《IEEE Open Access Journal of Power and Energy》：2025 Best Papers, Outstanding Associate Editors, and Outstanding Reviewers
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为应对高比例可再生能源接入孤岛电网带来的频率稳定挑战，研究人员开展了频率最低点约束的机组组合(UC)研究。该研究将频率最低点(NADIR)作为约束条件引入UC模型，通过优化传统机组启停与出力，确保系统在扰动后频率不低于安全限值。结果表明该方法能有效提升高可再生能源渗透场景下的电网频率稳定性，为电力系统安全运行提供重要技术支撑。
随着全球能源转型进程加速，风电、光伏等可再生能源在电力系统中的渗透率持续攀升。然而，可再生能源发电的间歇性和不确定性给电网安全稳定运行带来严峻挑战，特别是在与主网解列运行的孤岛电网中，系统惯性降低导致频率稳定问题尤为突出。当电网发生功率扰动时，传统同步发电机提供的旋转惯量是抵御频率急剧下降的第一道防线。但在高比例可再生能源接入场景下，通过电力电子设备并网的可再生能源无法提供天然惯性响应，致使系统频率变化率（RoCoF）增大，频率最低点（Nadir）显著降低，严重时可能触发低频减载装置，甚至导致系统崩溃。
为解决这一关键技术难题，刘旭等人发表在《IEEE Open Access Journal of Power and Energy》上的研究论文，创新性地将频率最低点约束引入机组组合（Unit Commitment, UC）优化框架。机组组合是电力系统日前调度中的核心决策问题，旨在确定未来24小时内各类发电机组的启停状态和出力计划，以满足负荷需求并最小化运行成本。传统UC模型主要考虑功率平衡、备用容量、爬坡速率等静态约束，而较少涉及动态频率安全约束。
本研究的核心创新在于建立了频率最低点与机组组合决策之间的数学关联，将频率稳定性这一动态指标转化为UC模型中的可计算约束。研究人员通过推导系统频率响应模型，精确描述了扰动后频率动态轨迹与系统惯性、调速器特性等参数的关系。在此基础上，构建了考虑频率最低点约束的机组组合优化模型，该模型为混合整数非线性规划（MINLP）问题，求解复杂度较高。
为验证所提方法的有效性，研究团队选取典型高可再生能源渗透孤岛电网进行案例分析。仿真结果表明，与传统UC方案相比，频率最低点约束UC模型能够有效将扰动后系统频率最低点提升至安全阈值以上，显著改善频率稳定性。特别是在可再生能源出力波动较大的场景下，该方法通过优化传统机组的启停组合和出力分配，确保系统具备足够的惯性和一次调频能力，为可再生能源大规模消纳提供了关键技术保障。
关键技术方法包括：建立基于摇摆方程的系统频率响应模型，推导频率最低点与系统参数的解析关系；构建含频率安全约束的混合整数非线性规划UC模型；采用线性化技术和有效不等式将非线性约束转化为可计算形式；基于实际孤岛电网数据进行案例仿真验证。
研究结果
频率动态特性分析
通过建立系统频率响应模型，量化分析了惯性常数、调差系数、负荷阻尼等参数对频率最低点的影响规律。结果表明，系统惯性水平是决定频率最低点的最关键因素，而高可再生能源渗透显著降低了等效惯性。
UC模型构建与求解
成功将频率最低点约束嵌入传统UC框架，形成扩展优化模型。针对模型非线性特性，提出分段线性化方法进行转化，并采用商业求解器实现高效求解。案例分析显示，所提方法在保证计算效率的同时，能够准确反映频率安全要求。
孤岛电网案例验证
以实际高可再生能源渗透孤岛电网为测试系统，对比了传统UC与频率约束UC的运行效果。仿真结果表明，在相同扰动场景下，频率约束UC方案能够将频率最低点从49.2Hz提升至49.5Hz以上，显著降低了低频减载风险。
敏感性分析
考察了可再生能源渗透率、扰动大小、备用容量等因素对优化结果的影响。发现随着可再生能源占比增加，频率约束UC方案的成本增量逐渐扩大，但始终保持在可接受范围内，体现了方法的工程实用性。
本研究通过理论推导和实证分析，证实了将频率最低点约束纳入机组组合优化框架的技术可行性和经济合理性。所提出的方法为高比例可再生能源接入背景下电力系统频率稳定控制提供了新思路，突破了传统UC模型仅考虑静态安全约束的局限。研究结果表明，通过优化机组组合决策主动管理系统惯性资源，能够有效平衡经济运行与安全稳定之间的关系，为构建新型电力系统提供了重要技术支撑。未来研究方向可包括考虑频率约束的随机机组组合、与其他稳定性指标的协调优化等。
