[發(fā)明專利]一種工業(yè)用戶型光儲微網(wǎng)的可靠性優(yōu)化方法

在審

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• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112199864A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龔誠;高山;張誠;萬佑紅;厲國舜;馬天星;馬小光;趙國祥;顧輝;王美;徐長城
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇南通發(fā)電有限公司;東南大學(xué);南京郵電大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/18;G06Q50/06;G06F119/02
• 代理公司: 北京同輝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11357
• 代理人: 王依

1.一種工業(yè)用戶型光儲微網(wǎng)的可靠性優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、建立工業(yè)用戶型微網(wǎng)元件停運模型；

步驟2、建立工業(yè)用戶型微網(wǎng)元件可靠性指標(biāo)；

步驟3、建立工業(yè)用戶型微網(wǎng)可靠性模型及故障模式影響分析；

步驟4、建立孤島模式下工業(yè)用戶型微網(wǎng)光儲交互策略。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)用戶型光儲微網(wǎng)的可靠性優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟1中建立工業(yè)用戶型微網(wǎng)元件停運模型的構(gòu)造方法為：

元件的狀態(tài)分為兩種，包括工作運行狀態(tài)與故障停運狀態(tài)，建立元件平均停運時間與修復(fù)時間：

式中：MTTR為元件停運后的平均修復(fù)時間；MTTF為元件保持正常運行狀態(tài)的時間，λ為元件停運率，次/年；μ為元件停運修復(fù)率，次/年：

當(dāng)元件正常運行一段時間后出現(xiàn)故障導(dǎo)致停運，故障修復(fù)后繼續(xù)正常運行，對具體元件進行抽樣，建立元件停運和故障：

式中：TTF表示元件保持正常運行狀態(tài)的時間，TTR表示元件故障后的修復(fù)時間，R₁和R₂的是位于[0,1]的隨機數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)用戶型光儲微網(wǎng)的可靠性優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟2中的建立工業(yè)用戶型微網(wǎng)元件可靠性指標(biāo)包括：

1)系統(tǒng)平均停電頻率SAIFI，單位為次/戶·年：

2)系統(tǒng)平均停電持續(xù)時間SAIDI，單位為h/戶·年：

式中：U_i為負(fù)荷點i的年平均故障停電時間；

3)平均供電可用度ASAI，單位為％：

4)系統(tǒng)電量不足期望EENS，單位為MWh/年：

EENS＝系統(tǒng)總電量不足期望＝∑L_iU_i

式中：L_i為接入負(fù)荷點i的平均負(fù)荷，單位為MWh/戶·年。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)用戶型光儲微網(wǎng)的可靠性優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟3中的建立工業(yè)用戶型微網(wǎng)可靠性模型及故障模式影響分析的具體策略方法為：

步驟301：對工業(yè)用戶型微電網(wǎng)進行假設(shè)，建立輻射狀微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，包括：

1)微電網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為輻射狀；

2)繼電保護裝置和開關(guān)設(shè)備完全可靠；

3)斷路器的兩端安裝隔離開關(guān)，用于故障隔離和供電恢復(fù)，熔斷器安裝在每個負(fù)荷側(cè)的始端；

4)只考慮系統(tǒng)發(fā)生一階故障，不考慮多重故障和瞬時故障；

步驟302：根據(jù)微網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對開關(guān)節(jié)點進行編碼，進而轉(zhuǎn)化全部饋線區(qū)；

步驟303：當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)某個元件發(fā)生故障時，根據(jù)工業(yè)用戶型微網(wǎng)輻射狀運行的特點，考慮各饋線區(qū)受故障影響的不同，工業(yè)用戶型微網(wǎng)分為幾個區(qū)域并建立FMEA表。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)用戶型光儲微網(wǎng)的可靠性優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟4中建立孤島模式下工業(yè)用戶型微網(wǎng)光儲交互策略的構(gòu)造方法為：

1)建立孤島模式負(fù)荷削減模型

儲能在孤島運行時作為備用電源使用，判斷負(fù)荷不再削減的條件是光伏出力后的負(fù)荷功率小于儲能電池額定功率，計算公式為：

P_L,t-P_PV,t≤P_BESS,t

式中：P_L,t為t時刻孤島總負(fù)荷功率；P_PV,t為t時刻光伏出力；P_BESS,t為t時刻儲能額定功率；

當(dāng)t時刻該約束條件不滿足的時候，需要對負(fù)荷進行削減，負(fù)荷削減的原則是：

(1)在儲能的額定功率之內(nèi)，應(yīng)保證供電范圍最大，為更多負(fù)荷點供電；

(2)對于負(fù)荷較高的負(fù)荷點，減少削減的用戶數(shù)量；

(3)負(fù)荷削減之后，故障時間內(nèi)不再對其進行供電；

由此得到，負(fù)荷削減的目標(biāo)函數(shù)為：

式中：N_L為負(fù)荷點總數(shù)；P_L,i,t為孤島第i個負(fù)荷點t時刻負(fù)荷值；X_i表示第i個負(fù)荷點是否被削減，若X_i＝0表示被削減，X_i＝1表示被保留；

2)建立儲能可靠性模型

當(dāng)工業(yè)用戶型微網(wǎng)故障時，儲能作為一個穩(wěn)定的備用電源為缺電負(fù)荷進行供電，最大程度地減少停電時間與停電范圍，提高工業(yè)用戶型微網(wǎng)可靠性；

根據(jù)儲能與孤島負(fù)荷的關(guān)系可知，儲能的功率決定了供電負(fù)荷的范圍，而儲能的剩余電量決定了供電的時長，設(shè)P_t為t時刻孤島功率缺額，儲能出力間隔為1h，由此建立儲能的孤島供電可靠性模型：

(1)儲能功率大于缺額功率，負(fù)荷不削減，供電范圍為整個孤島，對儲能放電后的SOC進行計算：

(a)若高于SOC_min，則儲能可以保證孤島該時段不停電；

(b)若低于SOC_min，儲能剩余電量小于孤島供電缺電量，儲能在SOC＝SOC_min的時刻停止放電，該時段孤島停電時間減少為：

(2)儲能功率小于缺額功率，進行負(fù)荷削減，供電范圍為負(fù)荷削減后區(qū)域，對儲能放電后的SOC進行計算：

(a)若高于SOC_min，則儲能可以保證供電范圍內(nèi)該時段不停電；

(b)若低于SOC_min，儲能剩余電量小于供電范圍缺電量，儲能在SOC＝SOC_min的時刻停止放電，該時段供電范圍停電時間減少為：

3)建立孤島模式下光儲交互策略

儲能系統(tǒng)的容量為備用容量，且在孤島初始時刻為滿容量狀態(tài)，光伏、儲能出力都以1h為出力間隔，在出力間隔內(nèi)功率保持恒定；

步驟1：獲取光伏出力P_PV,t和孤島內(nèi)負(fù)荷總功率P_L,t；

步驟2：判斷此時孤島功率平衡，若P_PV,t≥P_L,t，則孤島內(nèi)負(fù)荷不停電，轉(zhuǎn)向步驟5；若不滿足，則轉(zhuǎn)向步驟3；

步驟3：計算功率缺額與儲能額定功率大小，若P_BESS,t≥P_L,t-P_PV,t，計算SOC_BESS,t與SOC_min大小，判斷孤島內(nèi)負(fù)荷不停電或停電時間縮短，統(tǒng)計負(fù)荷點停電時間、次數(shù)以及缺額電量，轉(zhuǎn)向步驟5；若不滿足，轉(zhuǎn)向步驟4；

步驟4：此時P_BESS,t≤P_L,t-P_PV,t，對負(fù)荷進行削減，選出最大供電范圍，計算SOC_BESS,t與SOC_min大小，判斷供電范圍內(nèi)負(fù)荷不停電或停電時間縮短，統(tǒng)計負(fù)荷點的停電時間、次數(shù)以及缺額電量，轉(zhuǎn)向步驟5；

步驟5：判斷故障是否已經(jīng)恢復(fù)，若未恢復(fù)，t＝t+1，轉(zhuǎn)向步驟1；若已恢復(fù)，孤島模式解除2.3.4時序蒙特卡洛可靠性評估流程；

當(dāng)工業(yè)用戶型微網(wǎng)發(fā)生故障后，運用孤島模式下的儲能、光伏的交互策略，建立FMEA表，獲得可靠性指標(biāo)。