Непрерывная оценка инерции энергосистемы с использованием сверточных нейронных сетей

Nature Communications, том 14, номер статьи: 4440 (2023) Цитировать эту статью

1037 Доступов

5 Альтметрика

Подробности о метриках

Инерция является мерой способности энергосистемы противодействовать частотным возмущениям: в обычных энергосетях инерция примерно постоянна во времени, что способствует стабильности сети. Однако по мере увеличения доли возобновляемых источников энергии инерция синхронных генераторов снижается, что может представлять угрозу общей стабильности. Поэтому надежная оценка инерции энергосистем, в которых преобладают инвертированные источники, приобрела первостепенное значение. Мы разрабатываем систему для непрерывной оценки инерции электроэнергетической системы, используя самые современные методы искусственного интеллекта. Мы проводим углубленное исследование, основанное на анализе спектров мощности и корреляциях ввода-вывода, чтобы объяснить, как искусственная нейронная сеть работает в этой конкретной области, тем самым проливая свет на входные характеристики, необходимые для правильного обучения нейронной сети. Мы проверяем наш подход на гетерогенной энергетической сети, включающей синхронные генераторы, статические компенсаторы и генерацию с интерфейсом преобразователя: наши результаты показывают, как разные устройства характеризуются разными спектральными следами - особенность, которую должны учитывать операторы систем передачи при работе в онлайн-сети. анализ стабильности.

В последние годы доля генерирующих мощностей, относящихся к возобновляемым источникам энергии, растет ускоренными темпами1: это, в свою очередь, привело к существенному увеличению доли источников энергии, подключенных к сети посредством силового электронного интерфейса, известного как инвертор, отсюда и название «инверторные ресурсы» (IBR). По сравнению с синхронными генераторами, которые составляют основной источник энергии в традиционных энергосистемах, IBR имеют принципиально иное динамическое поведение, которое, как ожидается, будет иметь значительные последствия для общей динамики и стабильности энергосистемы2,3.

В целом, энергосистемы поддерживают стабильность за счет ограничения отклонений частоты: общей мерой способности энергосистемы противодействовать изменениям частоты является ее инерция, которая в обычных энергосистемах связана с кинетической энергией, запасенной во вращающихся массах синхронных генераторов. и немедленно доступен в случае внезапного дисбаланса мощности4 (но см. ссылку 5 для исследования роли, которую играет демпфирование нагрузки генератора в поддержании стабильной синхронизации). С другой стороны, возобновляемые источники энергии с интерфейсом IBR обычно не обеспечивают инерции энергосети. Таким образом, следствием увеличения проникновения IBR стало сокращение количества энергии, вырабатываемой традиционными электростанциями, что, в свою очередь, привело к общему снижению инерции вместе с увеличением ее изменчивости6: это может препятствовать возможности энергосистемы для надлежащего уравновешивания колебаний частоты из-за дисбаланса активной мощности7. Таким образом, помимо изучения способов заставить IBR имитировать инерционную реакцию традиционных генераторов8, значительные исследовательские усилия в последнее время были посвящены разработке методов оценки инерции энергосистемы, некоторые из которых были рассмотрены в ссылке. 9. Их можно грубо разделить на две широкие категории: (i) алгоритмы, запускаемые значительным возмущением (т. е. значительным событием в исследуемой энергосистеме); (ii) методы, которые либо используют измерения в нормальных условиях эксплуатации, либо полагаются на переходный процесс на зондирующие сигналы, подаваемые для плавного стимулирования энергосистемы. Подходы первой группы анализируют измерения электрической частоты и активной мощности после обнаружения значительного возмущения10,11. Когда они предназначены для онлайн-оценки, определение точного момента, когда произошло нарушение, имеет первостепенное значение, поскольку неправильные суждения существенно влияют на процесс оценки. Кроме того, эти алгоритмы не могут постоянно предоставлять обновленные значения инерции, поскольку им требуется событие запуска12,13. Что касается второй группы методов, методы, которые требуют подачи зондирующего сигнала в энергосистемы, непрактичны для крупных энергосистем, а возмущающий сигнал действительно влияет на оценку14. С другой стороны, методологии, использующие измерения окружающей среды, должны выполнять процедуру идентификации системы15,16 или полагаться на знание точных данных в реальном времени17, что является потенциальными ограничениями для этих методов. Мы отсылаем заинтересованного читателя к 18,19 для получения подробных обзоров по теме оценки инерции в энергосистемах.