向主動支撐能力的配相關論文考慮頻率-慣量安全約束的新型電力系統優化調度研究.電力自動化設備WindGenerationSystem.IEEETransactio相關項目國基聯合基金：基于