On the Incorporation of Stability Constraints into Sequential Operational Scheduling

📄 arXiv: 2411.11652v1 📥 PDF

作者: Wangkun Xu, Zhongda Chu, Florin Capitanescu, Fei Teng

分类: eess.SY

发布日期: 2024-11-18

💡 一句话要点

将稳定约束纳入序贯运行调度，提升含高比例逆变器电源系统的稳定性

🎯 匹配领域: 支柱四：生成式动作 (Generative Motion)

关键词: 电力系统稳定性 运行调度 机组组合 最优潮流 逆变器电源

📋 核心要点

  1. 现有电力系统运行调度框架未能充分考虑高比例逆变器电源带来的稳定性挑战。
  2. 该研究将频率最低点和小信号稳定性约束纳入序贯运行调度，以应对稳定性问题。
  3. 仿真结果表明，在机组组合阶段考虑稳定性约束至关重要，交流最优潮流阶段可进一步提升。

📝 摘要（中文）

随着逆变器电源(IBRs)渗透率的不断提高，电力系统稳定性约束必须纳入运行框架，将其转变为受稳定性约束的优化问题。目前，在基于直流潮流的机组组合(UC)和交流最优潮流(OPF)中开发稳定性约束的研究工作是并行进行的。然而，很少有研究讨论包括这些约束如何相互作用，并最终影响电网稳定性。本文模拟了一个真实的电力系统决策框架，并对将频率最低点和小信号稳定性约束纳入这些顺序连接的两个运行阶段的必要性进行了全面分析。仿真结果表明，在UC中包含这两个稳定性约束对于维持电力系统稳定性至关重要，而在交流OPF中包含这些约束可以进一步提高稳定性指标。

🔬 方法详解

问题定义：电力系统运行调度需要考虑日益增长的逆变器电源(IBRs)带来的稳定性问题。传统的调度方法，如基于直流潮流的机组组合(UC)和交流最优潮流(OPF)，通常独立进行，并且缺乏对系统稳定性的直接约束。现有方法未能充分考虑不同阶段的稳定性约束之间的相互作用，以及它们对整体电网稳定性的影响。

核心思路：该论文的核心思路是将频率最低点和小信号稳定性约束同时纳入机组组合(UC)和交流最优潮流(OPF)这两个序贯运行调度阶段。通过在UC阶段引入稳定性约束，确保系统在初始调度时就具备一定的稳定性裕度。然后在AC OPF阶段，进一步优化运行点，提高系统的稳定性指标。

技术框架：该研究模拟了一个实际的电力系统决策框架，该框架包含两个主要阶段：机组组合(UC)和交流最优潮流(AC OPF)。首先，在UC阶段，除了传统的运行成本和约束外，还加入了频率最低点和小信号稳定性约束。然后，将UC的输出作为AC OPF的输入，在AC OPF阶段进一步优化潮流分布，并再次考虑频率最低点和小信号稳定性约束。通过这种序贯的方式，实现对电力系统稳定性的全面控制。

关键创新：该论文的关键创新在于将频率最低点和小信号稳定性约束同时纳入UC和AC OPF这两个序贯运行调度阶段，并分析了它们之间的相互作用。以往的研究通常只关注单个阶段的稳定性约束，而忽略了不同阶段之间的关联性。该研究通过仿真验证了在UC阶段引入稳定性约束的重要性，以及在AC OPF阶段进一步优化稳定性的有效性。

关键设计：论文中关键的设计包括：(1) 频率最低点约束的建模，需要准确预测系统在发生扰动后的频率响应；(2) 小信号稳定性约束的建模，需要进行模态分析，确保系统的阻尼比满足要求；(3) UC和AC OPF之间的信息传递，需要保证两个阶段的协调一致；(4) 仿真模型的选择，需要能够准确反映实际电力系统的动态特性。具体的参数设置和模型细节在论文中未详细描述，属于未知信息。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

仿真结果表明，在机组组合(UC)阶段同时考虑频率最低点和小信号稳定性约束对于维持电力系统稳定性至关重要。与未考虑稳定性约束的传统方法相比，该方法能够显著提高系统的稳定性裕度。此外，在交流最优潮流(AC OPF)阶段进一步优化，可以进一步提高稳定性指标，但提升幅度相对较小。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于实际电力系统的运行调度，尤其是在高比例可再生能源接入的场景下。通过将稳定性约束纳入调度框架，可以有效提高电力系统的稳定性和可靠性，降低系统运行风险，保障电力供应的安全稳定。该方法有助于促进可再生能源的消纳，实现能源转型目标。

📄 摘要（原文）

With the increasing penetration of Inverter-Based Resources (IBRs), power system stability constraints must be incorporated into the operational framework, transforming it into stability-constrained optimization. Currently, there exist parallel research efforts on developing the stability constraints within DC power flow-based unit commitment (UC) and AC Optimal Power Flow (OPF). However, few studies discuss how including such constraints can interact with each other and eventually impact grid stability. In this context, this work simulates a realistic power system decision making framework and provides a thorough analysis on the necessity of incorporating frequency nadir and small signal stability constraints into these sequentially connected two operation stages. The simulation results demonstrate that including both stability constraints in the UC is essential to maintain power system stability, while the inclusion in AC OPF can further improve the stability index.