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高渗透率光伏正弦波逆变器的孤立电网机组组合是如何考虑动态频率约束的?

孤立电网具有低惯性及一次调频才干弱的特色,高浸透光伏 正弦波逆变器接入孤立电网后会进一步下降孤立电网惯性及其调频才干。为了保证体系有足够的频率呼应才干,本文在UC中考虑动态频率束缚,而且经过光伏 正弦波逆变器电源减出力参加调频来增强体系的调频才干。推导考虑光伏 正弦波逆变器电源调频情况下,体系发作毛病时最大频降、最大频降呈现时刻的表达式。
 
根据此,推导了光伏 正弦波逆变器的最小调频容量表达式,用以束缚UC在优化进程留有足够但不过量的光伏 正弦波逆变器电源调频容量。根据以上推导树立考虑动态频率束缚的含高浸透率光伏 正弦波逆变器电源的孤立电网UC优化模型。
 
针对所提的混合整数非线性优化模型,选用发生Benders割以及优化割的办法来下降问题的求解复杂度。最终选用含高浸透率光伏 正弦波逆变器电源的孤立电网算例进行测验,成果表明所提模型能够兼具安全性和经济性,测验进程也表明晰所提求解办法的有用性及优越性。
 
机组组合(Unit Commitment, UC)是在日前调度的时刻尺度下安排机组的启停状况以及出力。经过UC制定的发电方案有必要满意体系的安全束缚,才干使得发电方案得以施行。而全面考虑体系安全束缚,除了需求考虑体系的静态安全束缚[1](稳态下的潮流束缚以及电压束缚)外,还应考虑体系动态进程中的安全束缚,即要求体系毛病后,能尽量减小不必要损失,顺畅过渡到安稳运转状况。文献[2]在UC中考虑了暂态安稳束缚,而毛病后,体系不只面临功角安稳问题,也面临着频率安稳问题,因而UC中考虑动态频率束缚同样具有重要意义。
 
UC优化成果直接决议体系的惯性系数以及一次调频呼应才干。互联体系中各区的惯性呼应、一次调频互为支撑,体系频率调整才干较强。而孤立电网内机组数少,惯性系数小,一次调频呼应才干有限[3]。因为光伏 正弦波逆变器电站无旋转部件以及光伏 正弦波逆变器并网逆变器的阻隔,光伏 正弦波逆变器电站无惯性及一、二次调频才干,高浸透率光伏 正弦波逆变器电源接入孤立电网后,不管其代替部分惯例电源,还是作为新增电源,均会进一步削弱体系动态调频才干[4]。
 
含高浸透率光伏 正弦波逆变器电源的孤立电网遭受紧急事端,频率的过低或过高简单导致低频减载或高频切机动作,严峻时将导致全网频率溃散。为了应对高浸透率光伏 正弦波逆变器接入孤立电网后带来频率安稳的隐患,UC中应当考虑动态频率束缚。
 
关于动态频率特性对体系优化运转的影响,已有不少文献展开了评论。文献[5]针对事端后的动态频率曲线,提出了一次调频呼应才干足够性评估指标,指标中包括动态频率最低点。文献[6]在经济调度中考虑了动态频率最低点束缚,研讨表明仅依托备用容量束缚并不能保证频率的安稳性。
 
文献[7]提出了含一次调频呼应束缚的最优潮流模型,而且得到在高浸透率新能源接入布景下,考虑一次调频呼应束缚有利于新能源安全消纳的定论。UC是优化调度的第一阶段,只要UC的优化成果满意动态频率束缚,经济调度以及最优潮流才可能达到动态频率最低点束缚。
 
另一方面,针对高浸透率光伏 正弦波逆变器电源接入孤立电网将下降体系调频才干的问题,一些文献针对光伏 正弦波逆变器电源参加体系调频展开了研讨。文献[4]针对智利北部含高浸透率光伏 正弦波逆变器电源的孤立电网进行仿真剖析,证明晰光伏 正弦波逆变器电源减载参加调频在大部分毛病下能防止低频减载动作。且光伏 正弦波逆变器电源减载运转后尽管下降了其本身的经济效益,但有利于进步体系的安全性。
 
文献[8]提出了一种光伏 正弦波逆变器与可投切负荷的和谐操控战略,可为高浸透率的新能源电网供给一次调频等支撑。文献[9]指出光伏 正弦波逆变器电源经过逆变器接入体系,在频率动态进程中能快速呼应改动出力,并经过算例仿真证明晰光伏 正弦波逆变器电源参加调频能缓解惯例机组的调频压力。
 
但是,光伏 正弦波逆变器电源经过UC所预留的调频容量直接影响体系的频率安稳性以及体系的发电本钱。而以上研讨均是针对光伏 正弦波逆变器电源调频的操控战略或是经过仿真对光伏 正弦波逆变器电源调频进行探讨,并未针对光伏 正弦波逆变器电源调频所需预留的调频容量进行探讨。
 
针对高浸透率光伏 正弦波逆变器接入的孤立电网简单呈现频率失稳的问题,本文经过在UC中考虑动态频率束缚以及经过光伏 正弦波逆变器减出力参加调频来增强体系的调频才干来应对此问题。本文推导了含光伏 正弦波逆变器调频的体系频率呼应剖析模型以及光伏 正弦波逆变器最小调频容量的表达式,在此基础上提出含动态频率束缚的高浸透率孤立电网UC模型。经过Benders分化法将模型分化为含动态频率束缚的UC优化主问题以及各个时段光伏 正弦波逆变器调频容量束缚的子问题。
 
因为主问题是一个高度非线性的混合整数优化问题,选用现在优化求解办法难以直接求解。本文提出一个根据分化思维并使用体系单位调理功率表征一次调频才干发生优化割的办法来下降主问题求解复杂度,该办法与Benders分化法一同对本文所提模型进行表里双层优化。最终选用含高浸透率光伏 正弦波逆变器的孤立电网进行测验,与不含动态频率束UC以及含动态频率束缚但光伏 正弦波逆变器不参加调频的UC比较,本文所提模型及办法能够兼具安全性和经济性。
 
电力体系正弦波逆变器动态频率特性

图1 电力体系正弦波逆变器动态频率特性


定论
本文提出了考虑动态频率束缚以及光伏 正弦波逆变器调频容量束缚的机组组合模型,而且经过Benders分化法以及所提根据分化思维的有用求解办法能对所提问题进行有用求解。与传统的UC及UC考虑动态频率束缚但光伏 正弦波逆变器电源不参加调频比较,本文所提模型具有以下长处:
1)当发电机跳闸退出运转时,本文所提机组组合模型优化成果能够防止低频减载设备动作。 
2)光伏 正弦波逆变器电源预留少数的调频容量能够有用地改进体系调频才干。
3)与考虑动态频率束缚但光伏 正弦波逆变器电源不参加调频的UC比较,所提模型能够有用减少发电本钱。 
本文所提UC模型为确定性的机组组合办法,考虑光伏 正弦波逆变器电源出力的随机性及其对体系动态频率的影响的UC问题需求进一步深入研讨。

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