基于灵敏度协同的多馈入新能源集群最大容量优化分配方法

姜颢宇; 齐磊; 孙孝峰; 赵巍; 李昕; 翟燕飞

doi:10.7500/AEPS20230404002

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基于灵敏度协同的多馈入新能源集群最大容量优化分配方法

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 基于灵敏度协同的多馈入新能源集群最大容量优化分配方法
- Optimal Maximum Capacity Allocation Method for Multi-infeed Renewable Energy Cluster Based on Sensitivity Collaboration
- 电力系统自动化 2024年48卷第1期页码：88-99
- 作者机构：
  
  1.燕山大学电气工程学院,河北省秦皇岛市 066004
  2.国网冀北电力有限公司秦皇岛供电公司,河北省秦皇岛市 066099
- 作者简介：
  
  姜颢宇(1999—)，男，硕士研究生，主要研究方向：可再生能源集群渗透率特性分析及优化提升。E-mail：girei.bc@outlook.com
  齐磊(1990—)，男，通信作者，硕士，讲师，主要研究方向：分布式发电系统稳定性分析及优化控制。E-mail：qil@ysu.edu.cn
  孙孝峰(1970—)，男，博士，教授，主要研究方向：变流器拓扑及波形控制技术、新能源变换与组网技术。E-mail：sxf@ysu.edu.cn
- 基金信息：
  
  河北省重点研发计划资助项目(19214405D);河北省自然科学基金重点项目(E2021203162)
- DOI：10.7500/AEPS20230404002
  中图分类号：
- 收稿：2023-04-04，
  
  修回：2023-10-08，
  
  网络出版：2023-12-14，
  
  纸质出版：2024-01-10
- 稿件说明：
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姜颢宇,齐磊,孙孝峰等.基于灵敏度协同的多馈入新能源集群最大容量优化分配方法[J].电力系统自动化,2024,48(1):88-99.

JIANG Haoyu,QI Lei,SUN Xiaofeng,et al.Optimal Maximum Capacity Allocation Method for Multi-infeed Renewable Energy Cluster Based on Sensitivity Collaboration[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(1):88-99.
姜颢宇,齐磊,孙孝峰等.基于灵敏度协同的多馈入新能源集群最大容量优化分配方法[J].电力系统自动化,2024,48(1):88-99. DOI： 10.7500/AEPS20230404002.

JIANG Haoyu,QI Lei,SUN Xiaofeng,et al.Optimal Maximum Capacity Allocation Method for Multi-infeed Renewable Energy Cluster Based on Sensitivity Collaboration[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(1):88-99. DOI： 10.7500/AEPS20230404002.

摘要

随着新能源接入比例的不断提高，并网系统逐渐演变为多馈入系统且电网强度逐渐变弱，谐振问题将成为限制新能源渗透率提升的关键因素之一。为此，提出一种谐振约束下用于提升多馈入新能源集群最大接入容量的优化分配方法。首先，建立含工作点的并网逆变器阻抗模型，基于电网络理论获得了广义多馈入系统的聚合模型。然后

构建相角裕度关于集群容量的极值函数，并应用拉格朗日乘数法获得了一定容量下稳定裕度最大时集群阻抗灵敏度需保持一致的极值条件。在此基础上，面向谐振约束下区域电网新能源最大支撑需求，提出基于灵敏度协同的集群容量阈值求解及分配优化方法，并对所提方法复杂度进行分析。所提方法简单高效，在容量规划时算力需求量小。最后，通过IEEE 9节点和IEEE 33节点区域微网实时数字仿真系统（RTDS）硬件在环算例，验证了上述理论分析和所提方法的可行性。

Abstract

With the continuous increase in the accessing proportion of renewable energy

the grid-connected system gradually tends to be a multi-infeed system and the grid strength is gradually weakened. The resonance problem will become one of the key factors which limits the improvement of the renewable energy penetration rate. Therefore

with the constraints on harmonic resonance

an optimal allocation method is proposed to increase the maximum accessing capacity of multi-infeed renewable energy clusters. First

the impedance model of the grid-connected inverter with operation points is established

and the aggregation model of the generalized multi-infeed system is obtained based on the electrical network theory. Then

the extreme function of phase margin with respect to cluster capacity is constructed

and the extreme condition under which the cluster impedance sensitivity should be kept consistent when the stability margin is maximum under a certain capacity is obtained by using the Lagrange multiplier method. On this basis

aiming at the maximum support demand of the renewable energy of the regional grid under the resonance constraint

a cluster capacity threshold value solving and an allocation optimization methods based on the sensitivity collaboration are proposed

and the complexity of the proposed method is analyzed. The proposed method is simple and efficient

and the computing power demand is small during capacity planning. Finally

the feasibility of the theoretical analysis and proposed method is verified by the cases of IEEE 9-bus and IEEE 33-bus regional microgrids in the real-time digital simulation hardware-in-the-loop.

关键词

Keywords

references

胡博，谢开贵，邵常政，等 . 双碳目标下新型电力系统风险评述：特征、指标及评估方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 5 ）： 1 - 15 .

HU Bo ， XIE Kaigui ， SHAO Changzheng ， et al . Commentary on risk of new power system under goals of carbon emission peak and carbon neutrality： characteristics， indices and assessment methods ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 5 ）： 1 - 15 .

鲁宗相，林弋莎，乔颖，等 . 极高比例可再生能源电力系统的灵活性供需平衡［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 16 ）： 3 - 16 .

LU Zongxiang ， LIN Yisha ， QIAO Ying ， et al . Flexibility supply-demand balance in power system with ultra-high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 16 ）： 3 - 16 .

SINSEL S R ， RIEMKE R L ， HOFFMANN V H . Challenges and solution technologies for the integration of variable renewable energy sources—a review ［J］. Renewable Energy ， 2020 ， 145 ： 2271 - 2285 .

吴涵，孙力文，项晟，等 . 计及可再生能源与负荷高维时序相关性的主动配电网扩展规划［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 16 ）： 40 - 51 .

WU Han ， SUN Liwen ， XIANG Sheng ， et al . Expansion planning of active distribution network considering high-dimensional temporal correlation between renewable energy and load ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 16 ）： 40 - 51 .

YANG B ， YU L ， CHEN Y X ， et al . Modelling， applications， and evaluations of optimal sizing and placement of distributed generations： a critical state-of-the-art survey ［J］. International Journal of Energy Research ， 2021 ， 45 （ 3 ）： 3615 - 3642 .

WANG Y C ， CHENG J ， FAN F ， et al . Maximum PV access capacity planning method for rural power grid considering overload risk ［C］// IEEE 3rd Conference on Energy Internet and Energy System Integration （EI2 ）， November 8-10 ， 2019 ， Changsha， China .

MULENGA E ， BOLLEN M H J ， ETHERDEN N . A review of hosting capacity quantification methods for photovoltaics in low-voltage distribution grids ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2020 ， 115 ： 105445 .

ASTERO P ， SÖDER L . Improving PV dynamic hosting capacity using adaptive controller for STATCOMs ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2019 ， 34 （ 1 ）： 415 - 425 .

OLIVEIRA T ， CARVALHO P ， RIBEIRO P ， et al . PV hosting capacity dependence on harmonic voltage distortion in low-voltage grids： model validation with experimental data ［J］. Energies ， 2018 ， 11 （ 2 ）： 465 .

王伟胜，李光辉，何国庆 . 新能源并网系统宽频振荡分析与抑制［M］. 北京：中国电力出版社， 2022 .

WANG Weisheng ， LI Guanghui ， HE Guoqing . Analysis and mitigation of broadband oscillation in renewable energy generation and AC/DC transmission systems ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2022 .

XIE X R ， ZHANG X ， LIU H K ， et al . Characteristic analysis of subsynchronous resonance in practical wind farms connected to series-compensated transmissions ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2017 ， 32 （ 3 ）： 1117 - 1126 .

CHENG Y Z ， FAN L L ， ROSE J ， et al . Real-world subsynchronous oscillation events in power grids with high penetrations of inverter-based resources ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2023 ， 38 （ 1 ）： 316 - 330 .

XIE B ， ZHOU L ， LIU T T ， et al . Harmonic resonance analysis and stability improvement for grid-connected inverters ［J］. Journal of Power Electronics ， 2020 ， 20 （ 1 ）： 221 - 235 .

WEN B ， BOROYEVICH D ， BURGOS R ， et al . Inverse nyquist stability criterion for grid-tied inverters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2017 ， 32 （ 2 ）： 1548 - 1556 .

SHUAI Z ， LI Y ， WU W ， et al . Divided dq small-signal model： a new perspective for the stability analysis of three-phase grid-tied inverters ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2019 ， 66 （ 8 ）： 6493 – 6504 .

ZHOU Y ， HU H T ， YANG J E ， et al . A novel forbidden-region-based stability criterion in modified sequence-domain for AC grid-converter system ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2019 ， 34 （ 4 ）： 2988 - 2995 .

LI Y ， SHUAI Z K ， LIU X A ， et al . Stability analysis and location optimization method for multiconverter power systems based on nodal admittance matrix ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2021 ， 9 （ 1 ）： 529 - 538 .

李建文，阮筱菲，李永刚，等 . 弱电网下多LCL型并网逆变器谐振模态分析［J］. 太阳能学报， 2021 ， 42 （ 2 ）： 346 - 355 .

LI Jianwen ， RUAN Xiaofei ， LI Yonggang ， et al . Resonance modal analysis for multiple LCL-type grid-connected inverters in weak grid ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2021 ， 42 （ 2 ）： 346 - 355 .

YU C Z ， XU H Z ， LIU C ， et al . Modeling and analysis of common-mode resonance in multi-parallel PV string inverters ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2019 ， 34 （ 1 ）： 446 - 454 .

LIAO S H ， CHEN Y D ， WU W H ， et al . Closed-loop interconnected model of multi-inverter-paralleled system and its application to impact assessment of interactions on damping characteristics ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2023 ， 14 （ 1 ）： 41 - 53 .

DONG W ， XIN H H ， WU D ， et al . Small signal stability analysis of multi-infeed power electronic systems based on grid strength assessment ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 2 ）： 1393 - 1403 .

孙荣富，袁辉，王小路，等 . 考虑小干扰同步稳定约束的电网新能源承载能力评估方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 17 ）： 47 - 56 .

SUN Rongfu ， YUAN Hui ， WANG Xiaolu ， et al . Assessment method for accommodable renewable energy capacity of grid considering small-signal synchronous stability constraints ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 17 ）： 47 - 56 .

YUAN H ， XIN H H ， WU D ， et al . Assessing maximal capacity of grid-following converters with grid strength constraints ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2022 ， 13 （ 4 ）： 2119 - 2132 .

刘俊良，杜雄，管勃，等 . 变工作点下的逆变器并网系统建模与稳定性分析［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 9 ）： 3642 - 3650 .

LIU Junliang ， DU Xiong ， GUAN Bo ， et al . Modeling and stability analysis of inverter grid-connected system under variable operating point ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 9 ）： 3642 - 3650 .

年珩，徐韵扬，陈亮，等 . 并网逆变器频率耦合特性建模及系统稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 5 ）： 1421 - 1432 .

NIAN Heng ， XU Yunyang ， CHEN Liang ， et al . Frequency coupling characteristic modeling of grid-connected inverter and system stability analysis ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 5 ）： 1421 - 1432 .

刘威，谢小荣，王衡，等 . 基于频率耦合阻抗模型的并网变流器全工况小信号稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 22 ）： 7212 - 7221 .

LIU Wei ， XIE Xiaorong ， WANG Heng ， et al . Frequency-coupled impedance model-based small-signal stability analysis of grid-tied converters under all operating conditions ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 22 ）： 7212 - 7221 .

STEVENSON W D . Elements of power system analysis ［M］. New York， USA ： McGraw-Hill ， 1955 .

GRAINGER J ， STEVENSON W D . Power systems analysis ［M］. New York， USA ： McGraw-Hill Series in Electrical and Computer Engineering ， 1994 .

SUN J A . Impedance-based stability criterion for grid-connected inverters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2011 ， 26 （ 11 ）： 3075 - 3078 .

ZHU Y E ， GU Y J ， LI Y T ， et al . Participation analysis in impedance models： the grey-box approach for power system stability ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2022 ， 37 （ 1 ）： 343 - 353 .

吴晓鸣，沈玉明，王绪利，等 . 基于阻抗灵敏度的MMC稳定性主导影响因素分析［J/OL］. 电力系统及其自动化学报［ 2023-09-08 ］. https：//doi.org/10.19635/j.cnki.csu-epsa.001244 https://doi.org/10.19635/j.cnki.csu-epsa.001244

WU Xiaoming ， SHEN Yuming ， WANG Xuli ， et al . Analysis of Dominant Influencing Factors of MMC Stability Based on Impedance Sensitivity ［J/OL］. Proceedings of the CSU-EPSA ［ 2023-09-08 ］. https：//doi.org/10.19635/j.cnki.csu-epsa.001244 https://doi.org/10.19635/j.cnki.csu-epsa.001244 .

LI C ， CHIANG H ， DU Z . Network-preserving sensitivity-based generation rescheduling for suppressing power system oscillations ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 5 ）： 3824 - 3832 .

WU G ， DU Z ， LI C ， et al . VSC-MTDC Operation adjustments for damping inter-area oscillations ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 2 ）： 1373 - 1382 .

LI S H ， HUANG J J ， ZHANG H ， et al . Successive linear programming to improve small-signal stability of power systems with doubly-fed induction generators ［J］. Electric Power Components and Systems ， 2019 ， 47 （ 9/10 ）： 927 - 939 .

屈尹鹏，孙元章，徐箭，等 . 基于解析灵敏度的不平衡配电系统分布式发电出力优化［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 19 ）： 117 - 125 .

QU Yinpeng ， SUN Yuanzhang ， XU Jian ， et al . Optimization of distributed generation output in unbalanced distribution system based on analytical sensitivity ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 19 ）： 117 - 125 .

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