CN109685397A - 一种计及直接负荷控制下电气耦合系统可靠性评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种计及直接负荷控制下电气耦合系统可靠性评估方法。建立电‑气耦合模型，利用能量枢纽建立电‑气耦合模型将气网侧能量波动引入到微电网侧，通过微电网约束条件进行潮流计算，根据约束条件进行下一步处理；根据多组不满足约束条件的样本，通过对微电网不满足约束条件节点的电负荷进行直接负荷控制减小负荷功率，使其满足微电网约束条件；计算直接负荷控制利用概率和直接负荷控制可控容量利用率，定量评估直接负荷控制利用情况。本发明优点在于，实现对其可靠性地有效评估，并通过对负荷进行直接负荷控制，主动参与微电网削峰、应急，对其可靠性加以提升。
Description
技术领域
本发明属于能源互联网领域，尤其涉及一种计及直接负荷控制下电气耦合系统可靠性评估方法。
背景技术
随着化石能源的日渐枯竭以及环境问题的日益突出，以能源互联网为核心的第3次工业革命正在兴起。天然气由于具有发电效率高、碳排放量小和动作响应快速等优点，因而未来的能源互联网中天然气发电比例将不断提升，微电网对天然气网络的依赖性不断增加。
目前，对电-气耦合综合能源系统的研究主要集中在联合规划和协调运行方面，对其可靠性问题涉及较少，且以往的可靠性评估往往只关注于单一系统，电-气耦合的出现对可靠性评估提出了新的要求。同时充分挖掘系统源网荷灵活性资源潜力并对其进行统筹规划越来越受到重视。特别地，在“荷”这一环节，对中央空调负荷进行直接负荷控制具有响应时问短、可用容量价值大等特点，有较大应用价值。
因此，如何将直接负荷控制应用于大规模联合供能系统的可靠性评估中，并在含直接负荷控制参与的电-气耦合系统可靠性评估过程中，如何对其可靠性进行有效地可靠性评估，并对其加以提升成为迫切需求。
发明内容
针对现有研究的不足，本发明提出了一种计及直接负荷控制下电气耦合系统可靠性评估方法。
本发明的技术方案为一种计及直接负荷控制下电气耦合系统可靠性评估方法，具体包括以下步骤：
步骤1：建立电-气耦合模型，利用能量枢纽建立电-气耦合模型将气网侧能量波动引入到微电网侧，通过微电网约束条件进行潮流计算，根据约束条件进行下一步处理；
步骤2：由步骤1中得到多组不满足约束条件的样本，通过对微电网不满足约束条件节点的电负荷进行直接负荷控制减小负荷功率，使其满足步骤1中约束条件；
步骤3：计算直接负荷控制利用概率和直接负荷控制可控容量利用率，定量评估直接负荷控制利用情况；
作为优选，步骤1所述建立能量枢纽建立电-气耦合模型为：
其中，Px G为第x组样本中微电网传统火力发电机组注入到能量枢纽的功率，Fx为第x组样本中天然气注入到能量枢纽的流量，Pu,x为第x组样本中能量枢纽所接微电网中节点u处的电负荷，u为微电网负荷节点编号，u∈[1,Ne]，Ne为微电网负荷节点数量，Lh为各组样本中能量枢纽的热负荷，为电锅炉效率，为燃气锅炉效率，为热电联产机组发电效率，为热电联产机组发热效率，vEB为电能分配系数，vCHP为天然气分配系数，x为样本编号，x∈[1,Nk]，Nk为样本数量；
步骤1中所述利用能量枢纽建立电-气耦合模型将气网侧能量波动引入到微电网侧为：
由第x组样本中天然气注入到能量枢纽的流量Fx，根据能量枢纽建立电-气耦合模型，确定第x组样本的热电联产机组消耗天然气流量Fx CHP、第x组样本的燃气锅炉消耗的天然气流量Fx GB和第x组样本中的热电联产机组有功出力并推导得出第x组样本中电锅炉电功率
第x组样本中热电联产机组消耗天然气流量Fx CHP
其中，Fx为第x组样本中天然气注入到能量枢纽的流量，vCHP为天然气分配系数；
第x组样本中燃气锅炉消耗的天然气流量为：
其中，Fx为第x组样本中天然气注入到能量枢纽的流量，vCHP为天然气分配系数；
第x组样本中热电联产机组有功出力为：
其中，为热电联产机组发电效率，LHV为天然气热值；
第x组样本中热电联产机组热负荷为：
其中，为热电联产机组发电效率，为热电联产机组发热效率；
第x组样本中燃气锅炉热负荷为：
其中，为燃气锅炉效率，LHV为天然气热值；
第x组样本中电锅炉热负荷为：
其中，为第x组样本中电锅炉电功率，为电锅炉效率，Lh为各组样本中能量枢纽的热负荷；
可推出第x组样本中电锅炉电功率为：
其中，LHV为天然气热值Lh为各组样本中能量枢纽的热负荷，为电锅炉效率；
步骤1中所述通过微电网约束条件进行潮流计算为：
由第x组样本的微电网节点u处的电负荷Pu,x、第x组样本的热电联产机组有功出力和第x组样本的电锅炉电功率将微电网传统火力发电机组G设为平衡节点在微电网中进行潮流计算，得出第x组样本的微电网中传统火力发电机组有功出力Px G，第x组样本的传统火力发电机组无功出力第x组样本的节点u处的电压Vu,x，以及第x组样本中支路l处的电流Il,x，l为微电网支路编号，l∈[1,Nl]，Nl为微电网支路数量；
步骤1中所述微电网约束条件为：
火力发电有功约束、火力发电无功约束、节点电压约束和支路电流约束；
所述火力发电有功出力约束：
其中，PG min为传统火力发电机组最小有功出力，PG max为传统火力发电机组最大有功出力，Px G为第x组样本的微电网中传统火力发电机组有功出力；
所述火力发电无功出力约束：
其中，为传统火力发电机组最小无功出力，为传统火力发电机组最大无功出力，为第x组样本的传统火力发电机组无功出力；
所述节点电压约束：
其中，Vu min为微电网节点u电压下限，Vu max为微电网节点u电压上限，Vu,x为第x组样本的节点u处的电压；
所述支路电流约束：
其中，为微电网支路l电流下限，为微电网支路l电流上限，Il,x为第x组样本中支路l处的电流；
将第1组样本数据至第Nk组样本数据，依次判断是否符合微电网约束条件，即火力发电有功约束、火力发电无功约束、节点电压约束和支路电流约束，统计不符合微电网约束条件的样本数量为N1，符合微电网约束条件的样本数量为N2，N1+N2＝Nk；
作为优选，步骤2中所述的建立直接负荷控制可用度模型具体步骤如下：
提出负荷直接负荷控制可用度模型来描述节点u处电负荷采取直接负荷控制时负荷功率可削减量占负荷原始功率大小的百分比，直接负荷控制可用度大小为：
DACu＝αuβu
其中，DACu为节点u处电负荷直接负荷控制的可用度，αu为节点u处负荷用户舒适度设定系数αu，βu为节点u处负荷控制预处理提前通知时长系数；
步骤2中所述中对节点电负荷进行直接负荷控制具体步骤如下：
计算微电网各节点电负荷直接负荷控制可用度DACu，对不符合微电网约束条件的的N1组样本数据中进行直接负荷控制，减低节点负荷功率，具体步骤如下：
对于不符合微电网约束条件的第yz个样本，z∈[1,N1]，将节点u处负荷按照其可用度DACu从大到小依次进行直接负荷控制，首先对可用度最大的电负荷在其可用度范围内按一定比例进行负荷控制减低其负荷大小，其次对可用度第二大的电负荷其可用度范围内进行负荷控制减低其负荷大小，以此类推，直至满足步骤1约束条件，并记录每个故障样本各节点电负荷实际负荷控制量和不符合微电网约束条件的N1个样本中节点u处电负荷进行直接负荷控制的次数yu，yu∈[0,N1]；
作为优选，步骤3中所述计算直接负荷控制利用概率和直接负荷控制可控容量利用率具体步骤如下：
直接负荷控制利用概率：
其中，DUPu为节点u处直接负荷控制概率，yu为第u节点进行直接负荷控制次数；
直接负荷控制可控容量利用率：
其中，DACUu节点u处电负荷直接负荷控制概率，第yz组样本中节点u实际负荷控制量，DACu为节点u处电负荷直接负荷控制的可用度，为第yz组样本中节点u处的原始电负荷；
本发明的有益效果在于：提出一种含直接负荷控制参与的电气耦合系统可靠性评估方法，实现对其可靠性地有效评估，并通过对中央空调负荷进行直接负荷控制，主动参与微电网削峰、应急，对其可靠性加以提升。
附图说明
图1：本发明计及直接负荷控制的电气耦合系统可靠性评估方法的结构框图；
图2：本发明考虑DLC的电-气耦合枢纽结构图；
图3：本发明电-气耦合系统可靠性评估流程图；
图4：本发明基于能量枢纽的电-气耦合系统图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明主要解决如下问题：夏季时，空调负荷的大量使用往往引起负荷高峰，同时，城市道路施工失误导致的天然气管道故障，这两种情况可能引起电网燃气发电机组有/无功出力不足、节点电压、或支路功率越限等情况，通过将商业楼宇的中央空调进行集群控制，可以取得良好的削峰、应急作用，减小电网的损失。
下面结合图1至图4介绍本发明的实施方式，具体步骤如下：
步骤1：建立电-气耦合模型，利用能量枢纽建立电气耦合模型将气网侧能量波动引入到微电网侧，通过微电网约束条件进行潮流计算，根据约束条件进行下一步处理；
步骤1所述建立能量枢纽建立电-气耦合模型为：
其中，Px G为第x组样本中微电网传统火力发电机组注入到能量枢纽的功率，Fx为第x组样本中天然气注入到能量枢纽的流量，Pu,x为第x组样本中能量枢纽所接微电网中节点u处的电负荷，u为微电网负荷节点编号，u∈[1,Ne]，Ne为微电网负荷节点数量，Lh为各组样本中能量枢纽的热负荷，为电锅炉效率，为燃气锅炉效率，为热电联产机组发电效率，为热电联产机组发热效率，vEB为电能分配系数，vCHP为天然气分配系数，x为样本编号，x∈[1,Nk]，Nk为样本数量；
步骤1中所述利用能量枢纽建立电-气耦合模型将气网侧能量波动引入到微电网侧为：
由第x组样本中天然气注入到能量枢纽的流量Fx，根据能量枢纽建立电-气耦合模型，确定第x组样本的热电联产机组消耗天然气流量Fx CHP、第x组样本的燃气锅炉消耗的天然气流量Fx GB和第x组样本中的热电联产机组有功出力并推导得出第x组样本中电锅炉电功率
第x组样本中热电联产机组消耗天然气流量Fx CHP
Fx CHP＝FxvCHP
其中，Fx为第x组样本中天然气注入到能量枢纽的流量，vCHP为天然气分配系数；
第x组样本中燃气锅炉消耗的天然气流量为：
其中，Fx为第x组样本中天然气注入到能量枢纽的流量，vCHP为天然气分配系数；
第x组样本中热电联产机组有功出力为：
其中，为热电联产机组发电效率，LHV为天然气热值；
第x组样本中热电联产机组热负荷为：
其中，为热电联产机组发电效率，为热电联产机组发热效率；
第x组样本中燃气锅炉热负荷为：
其中，为燃气锅炉效率，LHV为天然气热值；
第x组样本中电锅炉热负荷为：
其中，为第x组样本中电锅炉电功率，为电锅炉效率，Lh为各组样本中能量枢纽的热负荷；
可推出第x组样本中电锅炉电功率为：
其中，LHV为天然气热值Lh为各组样本中能量枢纽的热负荷，为电锅炉效率；
步骤1中所述通过微电网约束条件进行潮流计算为：
由第x组样本的微电网节点u处的电负荷Pu,x、第x组样本的热电联产机组有功出力和第x组样本的电锅炉电功率将微电网传统火力发电机组G设为平衡节点在微电网中进行潮流计算，得出第x组样本的微电网中传统火力发电机组有功出力Px G，第x组样本的传统火力发电机组无功出力第x组样本的节点u处的电压Vu,x，以及第x组样本中支路l处的电流Il,x，l为微电网支路编号，l∈[1,Nl]，Nl为微电网支路数量；
步骤1中所述微电网约束条件为：
火力发电有功约束、火力发电无功约束、节点电压约束和支路电流约束；
所述火力发电有功出力约束：
其中，PG min为传统火力发电机组最小有功出力，PG max为传统火力发电机组最大有功出力，Px G为第x组样本的微电网中传统火力发电机组有功出力；
所述火力发电无功出力约束：
其中，为传统火力发电机组最小无功出力，为传统火力发电机组最大无功出力，为第x组样本的传统火力发电机组无功出力；
所述节点电压约束：
其中，Vu min为微电网节点u电压下限，Vu max为微电网节点u电压上限，Vu,x为第x组样本的节点u处的电压；
所述支路电流约束：
其中，为微电网支路l电流下限，为微电网支路l电流上限，Il,x为第x组样本中支路l处的电流；
将第1组样本数据至第Nk组样本数据，依次判断是否符合微电网约束条件，即火力发电有功约束、火力发电无功约束、节点电压约束和支路电流约束，统计不符合微电网约束条件的样本数量为N1，符合微电网约束条件的样本数量为N2，N1+N2＝Nk；
步骤2：由步骤1中得到N1组不满足约束条件的样本，通过对微电网不满足约束条件节点的电负荷进行直接负荷控制减小负荷功率，使其满足步骤1中约束条件；
步骤2中所述的建立直接负荷控制可用度模型具体步骤如下：
提出负荷直接负荷控制可用度模型来描述节点u处电负荷采取直接负荷控制时负荷功率可削减量占负荷原始功率大小的百分比，直接负荷控制可用度大小为：
DACu＝αuβu
其中，DACu为节点u处电负荷直接负荷控制的可用度，αu为节点u处负荷用户舒适度设定系数αu，βu为节点u处负荷控制预处理提前通知时长系数；
步骤2中所述中对节点电负荷进行直接负荷控制具体步骤如下：
计算微电网各节点电负荷直接负荷控制可用度DACu，对不符合微电网约束条件的的N1组样本数据中进行直接负荷控制，减低节点负荷功率，具体步骤如下：
对于不符合微电网约束条件的第yz个样本，z∈[1,N1]，将节点u处负荷按照其可用度DACu从大到小依次进行直接负荷控制，首先对可用度最大的电负荷在其可用度范围内按一定比例进行负荷控制减低其负荷大小，其次对可用度第二大的电负荷其可用度范围内进行负荷控制减低其负荷大小，以此类推，直至满足步骤1约束条件，并记录每个故障样本各节点电负荷实际负荷控制量和不符合微电网约束条件的N1个样本中节点u处电负荷进行直接负荷控制的次数yu，yu∈[0,N1]；
步骤3：计算直接负荷控制利用概率和直接负荷控制可控容量利用率，定量评估直接负荷控制利用情况；
步骤3中所述计算直接负荷控制利用概率和直接负荷控制可控容量利用率具体步骤如下：
直接负荷控制利用概率：
其中，DUPu为节点u处直接负荷控制概率，yu为第u节点进行直接负荷控制次数；
直接负荷控制可控容量利用率：
其中，DACUu节点u处电负荷直接负荷控制概率，第yz组样本中节点u实际负荷控制量，DACu为节点u处电负荷直接负荷控制的可用度，为第yz组样本中节点u处的原始电负荷；
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种计及直接负荷控制下电气耦合系统可靠性评估方法，其特征在于，包括：
步骤1：建立电-气耦合模型，利用能量枢纽建立电-气耦合模型将气网侧能量波动引入到微电网侧，通过微电网约束条件进行潮流计算，根据约束条件得到多组不满足约束条件的样本并进行下一步处理；
步骤2：多组不满足约束条件的样本，通过对微电网不满足约束条件节点的电负荷进行直接负荷控制减小负荷功率，使其满足微电网约束条件；
步骤3：计算直接负荷控制利用概率和直接负荷控制可控容量利用率，定量评估直接负荷控制利用情况。
2.根据权利要求1所述的计及直接负荷控制下电气耦合系统可靠性评估方法，其特征在于：
步骤1所述建立能量枢纽建立电-气耦合模型为：
其中，为第x组样本中微电网传统火力发电机组注入到能量枢纽的功率，Fx为第x组样本中天然气注入到能量枢纽的流量，Pu,x为第x组样本中能量枢纽所接微电网中节点u处的电负荷，u为微电网负荷节点编号，u∈[1,Ne]，Ne为微电网负荷节点数量，Lh为各组样本中能量枢纽的热负荷，为电锅炉效率，为燃气锅炉效率，为热电联产机组发电效率，为热电联产机组发热效率，vEB为电能分配系数，vCHP为天然气分配系数，x为样本编号，x∈[1,Nk]，Nk为样本数量；
步骤1中所述利用能量枢纽建立电-气耦合模型将气网侧能量波动引入到微电网侧为：
由第x组样本中天然气注入到能量枢纽的流量Fx，根据能量枢纽建立电-气耦合模型，确定第x组样本的热电联产机组消耗天然气流量第x组样本的燃气锅炉消耗的天然气流量和第x组样本中的热电联产机组有功出力并推导得出第x组样本中电锅炉电功率
第x组样本中热电联产机组消耗天然气流量
其中，Fx为第x组样本中天然气注入到能量枢纽的流量，vCHP为天然气分配系数；
第x组样本中燃气锅炉消耗的天然气流量为：
其中，Fx为第x组样本中天然气注入到能量枢纽的流量，vCHP为天然气分配系数；
第x组样本中热电联产机组有功出力为：
其中，为热电联产机组发电效率，LHV为天然气热值；
第x组样本中热电联产机组热负荷为：
其中，为热电联产机组发电效率，为热电联产机组发热效率；
第x组样本中燃气锅炉热负荷为：
其中，为燃气锅炉效率，LHV为天然气热值；
第x组样本中电锅炉热负荷为：
其中，为第x组样本中电锅炉电功率，为电锅炉效率，Lh为各组样本中能量枢纽的热负荷；
可推出第x组样本中电锅炉电功率为：
其中，LHV为天然气热值Lh为各组样本中能量枢纽的热负荷，为电锅炉效率；
步骤1中所述通过微电网约束条件进行潮流计算为：
由第x组样本的微电网节点u处的电负荷Pu,x、第x组样本的热电联产机组有功出力和第x组样本的电锅炉电功率将微电网传统火力发电机组G设为平衡节点在微电网中进行潮流计算，得出第x组样本的微电网中传统火力发电机组有功出力第x组样本的传统火力发电机组无功出力第x组样本的节点u处的电压Vu,x，以及第x组样本中支路l处的电流Il,x，l为微电网支路编号，l∈[1,Nl]，Nl为微电网支路数量；
步骤1中所述微电网约束条件为：
火力发电有功约束、火力发电无功约束、节点电压约束和支路电流约束；
所述火力发电有功出力约束：
其中，为传统火力发电机组最小有功出力，为传统火力发电机组最大有功出力，为第x组样本的微电网中传统火力发电机组有功出力；
所述火力发电无功出力约束：
其中，为传统火力发电机组最小无功出力，为传统火力发电机组最大无功出力，为第x组样本的传统火力发电机组无功出力；
所述节点电压约束：
其中，为微电网节点u电压下限，为微电网节点u电压上限，Vu,x为第x组样本的节点u处的电压；
所述支路电流约束：
其中，为微电网支路l电流下限，为微电网支路l电流上限，Il,x为第x组样本中支路l处的电流；
将第1组样本数据至第Nk组样本数据，依次判断是否符合微电网约束条件，即火力发电有功约束、火力发电无功约束、节点电压约束和支路电流约束，统计不符合微电网约束条件的样本数量为N1，符合微电网约束条件的样本数量为N2，N1+N2＝Nk。
3.根据权利要求1所述的计及直接负荷控制下电气耦合系统可靠性评估方法，其特征在于：
步骤2中所述的建立直接负荷控制可用度模型具体步骤如下：
提出负荷直接负荷控制可用度模型来描述节点u处电负荷采取直接负荷控制时负荷功率可削减量占负荷原始功率大小的百分比，直接负荷控制可用度大小为：
DACu＝αuβu
其中，DACu为节点u处电负荷直接负荷控制的可用度，αu为节点u处负荷用户舒适度设定系数αu，βu为节点u处负荷控制预处理提前通知时长系数；
步骤2中所述中对节点电负荷进行直接负荷控制具体步骤如下：
计算微电网各节点电负荷直接负荷控制可用度DACu，对不符合微电网约束条件的的N1组样本数据中进行直接负荷控制，减低节点负荷功率，具体步骤如下：
对于不符合微电网约束条件的第yz个样本，z∈[1,N1]，将节点u处负荷按照其可用度DACu从大到小依次进行直接负荷控制，首先对可用度最大的电负荷在其可用度范围内按一定比例进行负荷控制减低其负荷大小，其次对可用度第二大的电负荷其可用度范围内进行负荷控制减低其负荷大小，以此类推，直至满足步骤1约束条件，并记录每个故障样本各节点电负荷实际负荷控制量和不符合微电网约束条件的N1个样本中节点u处电负荷进行直接负荷控制的次数yu，yu∈[0,N1]。
4.根据权利要求1所述的计及直接负荷控制下电气耦合系统可靠性评估方法，其特征在于：
步骤3中所述计算直接负荷控制利用概率和直接负荷控制可控容量利用率具体步骤如下：
直接负荷控制利用概率：
其中，DUPu为节点u处直接负荷控制概率，yu为第u节点进行直接负荷控制次数；
直接负荷控制可控容量利用率：
其中，DACUu节点u处电负荷直接负荷控制概率，第yz组样本中节点u实际负荷控制量，DACu为节点u处电负荷直接负荷控制的可用度，为第yz组样本中节点u处的原始电负荷。
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