[發明專利]一種城市綜合能源系統的故障自愈評估方法

在審

• 申請號: 202110576223.2
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113408860A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 熊軍;劉文亮;劉永清;張穎;彭暉;郭熠昀;廖曄
• 申請（專利權）人: 國網福建省電力有限公司廈門供電公司;國網福建省電力有限公司;清華海峽研究院（廈門）
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

1.一種城市綜合能源系統的故障自愈評估方法，其特征在于，提供如下新型故障自愈評估指標：

(1)自愈恢復率

配電網故障后供電恢復過程從故障發生開始，一直持續到故障完全清除并恢復全網正常供電為止，故在該時間段內，對負荷的恢復應在計及負荷重要度等級的前提下考慮負荷恢復總電量，而非故障斷面下的瞬時功率恢復值；因此，圍繞整個自愈過程中的恢復電量和負荷等級提出自愈恢復率指標SHRR，定義為H_SHRR：

式中：P_I,t、P_II,t、P_III,t，ω₁、ω₂、ω₃分別為I級、II級、III級負荷實際恢復功率與對應的負荷等級權重系數；為I級、II級、III級各等級負荷在t時刻的原始功率需求；Tc為故障持續時間；

自愈恢復率描述故障發生后，通過自愈控制恢復的帶權重的負荷恢復電量占原始失電電量的比重；自愈恢復率反映在故障持續時間內對負荷的電量支撐情況；自愈恢復率越高，對負荷的供電，尤其是重要負荷的供電將越有保障；

(2)自愈恢復速度

為縮短用戶側停電時間，減少負荷停電損失，智能配電網要求發生故障后應盡快使無故障失電區段得到及時的供電恢復；根據受故障影響的無故障區段供電恢復的快慢，定義自愈恢復速度SHRS；故障持續時間主要由4部分構成，分別為故障區段定位時間T1、故障隔離與非故障區段恢復時間T2、故障區段搶修時間T3和全網恢復操作時間T4；

經過故障定位T1和故障隔離與非故障區段恢復時間T2后，非故障區段的負荷自愈操作完成，所有可恢復負荷已經全部恢復完畢，因此，將自愈恢復速度SHRS定義為故障區段定位時間T1與故障隔離和非故障區段恢復時間T2之和，定義為H_SHRS：

H_SHRS＝T₁+T₂

自愈恢復速度能反映出系統對故障的響應速度，直觀地反映非故障區段負荷的恢復時間；

(3)自愈控制操作復雜度

自愈控制操作復雜度SHCC通過對開關操作的頻繁程度來表征；頻繁的開關操作增加自愈恢復過程的復雜程度，故將自愈過程中開關操作次數進行統計，作為一個自愈指標衡量自愈操作的復雜度或成本，而在離網自愈時，孤島黑啟動過程中負荷與DG需要順次接入孤島，該過程同樣增加自愈控制操作的復雜度，因此，將自愈控制操作復雜度SHCC，定義為H_SHCC：

其中，

式中：為線路開關在故障恢復過程內的動作次數；S為配網開關集合；Tc為故障持續時間；為開關s在t時刻的狀態，開關閉合時置1，斷開時置0；與分別為負荷與DG在故障恢復過程內的操作次數；

(4)自愈可持續時間覆蓋率

自愈可持續時間覆蓋率SHCT用來描述智能配電網故障隔離后，受故障影響的非故障區域通過自愈控制策略實現供電恢復后的可持續供電能力；

自愈可分為并網與離網2種方式，假設并網自愈方式具有足夠的負荷支撐能力，但基于孤島運行的自愈方式需要考慮儲能或分布式發電的可持續運行能力；智能配電網內集成智能微網，智能微網可在并網與離網2種方式下運行，當智能微網離網運行時，同樣存在可持續時間問題；故障過程持續時間為T1、T2、T3和T4時間之和，孤島或智能微網在全網恢復供電前通過自愈控制措施最大可增加的供電時間為T3與T4之和；

對于輸出功率可控的柴油發電機、燃料電池、微型燃氣輪機在離網自愈運行時可優先考慮作為平衡節點；其時序特性由負荷與采用PQ(U)控制策略的DG出力共同決定；當柴油發電機、燃料電池、微型燃氣輪機作為平衡節點時，自愈可持續時間T^sus表示如下：

T^sus＝min(T^P,T₃+T₄)

式中：T^P為孤島最大功率支撐時間；為孤島內負荷節點在t時刻的有功需求；分別為DG和儲能在t時刻的可用容量；當負荷需求小于孤島內電源最大出力即可認為孤島可持續運行；儲能系統作為孤島的平衡節點時，不僅要滿足孤島最大功率支撐時間還要保證儲能荷電狀態SOC在預定范圍之內；

基于備用聯絡線路的恢復供電，只要在變壓器和線路容量范圍內，可持續地供電，故假設通過聯絡線恢復時并網自愈方式下的自愈可持續時間覆蓋率為100％；智能配電網故障后可能形成多個孤島區域，不同孤島功率支撐情況不同，從而存在不同的自愈可持續時間；將每個孤島的平均功率與全部恢復負荷的平均功率的比值定義為孤島的自愈可持續時間覆蓋率權重λ，系統的自愈可持續時間覆蓋率SHCT，定義為H_SHCT：

式中：E_i、分別為第i個孤島的自愈可持續時間、自愈可持續時間內恢復的電量與該時間內的平均功率；λ_i為孤島i對應的自愈可持續時間覆蓋率權重；N_sole為全部孤島集合；

孤島可支撐時間越長，自愈可持續時間覆蓋率越高，當該值為100％時，表示恢復方案可支撐時間涵蓋T3與T4，直到故障設備修復為止。

2.根據權利要求1所述的一種城市綜合能源系統的故障自愈評估方法，其特征在于，基于新型故障自愈評估指標，還提出了自愈能力評估方式，具體如下：

1)輸入評估區域內包括網絡拓撲結構、各區段故障概率、各節點負荷曲線、DG出力曲線的參數；

2)基于每個供電區段故障概率β_i計算各供電區段自愈能力水平的權重r_i，I為供電區段個數：

3)對每個供電區段進行預想故障模擬，仿真分析區段i在t時刻發生故障后自愈過程，計算每個區段故障后在t時刻的自愈能力指標；

4)計算t時刻全系統的自愈能力指標，如下：

5)令t＝t+1，重新執行步驟3)、4)，直至t＝24；

6)基于系統24個時刻的自愈能力評估指標值，對系統進行日整體自愈能力評估計算。