基于時(shí)序模擬的離網(wǎng)型微網(wǎng)可靠性評估方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于時(shí)序模擬的離網(wǎng)型微網(wǎng)可靠性評估方法，該方法首先以ARMA模型為基礎(chǔ)，基于風(fēng)電機(jī)組輸出功率特性曲線計(jì)算風(fēng)電機(jī)組的時(shí)序出力；其次建立儲(chǔ)能系統(tǒng)的時(shí)序充放電模型，提出儲(chǔ)能系統(tǒng)的三種運(yùn)行策略；基于分布式電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行特性，充分對離網(wǎng)型微網(wǎng)的可靠性進(jìn)行了評估，利用該方法對現(xiàn)有的離網(wǎng)型微網(wǎng)進(jìn)行可靠性模擬評估，其計(jì)算方便，結(jié)果直觀，可以有效掌握離網(wǎng)型微網(wǎng)的供電可靠性。
【專利說明】基于時(shí)序模擬的離網(wǎng)型微網(wǎng)可靠性評估方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到電力系統(tǒng)可靠性評估技術(shù)，具體地說，是一種基于時(shí)序模擬的離網(wǎng)型微網(wǎng)可靠性評估方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源和環(huán)境問題日益受到人們的關(guān)注。常規(guī)能源不僅資源有限，甚至造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，與可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能環(huán)保的科學(xué)策略相悖。為了減少對環(huán)境的影響，滿足不斷增長的能源需求，以新能源發(fā)電為基礎(chǔ)的微電網(wǎng)也受到電力企業(yè)和用戶的關(guān)注，而微電網(wǎng)的可靠性及其對電網(wǎng)、用戶的影響成為近幾年微電網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的重要研究課題之一。在離網(wǎng)型微網(wǎng)中，負(fù)荷僅由內(nèi)部電源供電，一般包括分布式發(fā)電等新能源和儲(chǔ)能系統(tǒng)。離網(wǎng)型微網(wǎng)具有隨機(jī)、時(shí)序等特性，傳統(tǒng)可靠性評估方法很難準(zhǔn)確地對孤島模式下的微網(wǎng)進(jìn)行可靠性評估，亟需基于孤島運(yùn)行特性的可靠性評估算法。另一方面，儲(chǔ)能作為微網(wǎng)重要的組成部分，其運(yùn)行策略及充放電過程直接影響著系統(tǒng)運(yùn)行，在可靠性評估時(shí)也須計(jì)及儲(chǔ)能設(shè)備的運(yùn)行策略對微網(wǎng)可靠性的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本文提出一種基于時(shí)序模擬的離網(wǎng)型微網(wǎng)可靠性評估方法，該方法可以通過歷史風(fēng)速數(shù)據(jù)，對風(fēng)電機(jī)組、柴油機(jī)組以及儲(chǔ)能系統(tǒng)所組成的離網(wǎng)型微網(wǎng)的可靠性進(jìn)行評估，通過建立儲(chǔ)能系統(tǒng)的時(shí)序充放電模型和離網(wǎng)型微網(wǎng)儲(chǔ)能運(yùn)行策略，研究了微電網(wǎng)的可靠性指標(biāo)，使得離網(wǎng)型微網(wǎng)的可靠性評估更加直觀，具體技術(shù)方案如下:
[0004]一種基于時(shí)序模擬的離網(wǎng)型微網(wǎng)可靠性評估方法，其關(guān)鍵在于按照以下步驟進(jìn)行:
[0005]步驟1:根據(jù)電網(wǎng)中各個(gè)元件的故障率，隨機(jī)生成各個(gè)元件的無故障工作時(shí)間，并選擇無故障工作時(shí)間最小的元件作為故障元件；
[0006]步驟2:根據(jù)步驟I所選擇的故障元件的修復(fù)率，確定修復(fù)時(shí)間；
[0007]步驟3:根據(jù)步驟I所選擇的故障元件，利用故障遍歷搜索，將故障元件所影響的負(fù)荷分為a，b兩類，其中:
[0008]a類負(fù)荷:與微網(wǎng)電源失去連接的負(fù)荷，該類負(fù)荷停電時(shí)間為步驟2所計(jì)算出的元件修復(fù)時(shí)間；
[0009]b類負(fù)荷:與微網(wǎng)電源保持連接的負(fù)荷，通過選擇以下三種儲(chǔ)能運(yùn)行策略中的任何一種進(jìn)行控制，具體為:令離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間t = I ;
[0010]策略1:
[0011]1-1:計(jì)算第t小時(shí)的風(fēng)電機(jī)組出力Pw(t)、柴油機(jī)組出力PD(t)、負(fù)荷需求PL(t)以及在模擬時(shí)間內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組平均輸出功率Pa ；
[0012]1-2:^Pff(t)彡 Pa，儲(chǔ)能系統(tǒng)充電 Pbat (t) = Pw(t)-Pa，累計(jì)儲(chǔ)能容量 Ebat (t+Ι)=Ebat(t)+Pbat(t)，此時(shí)風(fēng)電機(jī)組與儲(chǔ)能共同輸出功= Pa，轉(zhuǎn)至1-4 ;若否，則進(jìn)行1-3 ；
[0013]1-3:此時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)放電Pbat (t) ( Pdch_max，若Pff (t)+Pbat (t)彡P(guān)a,則令風(fēng)電機(jī)組與儲(chǔ)能共同輸出功率Pmbat (t) = Pa ;否則，Pmat (t) = Pw(t)+Pbat (t),累計(jì)儲(chǔ)能剩余容量Ebat (t+1) = Ebat (t) -Pbat (t);轉(zhuǎn)至 1-4 ；
[0014]1-4:若Pwbat⑴+Pd⑴彡P(guān)Jt)，系統(tǒng)可靠；否則進(jìn)行負(fù)荷削減；
[0015]1-5:更新削減的負(fù)荷Ished及剩余負(fù)荷Iremain,累計(jì)削減負(fù)荷的停電次數(shù)及停電時(shí)間；
[0016]1-6:若t〈Tw+TTTK，令t = t+Ι，則返回1-1 ;否則進(jìn)行步驟4 ；
[0017]策略2:
[0018]2-1:分別計(jì)算第t小時(shí)的風(fēng)電機(jī)組出力Pw(t)、柴油機(jī)組出力PD(t)、負(fù)荷需求Pl⑴;
[0019]2-2:若 Pw(t)彡 x% PL(t),儲(chǔ)能系統(tǒng)充電 Pbat(t) = Pw(t)_x% PL(t),累計(jì)儲(chǔ)能容量Ebat(t+1) = Ebat (t) +Pbat (t);此時(shí)若柴油機(jī)組出力Pd (t)彡(l_x% )PL(t),則系統(tǒng)可靠；否則進(jìn)行負(fù)荷削減，更新負(fù)荷Ished及剩余負(fù)荷Iremain，累計(jì)削減負(fù)荷的停電次數(shù)及停電時(shí)間；轉(zhuǎn)至2-4 ;若Pw(t)〈x% PJt)，則進(jìn)行2-3 ；
[0020]2-3:控制柴油機(jī)組出力，若PD(t)+Pw(t) > Mt)，則系統(tǒng)可靠；否則儲(chǔ)能系統(tǒng)放電Pbat ⑴=min {Pdch-max,x% Pl (t) -Pw⑴}，累計(jì)儲(chǔ)能剩余容量 Ebat (t+1) = Ebat (t) -Pbat (t);此時(shí)若Pd⑴+Pff (t) +Pbat⑴彡P(guān)l⑴，則系統(tǒng)可靠，否則進(jìn)行負(fù)荷削減，更新負(fù)荷Ished及剩余負(fù)荷Iremain,累計(jì)削減負(fù)荷的停電次數(shù)及停電時(shí)間；
[0021]2-4:若t〈Tw+TTTK，令t = t+Ι，則返回2-1 ;否則進(jìn)行步驟4 ；
[0022]策略3:
[0023]3-1:分別計(jì)算第t小時(shí)的風(fēng)電機(jī)組出力Pw(t)、柴油機(jī)組出力PD(t)、負(fù)荷需求Pl⑴;
[0024]3-2:若Pff (t) ^ Pl⑴，則系統(tǒng)可靠，儲(chǔ)能系統(tǒng)充電Pbat (t) = Pw(t)_PL(t)，累計(jì)儲(chǔ)能容量 Ebat (t+1) = Ebat (t) +Pbat (t);轉(zhuǎn)至 3-4 ;否則進(jìn)行 3-3 ；
[0025]3-3:柴油機(jī)組出力，若PD(t)+Pw(t)彡P(guān)jt)，系統(tǒng)可靠；否則儲(chǔ)能系統(tǒng)放電Pbat ⑴彡 Pdctniax，累計(jì)儲(chǔ)能容量 Ebat (t+1) = Ebat (t)-Pbat (t)；
[0026]3-4:若PD(t)+Pw(t)+Pbat(t)彡P(guān)jt)，則系統(tǒng)可靠；否則進(jìn)行負(fù)荷削減，更新負(fù)荷Ished及剩余負(fù)荷Iremain,累計(jì)削減負(fù)荷的停電次數(shù)及停電時(shí)間；
[0027]3-5:若t〈Tw+TTTK，令t = t+Ι，則返回3-1 ;否則進(jìn)行步驟4 ；
[0028]步驟4:根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的停電次數(shù)和停電時(shí)間，確定各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)以及微電網(wǎng)孤島運(yùn)行的可靠性指標(biāo)。
[0029]基于上述控制策略，可以理解到:
[0030]策略1:
[0031]I)計(jì)算模擬期間內(nèi)風(fēng)電機(jī)組平均輸出功率，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組出力大于平均輸出功率時(shí)，儲(chǔ)能充電；反之，儲(chǔ)能放電，使兩者總出力達(dá)到平均輸出功率。
[0032]2)當(dāng)風(fēng)電機(jī)組和儲(chǔ)能總輸出功率小于負(fù)荷時(shí)，柴油機(jī)組出力，若三者出力仍不能滿足負(fù)荷需求，則進(jìn)行負(fù)荷削減；反之，系統(tǒng)可靠。
[0033]策略2:
[0034]I)當(dāng)風(fēng)電機(jī)組出力大于負(fù)荷的x%時(shí)，儲(chǔ)能充電，同時(shí)柴油機(jī)組出力。若柴油機(jī)組輸出功率小于負(fù)荷的1-χ%，則進(jìn)行負(fù)荷削減；反之，系統(tǒng)可靠。
[0035]2)當(dāng)風(fēng)電機(jī)組出力小于負(fù)荷的x%時(shí)，柴油機(jī)組出力。若柴油機(jī)組輸出功率大于剩余負(fù)荷，系統(tǒng)可靠；反之，儲(chǔ)能放電，但風(fēng)電機(jī)組和儲(chǔ)能的總輸出功率不能大于系統(tǒng)負(fù)荷的x%,通常x%取為30%。
[0036]3)若此時(shí)三者出力仍不能滿足負(fù)荷需求，則進(jìn)行負(fù)荷削減；反之，系統(tǒng)可靠。
[0037]策略3:
[0038]I)當(dāng)風(fēng)電機(jī)組出力大于負(fù)荷時(shí)，儲(chǔ)能充電，系統(tǒng)可靠；反之，柴油機(jī)組出力。
[0039]2)若風(fēng)電機(jī)組和柴油機(jī)組輸出總功率大于負(fù)荷，系統(tǒng)可靠；反之，儲(chǔ)能放電。
[0040]3)若儲(chǔ)能放電仍不能滿足負(fù)荷需求，則進(jìn)行負(fù)荷削減；反之，系統(tǒng)可靠。
[0041]本方案利用了時(shí)序蒙特卡洛算法對所有元件的狀態(tài)持續(xù)時(shí)間抽樣，從而形成系統(tǒng)的時(shí)序狀態(tài)，再對每一狀態(tài)進(jìn)行可靠性分析。顯然，在所有元件正常運(yùn)行時(shí)，針對常規(guī)配電網(wǎng)或并網(wǎng)型微網(wǎng)，該系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，即所有負(fù)荷穩(wěn)定供電。但是，對于離網(wǎng)型微網(wǎng)而言，其負(fù)荷僅由內(nèi)部電源供電，由于分布式電源的隨機(jī)、間歇等特性，若某一時(shí)刻電源出力不能滿足負(fù)荷需求時(shí)，即使所有元件正常運(yùn)行，微網(wǎng)內(nèi)仍有部分負(fù)荷需要削減，因此，本方案在對離網(wǎng)型微網(wǎng)進(jìn)行可靠性評估時(shí)，不僅要考慮所有元件的狀態(tài)，還計(jì)及了系統(tǒng)所有狀態(tài)下每一時(shí)刻的電源出力和負(fù)荷需求，其評估結(jié)果更加可靠。
[0042]作為進(jìn)一步描述，所述步驟I中，根據(jù)電網(wǎng)中元件數(shù)量生成一組隨機(jī)數(shù)SuS2,...，δη，并按照Ti = -1nSiZ^i計(jì)算每個(gè)元件的無故障工作時(shí)間，其中，XiS第i個(gè)元件的故障率，i = I~η, η為電網(wǎng)中元件數(shù)量。
[0043]再進(jìn)一步描述，步驟2中，故障元件選定后，產(chǎn)生一隨機(jī)數(shù)X，按照I； = -1nx/μ計(jì)算出故障元件的修復(fù)時(shí)間，其中μ為所選故障元件的修復(fù)率。
[0044]在本方案中，風(fēng)電機(jī)組輸出功率PWTC(t)的計(jì)算方式如下:
[0045]首先，以風(fēng)速歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用時(shí)間序列法中ARMA模型來對風(fēng)速序列進(jìn)行分析，具體為:
[0046]

【權(quán)利要求】
1.一種基于時(shí)序模擬的離網(wǎng)型微網(wǎng)可靠性評估方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行:步驟1:根據(jù)電網(wǎng)中各個(gè)元件的故障率，隨機(jī)生成各個(gè)元件的無故障工作時(shí)間，并選擇無故障工作時(shí)間最小的元件作為故障元件； 步驟2:根據(jù)步驟I所選擇的故障元件的修復(fù)率，確定修復(fù)時(shí)間； 步驟3:根據(jù)步驟I所選擇的故障元件，利用故障遍歷搜索，將故障元件所影響的負(fù)荷分為a，b兩類，其中: a類負(fù)荷:與微網(wǎng)電源失去連接的負(fù)荷，該類負(fù)荷停電時(shí)間為步驟2所計(jì)算出的元件修復(fù)時(shí)間； b類負(fù)荷:與微網(wǎng)電源保持連接的負(fù)荷，通過選擇以下三種儲(chǔ)能運(yùn)行策略中的任何一種進(jìn)行控制，具體為:令離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間t = I ; 策略1: 1-1:計(jì)算第t小時(shí)的風(fēng)電機(jī)組出力Pw(t)、柴油機(jī)組出力PD(t)、負(fù)荷需求Pjt)以及在模擬時(shí)間內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組平均輸出功率Pa ; l-2^Pw(t)彡P(guān)a，儲(chǔ)能系統(tǒng)充電Pbat (t) = Pw(t)-PA，累計(jì)儲(chǔ)能容量Ebat(t+1)=Ebat(t)+Pbat(t)，此時(shí)風(fēng)電機(jī)組與儲(chǔ)能共同輸出功= Pa，轉(zhuǎn)至1-4 ;若否，則進(jìn)行1-3 ； 1-3:此時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)放電Pbat (t) ( Pdch_max,若Pw (t) +Pbat⑴彡P(guān)a,則令風(fēng)電機(jī)組與儲(chǔ)能共同輸出功率Pwbat (t) =PA;否則，Pmat (t) =Pw(t)+Pbat (t)，累計(jì)儲(chǔ)能剩余容量Ebat (t+1)=Ebat (t) -Pbat (t);轉(zhuǎn)至 1-4 ； 1-4:若Pwglbat (t)+Pd⑴彡匕⑴，系統(tǒng)可靠；否則進(jìn)行負(fù)荷削減； 1-5:更新削減的負(fù)荷Ished及剩余負(fù)荷Iremain,累計(jì)削減負(fù)荷的停電次數(shù)及停電時(shí)間； 1-6:若t〈Tw+TnK，令t = t+Ι，則返回1-1 ;否則進(jìn)行步驟4 ; 策略2: 2-1:分別計(jì)算第t小時(shí)的風(fēng)電機(jī)組出力Pw(t)、柴油機(jī)組出力PD(t)、負(fù)荷需求PlU)； 2-2:^Pff(t)彡x% Pjt)，儲(chǔ)能系統(tǒng)充電Pbat(t) = Pw(t)-x% Pjt)，累計(jì)儲(chǔ)能容量Ebat (t+1) = Ebat (t) +Pbat (t);此時(shí)若柴油機(jī)組出力Pd(t)彡(l-x% )PL(t),則系統(tǒng)可靠；否則進(jìn)行負(fù)荷削減，更新負(fù)荷Ished及剩余負(fù)荷Iremain,累計(jì)削減負(fù)荷的停電次數(shù)及停電時(shí)間；轉(zhuǎn)至 2-4 ;gPw(t)〈x% PJt)，則進(jìn)行 2-3 ； 2-3:控制柴油機(jī)組出力，若PD(t)+Pw(t) > Mt)，則系統(tǒng)可靠；否則儲(chǔ)能系統(tǒng)放電Pbat ⑴=min {Pdch-max,x% Pl (t) -Pw⑴}，累計(jì)儲(chǔ)能剩余容量 Ebat (t+1) = Ebat (t) -Pbat (t);此時(shí)若Pd⑴+Pff (t) +Pbat⑴彡P(guān)l⑴，則系統(tǒng)可靠，否則進(jìn)行負(fù)荷削減，更新負(fù)荷Ished及剩余負(fù)荷Iremain,累計(jì)削減負(fù)荷的停電次數(shù)及停電時(shí)間； 2-4:若t〈Tw+TnK，令t = t+Ι，則返回2-1 ;否則進(jìn)行步驟4 ； 策略3: 3-1:分別計(jì)算第t小時(shí)的風(fēng)電機(jī)組出力Pw(t)、柴油機(jī)組出力PD(t)、負(fù)荷需求PlU)； 3-2:^Pff(t) > Pjt)，則系統(tǒng)可靠，儲(chǔ)能系統(tǒng)充電Pbat (t) = Pw (t)-Pjt)，累計(jì)儲(chǔ)能容量 Ebat (t+1) = Ebat (t) +Pbat (t);轉(zhuǎn)至 3-4 ;否則進(jìn)行 3-3 ； 3-3:柴油機(jī)組出力，若PD(t)+Pw(t)彡P(guān)l(t)，系統(tǒng)可靠；否則儲(chǔ)能系統(tǒng)放電Pbat (t)≤ Pdctniax，累計(jì)儲(chǔ)能容量 Ebat (t+1) = Ebat (t)-Pbat (t)； 3-4:^PD(t)+Pff(t)+Pbat(t)≥Pjt)，則系統(tǒng)可靠；否則進(jìn)行負(fù)荷削減，更新負(fù)荷Ished及剩余負(fù)荷Iremain,累計(jì)削減負(fù)荷的停電次數(shù)及停電時(shí)間； 3-5:若t〈Tw+TnK，令t = t+Ι，則返回3-1 ;否則進(jìn)行步驟4 ； 步驟4:根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的停電次數(shù)和停電時(shí)間，確定各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)以及微電網(wǎng)孤島運(yùn)行的可靠性指標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)序模擬的離網(wǎng)型微網(wǎng)可靠性評估方法，其特征在于:所述步驟I中，根據(jù)電網(wǎng)中元件數(shù)量生成一組隨機(jī)數(shù)K...，δη，并按照Ti Z-1nSi/Xi計(jì)算每個(gè)元件的無故障工作時(shí)間，其中，Xi為第i個(gè)元件的故障率，i =丨~n，n為電網(wǎng)中元件數(shù)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于時(shí)序模擬的離網(wǎng)型微網(wǎng)可靠性評估方法，其特征在于:步驟2中，故障元件選定后，產(chǎn)生一隨機(jī)數(shù)X，按照I； = -W μ計(jì)算出故障元件的修復(fù)時(shí)間，其中μ為所選故障元件的修復(fù)率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)序模擬的離網(wǎng)型微網(wǎng)可靠性評估方法，其特征在于，風(fēng)電機(jī)組輸出功率Pwtc(t)的計(jì)算方式如下: 首先，以風(fēng)速歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用時(shí)間序列法中ARMA模型來對風(fēng)速序列進(jìn)行分析，具體為:
式中:xt = (ν μ t)/ ot，其中μ^Ρ Ot分別表示風(fēng)速序列{v}f=1在t時(shí)刻的均值和方差；φ丨[i=\~p)，?^α = I~q)分別是自回歸和滑動(dòng)平均參數(shù)，^是均值為O、方差為Oa2的高斯白噪聲，即ε t e (O, Oa2)； 通過ARMA模型模擬的風(fēng)速為:vt = μ t+xtX σ t ； 然后，按照:
建立風(fēng)電機(jī)組時(shí)序出力模型，其中，v^u。。分別為風(fēng)電機(jī)組的切入風(fēng)速、額定風(fēng)速和切出風(fēng)速A風(fēng)電機(jī)組的額定功率，A、B及C為參數(shù)式，計(jì)算方式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)序模擬的離網(wǎng)型微網(wǎng)可靠性評估方法，其特征在于，儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電管理方式如下:
其中Pbat⑴與Ebat (t)分別表示儲(chǔ)能系統(tǒng)第t小時(shí)的充、放電功率和儲(chǔ)存能量，Pctmaj^PPdch-max分別表示儲(chǔ)能系統(tǒng)的最大充電功率和最大放電功率^nlin和E_分別表示儲(chǔ)能系統(tǒng)的最小容量和最大容量限制。
【文檔編號】G06Q50/06GK104201723SQ201410438143
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】謝開貴, 胡博, 王楊, 王賀, 賀小輝, 黃映程 申請人:重慶大學(xué)