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杭州電子科投大学2024年12月15日s隔季九标守正求新ECE2024第四届能源转换与经济年度论坛01背景及必要性02主要研究内容03存在的问题及后续研究04课题组主要研究工作新型电力系统ECE20241研究背景及必要性惯性下降前电力系统动态频率响应特性低惯量电力系统动态频率响应特性最大允许频传统发电占比持续下降直流输电，电力电子设备接入增长火电为主传统电网f更迅速的频率下降有效转动惯量常规机组转动惯量更低的最大频率偏差率偏差时间\s-■类比同步发电机，按照“有功功率激励-内电势相位响应”的形式，建立直驱风机的有功-频率特性分析模型转动惯量：J旋转阻尼：D等效惯量：J(s)等效阻尼：Ds)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风机等效惯量：基于所建立的有功-频率分析模型，推导不平衡功率和内电势相位的关系，从而获得风机的等效惯量2、主要研究内容2.1可再生能源发电惯量模型建模思路：同步发电机转子△w△P。等效口类比同步发电机，建立异步电机的有功-频率特性分析模型直驱风力发电机内电势旋转矢量△o△P。ECE2024△Pm△Pm=0DSDCDCbc土UdeAc丑DCUdeAdH册PLLLDg±1SGUdeSGbc分析模型，进而评估其等效惯量kdfdtV,k₂■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-频率特性小信号线性化得2H△f=CUdc△Ud2.1可再生能源发电惯量模型恒流充电控制定Ude控制f电动汽车主要研究内容金ECE2024能量等效获得等效惯量票责愆守三库新2、e=cv恒功率控制fadfdt-定Uc控制kkkD-⁹Ac-SG光伏f光伏并网系统等效惯量电网等效惯量光伏渗透率用作作作作作作作作作作作作作2°HaSAP=-ACsO₁-第个机组的调差系数临界光伏渗透率=频率变化率频率偏差惯性是物体的固有属性，表现为对运动状态改变的抵抗作用，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2、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RoCoF临界惯量、功率增量与频率偏差的关系ECE2024RoCoF约束系统频率稳定的重要保障。SSFD约束电网等效惯量Sim=min(Simtoslim₂)……=…——……=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(P,X,-Q,R,)²≥0,最大光伏渗透率约束ξ≤Slim惯量约束Hsys≥HRoCoF功率平衡约束节点电压约束Ui,mn≤U₁≤U,max2.3考虑惯量承载极限的光伏电站规划研究系统所承载的最大光伏渗透率：主要研究内容Vi,j∈N/Nub,V(j)∈B采用实数编码的遗传算法进行求解目标函数2、约束条件ECE2024光伏电站功率约束光伏单机容量约束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。1.0210.980.960940.92090510152025节点编号454035300,45250.4200.35150.31091011121个PV3个PV-4个PV5个PV6个PV7个PV64200.1020.30.40.50.60.70.80.92、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：光伏渗透水平对电网的影响光伏渗透水平对有功损耗的影响接入不同数量的光伏电站后各不同光伏渗透率的目标函数值目标函数光伏渗透率3450.650.60.550.5未加入PV加入3个PV加入6个PV加入9个PV节点的电压电(p.u.)光伏渗透率(pu.)加入光伏电站数光伏渗透目标函数有功损耗-2个PV压偏差p025率(%)(MW)1026788同步机不同惯量水平下的临界光伏渗透率H=4.429H=6.672H=9.014RoCoF约束SSFD约束RoCoF约束SSFD约束RoCoF约束SSFD约束35.01%39.34%51.25%44.45%61.01%48.04%1.3-1251.21.15(p.u.)1.0511234567891011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。123456789101...