摘要：能源转型过程中，电力系统频率安全问题日益突出，现有调度方法难以兼顾频率安全性与风电消纳要求。华北电力大学多能源系统优化与稳定技术研究团队的江一航、赵书强和王慧等人在2025年第1期《电工技术学报》上撰文，提出了一种计及风电、调相机支撑特性的频率安全约束分布鲁棒

阅读提示：本文约 2200 字

研究背景

近年来，以风电为代表的新能源机组快速发展，逐渐替代常规机组成为电网的主要电源。然而，风电等新能源机组通常通过变流器并网，其有功出力与电网频率解耦，导致电网频率响应能力急剧下降，由此引发的大停电事故时有发生。作为系统运行调控的重要环节，机组组合能够在日前决定机组起停状态，直接影响次日系统可调度调频资源储备，因此，将频率安全约束嵌入机组组合模型成为维持系统频率安全的重要举措。

论文所解决的问题及意义

本文在调度框架下对风电、调相机频率支持特性进行了分析与建模，并构建了考虑其支撑特性的频率安全约束分布鲁棒机组组合调度模型，为现有调度方法难以兼顾系统频率安全性与风电消纳要求的问题提供了新的解决方案。

论文方法及创新点

1、调度方法概述

图1给出了系统频率响应模型及调度方法框架的交互关系，图2给出了具体的频率安全校验过程。所提调度模型为一个两阶段分布鲁棒优化问题：第一阶段基于风电预测出力对系统机组起停进行决策；第二阶段在风电不确定性揭露后进行经济调度决策，对第一阶段问题具有追索权。同时，h级机组组合模型传递惯量、调频容量调度结果至s级系统频率动态模型中，通过计算预想扰动下的频率变化率、频率最低点、准稳态频率偏差以保证调度周期内的频率安全性。

图1 系统频率响应模型及调度框架

图2 系统频率动态与机组组合调度关系

2、风电、调相机频率支撑特性建模

基于风电惯性控制、功率备用控制机理，结合不同风况下风机的实际支撑能力，提出了适用于调度模型的风电频率支撑特性建模方法；同时，对同步调相机以及调相改造后的火电机组频率支撑特性进行了分析与建模。

图3 风电功率备用控制策略

3、基于分布鲁棒优化的频率安全约束机组组合模型

受风速随机性、波动性等影响，风电出力及调频能力具有强不确定性。风电不确定性对调频能力的影响如图4所示，为此基于数据驱动分布鲁棒优化对风电不确定性进行建模，构建了嵌入频率安全约束集的两阶段分布鲁棒机组组合模型，通过改进的列和约束生成算法对模型进行求解。对于模型中的非线性项，提出一种改进的PWL算法进行线性转换。

图4 风电不确定性对调频能力的影响

结论

1、对比实验结果表明，所提风电频率响应特性建模方法能够准确地反映风电在不同风速及控制 方式下的频率支撑能力；与现有研究相比，所提方法调度成本及碳排放成本分别下降24.1%、9.7%，表明其能够在保障系统频率安全性的同时提升经济性。

2、SC、SS能够以替代最小技术出力火电机组起动的方式降低系统弃风比，而当系统内调相机数量达到一定规模时，该效应趋于饱和。因此，后续进行调相机规划及配置工作时，应结合其无功支撑特性并考虑有功替代效应饱和现象。

3、所提出的改进PWL算法能够兼顾拟合速度及精度，嵌入频率安全约束所构建的分布鲁棒机组组合模型能够较好地保障系统频率安全。与其他不确定性建模方式相比，所提模型能够兼顾经济性与鲁棒性，并具备较好的风险管理能力。

团队介绍

研究人员隶属于华北电力大学多能源系统优化与稳定技术研究团队（负责人：赵书强教授）。团队主要研究方向为新型电力系统稳定分析与控制、多能源电力系统优化调度、电力系统规划与可靠性。近五年来，团队承担省部级及以上项目（课题）9项；获省部级科技奖励一等奖3项，二等奖2项；发表高水平论文50多篇；培养博士5名（其中1人撰写的博士论文获河北省优秀博士论文），硕士118名。

江一航，博士研究生，研究方向为低惯量电力系统优化运行。

赵书强，教授，博士生导师，研究方向为电力系统分析与控制。

王慧，博士，高级工程师，研究方向为高比例可再生能源主动支撑技术。

引用本文

江一航, 赵书强, 王慧, 汪盈杉. 计及风电、调相机支撑特性的频率安全约束分布鲁棒机组组合调度方法[J]. 电工技术学报, 2025, 40(1): 80-95. Jiang Yihang, Zhao Shuqiang, Wang Hui, Wang Yingshan. Distributionally Robust Frequency Constrained Unit Commitment with Frequency Support of Wind Power and Synchronous Condenser. Transactions of China Electrotechnical Society, 2025, 40(1): 80-95.

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来源：科技大排档