CN110707712B - 一种考虑需求响应的微电网供电可靠性分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种考虑需求响应的微电网供电可靠性分析方法，涉及电力系统运行的负荷削减控制技术领域。本发明步骤如下：步骤1：数据初始化；步骤2：选取故障元件的工作时间，并开始累计系统运行时间；步骤3：获取故障元件的位置，利用故障遍历搜索，负荷分类；步骤4：判断是否为d类负荷；若不是d类负荷，则累计停电时间；若是d类负荷，则采用孤岛情况下负荷削减策略；步骤5：判断系统运行时间是否达到电力系统模拟时间y，若不是，则返回至步骤2；若是，则执行步骤6；步骤6：计算系统的可靠性指标。本方法减少了负荷的停电时间，提高了微电网供电的可靠性。

Description

一种考虑需求响应的微电网供电可靠性分析方法

技术领域

本发明涉及电力系统运行的负荷削减控制技术领域，尤其涉及一种考虑需求响应的微电网供电可靠性分析方法。

背景技术

随着可再生能源及储能的快速发展，需求响应已成为由智能电网向能源互联网发展的关键因素。智能电网强调用户主动参与电网的运行管理，实现电网与用户之间电能和信息的灵活双向互动。需求响应作为智能电网的重要组成部分，能够响应电价信号或激励机制并调整用电模式，实现电网的削峰填谷和促进分布式电源的消纳。同时，需求响应作为一类虚拟可控资源，能够将需求侧作为发电端的可替代资源加以利用。传统电力系统的调度方式仅仅考虑电源侧对系统带来的影响，而需求响应使得电网管理者可以从用户端来优化电力系统的运行。

目前针对微电网可靠性评估研究较多，提出了不同的微电网可靠性评估算法。然而，所提出的可靠性评估算法大多针对新能源对微电网可靠性的影响，而针对在微电网中考虑需求响应对微电网可靠性影响的研究较少。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种考虑需求响应的微电网供电可靠性分析方法，本方法减少了负荷的停电时间，提高了微电网供电的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

本发明提供一种考虑需求响应的微电网供电可靠性分析方法，包括如下步骤：

步骤1：数据初始化，设定电力系统模拟时间y，并初始化系统运行时间e＝0；

步骤2：随机产生与电力系统中元件数量总数一致的随机数λ₁,λ₂,...,λ_n，得到元件无故障工作时间

元件的故障修复时间为

选取T_TF最小的元件作为故障元件的工作时间，则系统运行时间为T＝min(T_TF)，并开始累计系统运行时间；其中，λ为(0,1)间的随机数，ω为各元件的故障率，x为(0,1)间的随机数，μ为各元件的修复率；

步骤3：根据电力系统中所有故障元件的位置，利用故障遍历搜索，分析故障元件对负荷的影响，将负荷分为a类、b类、c类、d类；其中a类负荷为不受故障影响的负荷，为不停电负荷；b类负荷为故障隔离后，可恢复供电的负荷；c类负荷为故障修复后，可恢复供电的负荷；d类负荷为孤岛情况下可削减负荷；

步骤4：判断是否为d类负荷；若不是d类负荷，则累计停电时间；若是d类负荷，则采用孤岛情况下负荷削减策略；

步骤5：判断系统运行时间是否达到电力系统模拟时间y，若不是，则返回至步骤2；若是，则执行步骤6；

步骤6：计算系统的可靠性指标；其中系统的可靠性指标包括：

a.运行稳定率：

式中，R_OS表示运行稳定率，T_s表示停电时间，T表示系统运行时间；

b.电负荷未供应期望：

E＝p_e(t)C_e(t)

式中，E表示电负荷未供应期望，p_e(t)表示系统出现电负荷削减状态的概率，C_e(t)表示当前时段t用户电负荷削减量；

c.储能设备对电负荷未供应期望的贡献系数：

式中，E₀和E₁分别代表储能设备启动前和启动后的电负荷未供应期望值，CP为储能设备对电负荷未供应期望的贡献系数。

所述步骤4中的孤岛情况下负荷削减策略包括以下步骤：

步骤4.1：初始化孤岛运行时间t＝1，获取孤岛运行时储能设备的剩余容量Q_re(t)；

步骤4.2：根据负荷曲线，计算t时段内微电网的电负荷P_L(t)；根据t时段内风速，通过风电机组功率与风速关系特性曲线表达式，得到风电机组出力P_W(t)；对于出力稳定的燃气轮机，其输出功率即为额定功率P_G(t)；

步骤4.3：根据当前时段t风电机组出力P_W(t)，燃气轮机电出力P_G(t)和电负荷P_L(t)，判断在孤岛状态下当前时段t的电出力是否满足电负荷P_L(t)的需求；若满足，则孤岛负荷不停电，将多余的风电转化为能量存储在储能设备中，储能设备充电Q_in(t)，更新当前时段储能设备剩余容量Q_re(t)＝Q_re(t)+Q_in(t)，并跳转至步骤4.9；若不满足，则执行步骤4.4；

确定满足电负荷需求的标志为：

式中，W_L＝1时表示满足当前时段t的电负荷需求，W_L＝0时表示不满足当前时段t的电负荷需求；

步骤4.4：当W_L＝0时，储能设备放电；判断与储能设备联合供能是否满足当前时段t的电负荷需求，若满足，则执行步骤4.5；若不满足，则执行步骤4.6；

满足电负荷需求的标志为：

式中，U_t＝1时表示可以满足当前时段t的电负荷需求，U_t＝0时表示不满足当前时段t的电负荷需求；P_M(t)为当前时段t储能设备的最大出力；

步骤4.5：如果U_t＝1时，孤岛负荷不停电；计算当前时段t储能设备的可用时间T_S(t)：判断储能设备的电量是否能供应孤岛期间的电负荷，若能供应，则执行步骤4.9；若不能供应，则执行步骤4.6；

判断条件为：

式中，V_t＝1时表示储能设备的电量可以供应孤岛期间的电负荷，V_t＝0时表示储能设备的电量不能供应孤岛期间的电负荷；

步骤4.6：计算当前时段t的计算负荷削减量C_e(t)，并将削减负荷信号传送给用户；其中，当前时段t的计算负荷削减量C_e(t)为：

C_e(t)＝P_L(t)-P_G(t)-P_W(t)-P_M(t)

步骤4.7：计算参与需求响应用户负荷削减优先级评价指标M_i，M_i值越大，负荷削减优先级越高；根据M_i值的优先级依次对相应需求响应用户i的负荷进行削减；判断

是否成立，若成立，则执行步骤4.9；若不成立，则执行步骤4.8；

其中优先级评价指标

其中C_e,i(t)为当前时段t参与需求响应用户i的负荷削减量，i∈(1,m)，m表示需求响应用户的总数；

步骤4.8：若

则对未参与需求响应的用户采取强制切负荷措施，直至满足

然后进行步骤4.9；

步骤4.9：判断当前时段t是否小于故障修复时间T_re；若t<T_re，则t＝t+1，并执行步骤4.2；若t≥T_re，则执行步骤5。

所述步骤4.5中储能设备的可用时间T_S(t)的计算公式如下：

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种考虑需求响应的微电网供电可靠性分析方法，本发明针对风电发电机、燃气轮机和储能装置所组成的微电网，基于负荷分块思想，提出了孤岛情况下的负荷削减策略。通过负荷削减策略引导用户调整用电方式，实现“源—荷”之间的互动，有效改善了微电网电负荷未供应的情况，从而提高微电网的供电可靠性，弥补了现有的微电网可靠性分析方法的不足，减少了负荷的停电时间，提高了微电网供电的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电网供电可靠性分析方法流程图；

图2为本发明实施例提供的孤岛情况下负荷削减策略流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本实施例的方法如下所述。

本发明提供一种考虑需求响应的微电网供电可靠性分析方法，包括如下步骤：

步骤1：数据初始化，设定电力系统模拟时间y，并初始化系统运行时间e＝0；

步骤2：随机产生与电力系统中元件数量总数一致的随机数λ₁,λ₂,...,λ_n，得到元件无故障工作时间

元件的故障修复时间为

选取T_TF最小的元件作为故障元件的工作时间，则系统运行时间为T＝min(T_TF)，并开始累计系统运行时间；其中，λ为(0,1)间的随机数，ω为各元件的故障率，x为(0,1)间的随机数，μ为各元件的修复率；

步骤3：根据电力系统中所有故障元件的位置，利用故障遍历搜索，分析故障元件对负荷的影响，将负荷分为a类、b类、c类、d类；其中a类负荷为不受故障影响的负荷，为不停电负荷；b类负荷为故障隔离后，可恢复供电的负荷，停电时间为故障隔离时间T_i；c类负荷为故障修复后，可恢复供电的负荷，停电时间为故障恢复时间T_re；d类负荷为孤岛情况下可削减负荷；

步骤4：判断是否为d类负荷；若不是d类负荷，则累计停电时间；若是d类负荷，则采用孤岛情况下负荷削减策略；

如图2所示，孤岛情况下负荷削减策略包括以下步骤：

步骤4.1：初始化孤岛运行时间t＝1，获取孤岛运行时储能设备的剩余容量Q_re(t)；

步骤4.2：根据负荷曲线，计算t时段内微电网的电负荷P_L(t)；根据t时段内风速，通过风电机组功率与风速关系特性曲线表达式，得到风电机组出力P_W(t)；对于出力稳定的燃气轮机，其输出功率即为额定功率P_G(t)；

步骤4.3：根据当前时段t风电机组出力P_W(t)，燃气轮机电出力P_G(t)和电负荷P_L(t)，判断在孤岛状态下当前时段t的电出力是否满足电负荷P_L(t)的需求；若满足，则孤岛负荷不停电，将多余的风电转化为能量存储在储能设备中，储能设备充电Q_in(t)，更新当前时段储能设备剩余容量Q_re(t)＝Q_re(t)+Q_in(t)，并跳转至步骤4.9；若不满足，则执行步骤4.4；

确定满足电负荷需求的标志为：

式中，W_L＝1时表示满足当前时段t的电负荷需求，W_L＝0时表示不满足当前时段t的电负荷需求；

步骤4.4：当W_L＝0时，储能设备放电；判断与储能设备联合供能是否满足当前时段t的电负荷需求，若满足，则执行步骤4.5；若不满足，则执行步骤4.6；

满足电负荷需求的标志为：

式中，U_t＝1时表示可以满足当前时段t的电负荷需求，U_t＝0时表示不满足当前时段t的电负荷需求；P_M(t)为当前时段t储能设备的最大出力；

步骤4.5：如果U_t＝1时，孤岛负荷不停电；计算当前时段t储能设备的可用时间T_S(t)：判断储能设备的电量是否能供应孤岛期间的电负荷，若能供应，则执行步骤4.9；若不能供应，则执行步骤4.6；

判断条件为：

式中，V_t＝1时表示储能设备的电量可以供应孤岛期间的电负荷，V_t＝0时表示储能设备的电量不能供应孤岛期间的电负荷；

所述储能设备的可用时间T_S(t)的计算公式如下：

步骤4.6：计算当前时段t的计算负荷削减量C_e(t)，并将削减负荷信号传送给用户；其中，当前时段t的计算负荷削减量C_e(t)为：

C_e(t)＝P_L(t)-P_G(t)-P_W(t)-P_M(t)

步骤4.7：计算参与需求响应用户负荷削减优先级评价指标M_i，M_i值越大，负荷削减优先级越高；根据M_i值的优先级依次对相应需求响应用户i的负荷进行削减；判断

是否成立，若成立，则执行步骤4.9；若不成立，则执行步骤4.8；

其中优先级评价指标

其中C_e,i(t)为当前时段t参与需求响应用户i的负荷削减量，i∈(1,m)，m表示需求响应用户的总数；

步骤4.8：若

则对未参与需求响应的用户采取强制切负荷措施，直至满足

然后进行步骤4.9；

步骤4.9：判断当前时段t是否小于故障修复时间T_re；若t<T_re，则t＝t+1，并执行步骤4.2；若t≥T_re，则执行步骤5。

步骤5：判断系统运行时间是否达到电力系统模拟时间y，若不是，则返回至步骤2；若是，则执行步骤6；

步骤6：计算系统的可靠性指标；其中系统的可靠性指标包括：

a.运行稳定率：

式中，R_OS表示运行稳定率，T_s表示停电时间，T表示系统运行时间；

b.电负荷未供应期望：

E＝p_e(t)C_e(t)

式中，E表示电负荷未供应期望，p_e(t)表示系统出现电负荷削减状态的概率，C_e(t)表示当前时段t用户电负荷削减量；

c.储能设备对电负荷未供应期望的贡献系数：

式中，E₀和E₁分别代表储能设备启动前和启动后的电负荷未供应期望值，CP为储能设备对电负荷未供应期望的贡献系数。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (2)

1.一种考虑需求响应的微电网供电可靠性分析方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：数据初始化，设定电力系统模拟时间y，并初始化系统运行时间e＝0；

步骤2：随机产生与电力系统中元件数量总数一致的随机数λ₁,λ₂,...,λ_n，得到元件无故障工作时间

元件的故障修复时间为

选取T_TF最小的元件作为故障元件的工作时间，则系统运行时间为T＝min(T_TF)，并开始累计系统运行时间；其中，λ为(0,1)间的随机数，ω为各元件的故障率，x为(0,1)间的随机数，μ为各元件的修复率；

步骤3：根据电力系统中所有故障元件的位置，利用故障遍历搜索，分析故障元件对负荷的影响，将负荷分为a类、b类、c类、d类；其中a类负荷为不受故障影响的负荷，为不停电负荷；b类负荷为故障隔离后，可恢复供电的负荷；c类负荷为故障修复后，可恢复供电的负荷；d类负荷为孤岛情况下可削减负荷；

步骤4：判断是否为d类负荷；若不是d类负荷，则累计停电时间；若是d类负荷，则采用孤岛情况下负荷削减策略；

步骤5：判断系统运行时间是否达到电力系统模拟时间y，若不是，则返回至步骤2；若是，则执行步骤6；

步骤6：计算系统的可靠性指标；其中系统的可靠性指标包括：

a.运行稳定率：

式中，R_OS表示运行稳定率，T_s表示停电时间，T表示系统运行时间；

b.电负荷未供应期望：

E＝p_e(t)C_e(t)

式中，E表示电负荷未供应期望，p_e(t)表示系统出现电负荷削减状态的概率，C_e(t)表示当前时段t用户电负荷削减量；

c.储能设备对电负荷未供应期望的贡献系数：

式中，E₀和E₁分别代表储能设备启动前和启动后的电负荷未供应期望值，CP为储能设备对电负荷未供应期望的贡献系数；

所述步骤4中的孤岛情况下负荷削减策略包括以下步骤：

步骤4.1：初始化孤岛运行时间t＝1，获取孤岛运行时储能设备的剩余容量Q_re(t)；

步骤4.2：根据负荷曲线，计算t时段内微电网的电负荷P_L(t)；根据t时段内风速，通过风电机组功率与风速关系特性曲线表达式，得到风电机组出力P_W(t)；对于出力稳定的燃气轮机，其输出功率即为额定功率P_G(t)；

步骤4.3：根据当前时段t风电机组出力P_W(t)，燃气轮机电出力P_G(t)和电负荷P_L(t)，判断在孤岛状态下当前时段t的电出力是否满足电负荷P_L(t)的需求；若满足，则孤岛负荷不停电，将多余的风电转化为能量存储在储能设备中，储能设备充电Q_in(t)，更新当前时段储能设备剩余容量Q_re(t)＝Q_re(t)+Q_in(t)，并跳转至步骤4.9；若不满足，则执行步骤4.4；

确定满足电负荷需求的标志为：

式中，W_L＝1时表示满足当前时段t的电负荷需求，W_L＝0时表示不满足当前时段t的电负荷需求；

步骤4.4：当W_L＝0时，储能设备放电；判断与储能设备联合供能是否满足当前时段t的电负荷需求，若满足，则执行步骤4.5；若不满足，则执行步骤4.6；

满足电负荷需求的标志为：

式中，U_t＝1时表示可以满足当前时段t的电负荷需求，U_t＝0时表示不满足当前时段t的电负荷需求；P_M(t)为当前时段t储能设备的最大出力；

步骤4.5：如果U_t＝1时，孤岛负荷不停电；计算当前时段t储能设备的可用时间T_S(t)：判断储能设备的电量是否能供应孤岛期间的电负荷，若能供应，则执行步骤4.9；若不能供应，则执行步骤4.6；

判断条件为：

式中，V_t＝1时表示储能设备的电量可以供应孤岛期间的电负荷，V_t＝0时表示储能设备的电量不能供应孤岛期间的电负荷；

步骤4.6：计算当前时段t的计算负荷削减量C_e(t)，并将削减负荷信号传送给用户；其中，当前时段t的计算负荷削减量C_e(t)为：

C_e(t)＝P_L(t)-P_G(t)-P_W(t)-P_M(t)

步骤4.7：计算参与需求响应用户负荷削减优先级评价指标M_i，M_i值越大，负荷削减优先级越高；根据M_i值的优先级依次对相应需求响应用户i的负荷进行削减；判断

是否成立，若成立，则执行步骤4.9；若不成立，则执行步骤4.8；

其中优先级评价指标

其中C_e,i(t)为当前时段t参与需求响应用户i的负荷削减量，i∈(1,m)，m表示需求响应用户的总数；

步骤4.8：若

则对未参与需求响应的用户采取强制切负荷措施，直至满足

然后进行步骤4.9；

步骤4.9：判断当前时段t是否小于故障修复时间T_re；若t<T_re，则t＝t+1，并执行步骤4.2；若t≥T_re，则执行步骤5。

2.根据权利要求1所述的一种考虑需求响应的微电网供电可靠性分析方法，其特征在于：所述步骤4.5中储能设备的可用时间T_S(t)的计算公式如下：

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