一种基于最低惯性需求的微电网频率优化调度方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于最低惯性需求的微电网频率优化调度方法及系统，包括：构建惯性安全域评估模型；基于最低惯性需求构建微电网在不同运行模式下的最低惯性需求评估模型；基于微电网在不同运行模式下的频率响应能力，构建频率稳定约束优化调度模型；结合待调度的微电网参数，对惯性安全域评估模型、最低惯性需求评估模型和频率稳定约束优化调度模型求解，得到在满足系统频率稳定下运行成本的最优调度结果。本发明专利技术实现了对系统不确定性和主动支撑能力的评估，构建的调度方案与传统调度方案相比，在并网、孤岛模式下均能满足频率稳定条件，并且具备经济性，同时可以为电网提供稳定、持续的惯性支撑。续的惯性支撑。续的惯性支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于最低惯性需求的微电网频率优化调度方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统的
，更具体地，涉及一种基于最低惯性需求的微电网频率优化调度方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，国内电力行业以火电为主，提升太阳能、风力发电等清洁新能源的占比是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要一步，因此需要推广含高比例新能源的微电网而对于含高比例新能源的微电网，现有技术下较难研究出一种适用于多种不同情形下的微电网惯性需求的方法。同时，优化调度方面，并未考虑不同类型VSM的惯性支撑以及备用补偿能力。
[0003]现有技术公开了一种基于模型预测控制的微电网多目标优化调度方法(CN110417015A)，其采用高斯过程(GP)预测算法求解未来一定时间窗口各可再生能源最大发电功率、各级负荷功率需求和大电网购电电价预测曲线，在模型中考虑了储能单元的储能效率的变化，约束条件考虑了电网稳态约束及动态约束，求解最小化发电成本和可靠性成本的优化调度问题采用帕累托凹性消除变换(PaCcET)算法，现有技术文件能够使微电网并网和孤岛模式下安全和经济运行。在保证安全调度的前提下，提高能量存储单元和可再生能源的经济利用率。
[0004]但是目前所使用的微电网调度方案并未考虑到电网系统不确定性和主动支撑能力，因此无法同时实现在微电网并网模式和孤岛模式两种模式下的足频率稳定条件，且现有的调度方案成本较高，无法实现对微电网稳定、持续的惯性支撑。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种基于最低惯性需求的微电网频率优化调度方法，能够对微电网系统不确定性和主动支撑能力的评估，在并网、孤岛模式下均能满足频率稳定性。
[0006]本专利技术采用如下的技术方案。
[0007]一种基于最低惯性需求的微电网频率优化调度方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1，获取系统内区域微电网的惯性安全域集合，并基于惯性安全域构建惯性安全域评估模型；
[0009]步骤2，基于最低惯性需求构建微电网在不同运行模式下的最低惯性需求评估模型；
[0010]步骤3，基于微电网在不同运行模式下的频率响应能力，构建频率稳定约束优化调度模型；
[0011]步骤4，结合待调度的微电网参数，对惯性安全域评估模型、最低惯性需求评估模型和频率稳定约束优化调度模型求解，得到在满足系统频率稳定下运行成本的最优调度结果。
[0012]优选地，所述步骤1还包括：
[0013]步骤1
‑
1，基于微电网潮流和系统稳态运行约束获取各区域微电网的惯性安全域集合；
[0014]步骤1
‑
2，基于系统总惯性和惯性安全临界值计算惯性安全域面积；
[0015]步骤1
‑
3，结合步骤1得到的各区域微电网惯性安全域集合，获取系统内所有区域微电网惯性安全域集合和系统整体惯性；
[0016]步骤1
‑
4，获取惯性安全域面积与系统整体惯性、惯性安全域边界值和评估时间周期之间的关系，并以最大化惯性安全域面积为目标函数，构建惯性安全域评估模型。
[0017]优选地，所述步骤1
‑
1中，微电网的惯性安全域集合φ
isr
的表达式为：
[0018][0019]式中，φ
isr
为微电网的惯性安全域集合；F(x，y)＝0为潮流方程；x为微电网系统某个节点注入的有功向量P、无功向量Q形成的矩阵；y表示微电网系统节点的电压U和幅值δ的矩阵；G(
·
)表示运行安全式，f(
·
)表示频率稳定式，H(z)表示惯性水平约束式；和分别表示运行安全约束临界值的最小值和最大值；和分别表示频率与其变化率安稳临界值的最小值和最大值；和分别表示系统惯性临界值的最小值和最大值；值；分别为运行安全约束、频率稳定约束以及惯性水平约束，三种约束共同构成了系统稳态运行约束；z为微电网中可被调度机组运行状态，且z的取值为0或1，0表示机组处于挺停机状态，1表示机组处于开机状态；ΔP为扰动功率；R为系统的频率调节能力；H表示安全运行点处的惯性值大小。
[0020]优选地，所述步骤1
‑
2中，惯性安全域面积的计算式为：
[0021][0022]式中，A
isr
为惯性安全域面积；H
MIL
(t)为t时段系统总惯性；H
SIL
(t)为t时段惯性安全临界值；T0为评估周期。
[0023]优选地，所述步骤1
‑
3中，各区域微电网惯性安全域集合和系统整体惯性的计算式如下：
[0024][0025]式中，Ф
isr
为系统内所有区域微电网惯性安全域集合；φ
isr，i
为区域电网i的惯性安全域集合；i∈[1，n]，n为系统内部所有区域电网的总数；
[0026]H
sys
为系统整体惯性，N
SG
、N
RE
分别为同步机组与新能源电站总数；H
i
、H
′
j
分别为第i个同步机组与第j个新能源电站的惯性时间常数；P
imax
、分别为第i个同步机组与第j个新能源电站的额定功率；z
i
、z
j
分别为第i个同步机组与第j个新能源电站的开停机状态。
[0027]优选地，所述步骤1
‑
4中，构建的惯性安全域评估模型为：
[0028][0029]其中，A
isr
为惯性安全域面积；H
MIL
为可利用的惯性总量；H
SIL
为惯性安全域边界值；T0为评估周期；Rocof
d
为故障后频率变化率极值向量；f
d
为暂态频率极值向量；H
min
、H
max
分别为不同时段惯性的上下限；Rocof
min
、Rocof
max
分别为系统频率变化率的上下限；f
min
、f
max
分别为频率稳定的上下限。
[0030]优选地，所述步骤2还包括：
[0031]步骤2
‑
1，获取微电网在并网模式或孤岛模式运行时的系统频率极值与频率瞬时变化率，并计算满足微电网频率稳定需求的系统惯性水平；
[0032]步骤2
‑
2，基于步骤1得到的惯性安全域，构建不同时段最低惯性需求评估模型的目标函数；
[0033]步骤2
‑
3，构建最低惯性需求评估模型的约束，包括可调度惯性约束、频率稳定约束、电源备用容量约束和可响应负荷调节量约束；
[0034]步骤2
‑
4，结合步骤2
‑
2得到的目标函数和步骤2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于最低惯性需求的微电网频率优化调度方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，获取系统内区域微电网的惯性安全域集合，以及惯性安全域面积与系统整体惯性、惯性安全域边界值和评估时间周期之间的关系，并以最大化惯性安全域面积为目标函数，构建惯性安全域评估模型；步骤2，基于最低惯性需求构建微电网在不同运行模式下的最低惯性需求评估模型；步骤3，基于微电网在不同运行模式下的频率响应能力，构建频率稳定约束优化调度模型；步骤4，结合待调度的微电网参数，对惯性安全域评估模型、最低惯性需求评估模型和频率稳定约束优化调度模型求解，得到在满足系统频率稳定下运行成本的最优调度结果。2.如权利要求1所述的基于最低惯性需求的微电网频率优化调度方法，其特征在于：所述步骤1还包括：步骤1
‑
1，基于微电网潮流和系统稳态运行约束获取各区域微电网的惯性安全域集合；步骤1
‑
2，基于系统总惯性和惯性安全临界值计算惯性安全域面积；步骤1
‑
3，结合步骤1得到的各区域微电网惯性安全域集合，获取系统内所有区域微电网惯性安全域集合和系统整体惯性；步骤1
‑
4，获取惯性安全域面积与系统整体惯性、惯性安全域边界值和评估时间周期之间的关系，并以最大化惯性安全域面积为目标函数，构建惯性安全域评估模型。3.如权利要求2所述的基于最低惯性需求的微电网频率优化调度方法，其特征在于：所述步骤1
‑
1中，微电网的惯性安全域集合φ
isr
的表达式为：式中，φ
isr
为微电网的惯性安全域集合；F(x，y)＝0为潮流方程；x为微电网系统某个节点注入的有功向量P、无功向量Q形成的矩阵；y表示微电网系统节点的电压U和幅值δ的矩阵；G(
·
)表示运行安全式，f(
·
)表示频率稳定式，H(z)表示惯性水平约束式；和分别表示运行安全约束临界值的最小值和最大值；和分别表示频率与其变化率安稳临界值的最小值和最大值；和分别表示系统惯性临界值的最小值和最大值；分别表示系统惯性临界值的最小值和最大值；分别为运行安全约束、频率稳定约束以及惯性水平约束，三种约束共同构成了系统稳态运行约束；z为微电网中可被调度机组运行状态，且z的取值为0或1，0表示机组处于挺停机状态，1表示机组处于开机状态；ΔP为扰动功率；R为系统的频率调节能力；H表示安全运行点处的惯性值大小。4.如权利要求3所述的基于最低惯性需求的微电网频率优化调度方法，其特征在于：所述步骤1
‑
2中，惯性安全域面积的计算式为：式中，A
isr
为惯性安全域面积；H
MIL
(t)为t时段系统总惯性；H
SIL
(t)为t时段惯性安全临
界值；T0为评估周期。5.如权利要求4所述的基于最低惯性需求的微电网频率优化调度方法，其特征在于：所述步骤1
‑
3中，各区域微电网惯性安全域集合和系统整体惯性的计算式如下：式中，Φ
isr
为系统内所有区域微电网惯性安全域集合；φ
isr，i
为区域电网i的惯性安全域集合；i∈[1，n]，n为系统内部所有区域电网的总数；H
sys
为系统整体惯性，N
SG
、N
RE
分别为同步机组与新能源电站总数；H
i
、H
′
j
分别为第i个同步机组与第j个新能源电站的惯性时间常数；P
imax
、P
jmax
分别为第i个同步机组与第j个新能源电站的额定功率；z
i
、z
j
分别为第i个同步机组与第j个新能源电站的开停机状态。6.如权利要求5所述的基于最低惯性需求的微电网频率优化调度方法，其特征在于：所述步骤1
‑
4中，构建的惯性安全域评估模型为：其中，A
isr
为惯性安全域面积；H
MIL
为可利用的惯性总量；H
SIL
为惯性安全域边界值；T0为评估周期；Rocof
d
为故障后频率变化率极值向量；f
d
为暂态频率极值向量；H
min
、H
max
分别为不同时段惯性的上下限；Rocof
min
、Rocof
max
分别为系统频率变化率的上下限；f
min
、f
max
分别为频率稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴锡斌，姚波，崔国华，费科，韩汝帅，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司，
类型：发明
国别省市：