CN113725877A - 一种区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法，包括：S1、获取区域自治电网的网架结构、节点电源和负荷的时序数据、储能和电力线路的建设加固成本数据；S2、建立区域自治电网自治能力和经济性评估指标体系；S3、建立极端事件下保障重要负荷可靠供电的储能配置与线路加固优化模型；S4、建立优化模型的求解算法；S5、建立典型的极端事件故障场景，求解得到各个典型故障场景下的储能配置和线路加固方案；S6、计算S5中各个方案的区域自治能力及经济性指标，进行对比、分析，根据要求选取最优方案。解决了针对区域自治电网自治能力评估指标片面不全面，考虑的故障场景简单理想，采用的保障可靠供电方案成本高不宜推广的问题。

Description

一种区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法
技术领域
本发明属于配电网配置规划领域，具体涉及一种区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法。
背景技术
台风、地震等发生概率较小但造成灾害极大的极端事件对电网造成了严重的破坏，带来了巨大的经济损失。针对极端事件引起的电网故障，传统的电力系统“三道防线”(指依靠电网快速保护、预防控制、稳定控制、失步解列和电压频率紧急控制等手段对故障进行应对的策略)和“N-1”安全性判断准则(正常运行方式下电力系统中任意一元件因故障断开后，电力系统应能保持稳定运行和正常供电，其他元件不过负荷，电压和频率均在允许范围之内)已经不再适用，电网可靠性由于更加强调大平均特性也不能充分的解释和描述极端事件的特征。因此，区域自治电网的概念开始被提出，相应的区域自治能力也被定义为“电网在极端事件下减少故障造成的损失、维持尽可能高的运行功能并尽快恢复到正常供电状态的能力”。
目前，针对区域自治电网自治能力评估分析的研究较少，且建立的评估指标较为片面，主要以电网的负荷曲线缺失面积为主，不能多维度体现区域自治电网的鲁棒性和迅速性等特点，同时也缺乏对经济性指标的考虑。此外，现有研究中考虑的故障场景比较简单和理想，采用的以线路加固为主的保障可靠供电方案具有成本高、不宜推广等问题。
针对上述提出的问题，现设计一种区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法，有效解决评估中指标不全面、场景不合理、模型不通用等问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法，解决了现有技术中针对区域自治电网自治能力评估指标片面不全面，考虑的故障场景简单理想，采用的保障可靠供电方案成本高不宜推广的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法，包括如下步骤：
S1、获取区域自治电网的网架结构、节点电源和负荷的时序数据、储能和电力线路的建设加固成本数据；
S2、建立区域自治电网自治能力和经济性评估指标体系；
S3、建立极端事件下保障重要负荷可靠供电的储能配置与线路加固优化模型；
S4、建立优化模型的求解算法；
S5、建立典型的极端事件故障场景，求解得到各个典型故障场景下的储能配置和线路加固方案；
S6、计算S5中各个方案的区域自治能力及经济性指标，进行对比、分析，根据要求选取最优方案。
所述S2包括如下步骤：
S2.1、选定区域自治电网的系统性能函数；
Figure BDA0003237357940000021
S2.2、从鲁棒性和迅速性两个方面出发建立自治能力评估指标；
Figure BDA0003237357940000031
Figure BDA0003237357940000032
Rdeg＝R0-Rpd④
Tdo＝tor-tee⑤
Figure BDA0003237357940000033
S2.3、在前述基础上建立经济性成本评估指标；
Figure BDA0003237357940000034
所述S3中保障重要负荷可靠供电的两阶段鲁棒优化模型为：
Figure BDA0003237357940000035
所述S4的求解算法具体包括如下步骤：
S4.1、初始化线路故障状态、问题上下界UB和LB、误差ε和迭代次数k；
S4.2、对阶段一模型进行优化求解；
S4.3、将
Figure BDA0003237357940000036
输入阶段二模型，进行优化求解；
S4.4、判断是否满足收敛条件，若满足，则输出储能配置和线路加固方案，结束计算；若不满足，则循环S4.2—S4.4。
进一步的，公式①中，Rop(t)表示极端事件发生后系统的性能函数，这里选择采用失负荷水平；toe为极端事件发生、性能函数开始下降的时刻，tor为极端事件结束、性能函数开始恢复的时刻；B表示区域电网内部所有节点的集合；wj为节点j处的负荷权重系数；
Figure BDA0003237357940000037
为节点j在t时段失去的有功负荷。
公式②—⑥均为区域自治电网的自治能力指标，其中公式②、③、④、⑤为鲁棒性指标，公式⑥为迅速性指标，R1s表示性能损失水平，Spd表示性能函数下降的速度，Rdeg表示性能函数下降的程度，Tdo表示降额运行持续时间，Sr表示系统恢复到正常状态的速度，R0表示未发生极端事件前系统的性能函数水平，Rpd表示性能函数下降到的最低值，tee表示性能函数下降到最低点、系统开始降额运行的时刻，Tor表示系统性能函数恢复到正常状态水平的时刻。
公式⑦为区域自治电网的经济性指标，COST表示系统运行综合成本；Ci，t表示第i个设备在t时段的单位功率运行成本系数，Pi，t表示第i个设备在t时段的功率。
进一步的，公式⑧中，
Figure BDA0003237357940000041
为线路加固的年投资成本；
Figure BDA0003237357940000042
为储能的年投资成本，
Figure BDA0003237357940000043
为负荷的年综合损失成本。
进一步的，
Figure BDA0003237357940000044
和
Figure BDA0003237357940000045
的计算公式如下：
Figure BDA0003237357940000046
Figure BDA0003237357940000047
Figure BDA0003237357940000048
Figure BDA0003237357940000049
公式⑨中，L表示区域电网内的所有线路集合；βL为线路加固资本回收系数；cL为单位长度线路加固成本；
Figure BDA00032373579400000410
为线路ij的长度，单位km；hij表示线路的加固状态，0表示不加固，1表示加固。
公式⑩和公式
Figure BDA00032373579400000411
中，
Figure BDA00032373579400000412
表示储能的设备成本，
Figure BDA00032373579400000413
表示储能的站址成本，
Figure BDA00032373579400000414
表示运行维护成本，cP表示储能的单位功率成本系数，cE表示单位容量成本系数，
Figure BDA00032373579400000415
为节点j的储能站址成本系数，com为储能的单位功率运行维护成本系数；
Figure BDA0003237357940000051
为节点j处安装的储能的额定功率
Figure BDA0003237357940000052
为节点j处安装的储能的额定容量；σj表示是否在节点j处安装储能，安装为1，不安装则为0。
公式
Figure BDA0003237357940000053
中，Nd为极端事件年平均发生次数；cs为单位失负荷成本系数。
进一步的，优化模型需要满足以下约束条件：
Figure BDA0003237357940000054
Figure BDA0003237357940000055
Figure BDA0003237357940000056
Figure BDA0003237357940000057
Figure BDA0003237357940000058
Figure BDA0003237357940000059
Figure BDA00032373579400000510
Figure BDA00032373579400000511
Figure BDA00032373579400000512
Figure BDA00032373579400000513
Figure BDA0003237357940000061
Figure BDA0003237357940000062
Figure BDA0003237357940000063
Figure BDA0003237357940000064
Figure BDA0003237357940000065
Figure BDA0003237357940000066
进一步的，公式
Figure BDA0003237357940000067
和公式
Figure BDA0003237357940000068
属于规划决策类约束，其中公式
Figure BDA0003237357940000069
为节点允许安装的储能额定功率和容量约束，
Figure BDA00032373579400000610
为节点j处允许安装的储能最大额定功率，
Figure BDA00032373579400000611
为节点j处—允许安装的储能最大容量，公式
Figure BDA00032373579400000612
是区域自治电网内允许安装的储能数量约束，NESS为允许安装的储能最大数量。
公式
Figure BDA00032373579400000613
属于系统运行类约束，其中公式
Figure BDA00032373579400000614
是节点有功功率、无功功率平衡约束，其中，i，j，s均为节点，且π(j)为节点j的上游节点集合，δ(j)为节点j的下游节点集合；Pij，t为t时段线路ij上的有功功率，Qij，t为t时段线路ij上的无功功率；
Figure BDA00032373579400000615
为t时段节点j上电源注入的有功功率，
Figure BDA00032373579400000616
为t时段节点j上电源注入的无功功率；
Figure BDA00032373579400000617
为t时段节点j处储能输出的有功功率，
Figure BDA00032373579400000618
为t时段节点j处储能输出的无功功率；
Figure BDA00032373579400000619
为t时段节点j处未发生故障时的有功负荷，
Figure BDA00032373579400000620
为t时段节点j处未发生故障时的无功负荷；
Figure BDA00032373579400000621
为t时段节点j处失去的有功负荷，
Figure BDA0003237357940000071
为t时段节点j处失去的无功负荷。
公式
Figure BDA0003237357940000072
是电压松弛约束，Vi，t为t时段节点i的电压值，Vj，t为t时段节点j的电压值；V0为额定电压值；zij，t为t时段线路ij的开合状态，线路闭合时为1，线路断开时为0；rij和xij分别为线路ij的电阻值和电抗值；M为一个大于线路ij首末节点电压差值的常数。
公式
Figure BDA0003237357940000073
是线路潮流约束，其中
Figure BDA0003237357940000074
为线路ij的最大传输容量。
公式
Figure BDA0003237357940000075
是节点失负荷约束。
公式
Figure BDA0003237357940000076
是节点电源注入有功、无功功率约束，其中
Figure BDA0003237357940000077
为节点j上电源的最大注入有功，
Figure BDA0003237357940000078
为节点j上电源的最大注入无功。
公式
Figure BDA0003237357940000079
是节点电压约束，其中
Figure BDA00032373579400000710
为节点j处电压的最大值，
Figure BDA00032373579400000711
为节点j处电压的最小值。
公式
Figure BDA00032373579400000712
是储能放电功率约束。
公式
Figure BDA00032373579400000713
是储能荷电状态约束，其中SOCmin为储能荷电状态的最小值，SOCmax为储能荷电状态的最大值；
Figure BDA00032373579400000714
为t时段节点j处储能的剩余电量。
公式
Figure BDA00032373579400000715
是储能电量平衡约束，其中ηd为储能的放电效率。
公式
Figure BDA00032373579400000716
是储能初始电量状态约束，其中
Figure BDA00032373579400000717
为极端事件发生前一时段节点j处储能的电量值，
Figure BDA00032373579400000718
为极端事件发生前一时段节点j处储能的荷电状态值。
公式
Figure BDA00032373579400000719
是正常运行阶段的线路故障状态约束，公式
Figure BDA00032373579400000720
是极端事件发生阶段的线路故障状态约束，公式
Figure BDA00032373579400000721
是电网降额运行阶段的线路故障状态约束，其中uij，t为t时段线路ij的故障状态，线路未发生故障时为1，发生故障时为0；tn为整个研究过程的开始时段；
Figure BDA00032373579400000722
为各子区域线路的最大故障数，公式
Figure BDA00032373579400000723
是线路开合状态约束。
进一步的，所述S5中典型故障场景如下：变电站全部失电、变电站部分母线停运、配电网中的部分馈线故障。
进一步的，所述S6中区域自治能力指标和经济性指标包括：重要负荷损失量、非重要负荷损失量、投资成本、年综合失负荷成本。
本发明的有益效果：
1、本发明提出的区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法，充分考虑了极端事件造成的电网故障的时空特性，从系统性能函数变化的幅度、速度和持续时间等多个角度全方面刻画了区域自治电网的鲁棒性和迅速性两大特点，并通过与经济性指标相结合实现了电网运行和规划两个层面的综合评估；
2、本发明提出的区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法，将储能配置和线路加固两种策略相协调，并考虑了极端事件下区域自治电网内部线路故障的不确定性，在极端事件发生期间保证重要负荷可靠供电的同时，降低了电网预防极端事件危害的投资预算，有效平衡了电网的区域自治能力和经济成本；
3、本发明提出的区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法，包含了指标建立、模型优化和经济性分析全部过程，可以针对极端事件下区域自治电网的多个典型故障场景进行保障可靠供电方案的区域自治能力和经济性指标双重评估分析，能够更加直观的获取各个方案的优劣势，更利于选取适合电网需求的保障可靠供电方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的整体评估分析方法流程图；
图2是本发明实施例的两阶段鲁棒优化配置模型的求解算法示意图；
图3是本发明实施例的改进IEEE33节点网架拓扑结构图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法，包括如下步骤：
S1、获取区域自治电网的网架结构、节点电源和负荷的时序数据、储能和电力线路的建设加固成本数据；
S2、建立区域自治电网自治能力和经济性评估指标体系；
S2.1、选定区域自治电网的系统性能函数；
Figure BDA0003237357940000091
公式①中，Rop(t)表示极端事件发生后系统的性能函数，这里选择采用失负荷水平；toe为极端事件发生、性能函数开始下降的时刻，tor为极端事件结束、性能函数开始恢复的时刻；B表示区域电网内部所有节点的集合；wj为节点j处的负荷权重系数；
Figure BDA0003237357940000092
为节点j在t时段失去的有功负荷。
S2.2、由于鲁棒性和迅速性更能直接有效地表征区域自治电网的自治能力，且易于量化计算，因此从鲁棒性和迅速性两个方面出发建立自治能力评估指标；
Figure BDA0003237357940000101
Figure BDA0003237357940000102
Rdeg＝R0-Rpd④
Tdo＝tor-tee⑤
Figure BDA0003237357940000103
公式②—⑥均为区域自治电网的自治能力指标，其中公式②、③、④、⑤为鲁棒性指标，公式⑥为迅速性指标，R1s表示性能损失水平，Spd表示性能函数下降的速度，Rdeg表示性能函数下降的程度，Tdo表示降额运行持续时间，Sr表示系统恢复到正常状态的速度，R0表示未发生极端事件前系统的性能函数水平，Rpd表示性能函数下降到的最低值，tee表示性能函数下降到最低点、系统开始降额运行的时刻，Tor表示系统性能函数恢复到正常状态水平的时刻。
S2.3、在前述基础上建立经济性成本评估指标；
Figure BDA0003237357940000104
公式⑦为区域自治电网的经济性指标，COST表示系统运行综合成本；Ci，t表示第i个设备在t时段的单位功率运行成本系数，Pi，t表示第i个设备在t时段的功率。
S3、建立极端事件下保障重要负荷可靠供电的储能配置与线路加固优化模型；
在区域自治电网模式下进行以保障重要负荷可靠供电为目标的储能配置和线路加固时，既要考虑电网的自治能力，又要考虑方案的经济性成本。因此，建立保障重要负荷可靠供电的两阶段鲁棒优化模型；
Figure BDA0003237357940000111
公式⑧中，
Figure BDA0003237357940000112
为线路加固的年投资成本；
Figure BDA0003237357940000113
为储能的年投资成本，
Figure BDA0003237357940000114
为负荷的年综合损失成本。其中
Figure BDA0003237357940000115
和
Figure BDA0003237357940000116
的计算公式如下：
Figure BDA0003237357940000117
Figure BDA0003237357940000118
Figure BDA0003237357940000119
Figure BDA00032373579400001110
公式⑨中，L表示区域电网内的所有线路集合；βL为线路加固资本回收系数；cL为单位长度线路加固成本；
Figure BDA00032373579400001111
为线路ij的长度，单位km；hij表示线路的加固状态，0表示不加固，1表示加固。
公式⑩和公式
Figure BDA00032373579400001112
中，
Figure BDA00032373579400001113
表示储能的设备成本，
Figure BDA00032373579400001114
表示储能的站址成本，
Figure BDA00032373579400001115
表示运行维护成本，cP表示储能的单位功率成本系数，CE表示单位容量成本系数，
Figure BDA00032373579400001116
为节点j的储能站址成本系数，com为储能的单位功率运行维护成本系数；
Figure BDA00032373579400001117
为节点j处安装的储能的额定功率
Figure BDA00032373579400001118
为节点j处安装的储能的额定容量；σj表示是否在节点j处安装储能，安装为1，不安装则为0。
公式
Figure BDA00032373579400001119
中，Nd为极端事件年平均发生次数；cs为单位失负荷成本系数。
模型需要满足以下约束条件：
Figure BDA00032373579400001120
Figure BDA00032373579400001121
Figure BDA0003237357940000121
Figure BDA0003237357940000122
Figure BDA0003237357940000123
Figure BDA0003237357940000124
Figure BDA0003237357940000125
Figure BDA0003237357940000126
Figure BDA0003237357940000127
Figure BDA0003237357940000128
Figure BDA0003237357940000129
Figure BDA00032373579400001210
Figure BDA00032373579400001211
Figure BDA0003237357940000131
Figure BDA0003237357940000132
Figure BDA0003237357940000133
公式
Figure BDA0003237357940000134
和公式
Figure BDA0003237357940000135
属于规划决策类约束，其中公式
Figure BDA0003237357940000136
为节点允许安装的储能额定功率和容量约束，
Figure BDA0003237357940000137
为节点j处允许安装的储能最大额定功率，
Figure BDA0003237357940000138
为节点j处—允许安装的储能最大容量，公式
Figure BDA0003237357940000139
是区域自治电网内允许安装的储能数量约束，NESS为允许安装的储能最大数量。
公式
Figure BDA00032373579400001310
属于系统运行类约束，其中公式
Figure BDA00032373579400001311
是节点有功功率、无功功率平衡约束，其中，i，j，s均为节点，且π(j)为节点j的上游节点集合，δ(j)为节点j的下游节点集合；Pij，t为t时段线路ij上的有功功率，Qij，t为t时段线路ij上的无功功率；
Figure BDA00032373579400001312
为t时段节点j上电源注入的有功功率，
Figure BDA00032373579400001313
为t时段节点j上电源注入的无功功率；
Figure BDA00032373579400001314
为t时段节点j处储能输出的有功功率，
Figure BDA00032373579400001315
为t时段节点j处储能输出的无功功率；
Figure BDA00032373579400001316
为t时段节点j处未发生故障时的有功负荷，
Figure BDA00032373579400001317
为t时段节点j处未发生故障时的无功负荷；
Figure BDA00032373579400001318
为t时段节点j处失去的有功负荷，
Figure BDA00032373579400001319
为t时段节点j处失去的无功负荷。
公式
Figure BDA00032373579400001320
是电压松弛约束，Vi，t为t时段节点i的电压值，Vj，t为t时段节点j的电压值；V0为额定电压值；zij，t为t时段线路ij的开合状态，线路闭合时为1，线路断开时为0；rij和xij分别为线路ij的电阻值和电抗值；M为一个大于线路ij首末节点电压差值的常数。
公式
Figure BDA0003237357940000141
是线路潮流约束，其中
Figure BDA0003237357940000142
为线路ij的最大传输容量。
公式
Figure BDA0003237357940000143
是节点失负荷约束。
公式
Figure BDA0003237357940000144
是节点电源注入有功、无功功率约束，其中
Figure BDA0003237357940000145
为节点j上电源的最大注入有功，
Figure BDA0003237357940000146
为节点j上电源的最大注入无功。
公式
Figure BDA0003237357940000147
是节点电压约束，其中
Figure BDA0003237357940000148
为节点j处电压的最大值，
Figure BDA0003237357940000149
为节点j处电压的最小值。
公式
Figure BDA00032373579400001410
是储能放电功率约束。
公式
Figure BDA00032373579400001411
是储能荷电状态约束，其中SOCmin为储能荷电状态的最小值，SOCmax为储能荷电状态的最大值；
Figure BDA00032373579400001412
为t时段节点j处储能的剩余电量。
公式
Figure BDA00032373579400001413
是储能电量平衡约束，其中ηd为储能的放电效率。
公式
Figure BDA00032373579400001414
是储能初始电量状态约束，其中
Figure BDA00032373579400001415
为极端事件发生前一时段节点j处储能的电量值，
Figure BDA00032373579400001416
为极端事件发生前一时段节点j处储能的荷电状态值。
公式
Figure BDA00032373579400001417
是正常运行阶段的线路故障状态约束，公式
Figure BDA00032373579400001418
是极端事件发生阶段的线路故障状态约束，公式
Figure BDA00032373579400001419
是电网降额运行阶段的线路故障状态约束，其中uij，t为t时段线路ij的故障状态，线路未发生故障时为1，发生故障时为0；tn为整个研究过程的开始时段；
Figure BDA00032373579400001420
为各子区域线路的最大故障数，公式
Figure BDA00032373579400001421
是线路开合状态约束。
S4、建立优化模型的求解算法，算法流程如图2所示；
为了求解步骤3中建立的两阶段鲁棒优化模型，建立求解算法如下：
S4.1、初始化线路故障状态、问题上下界UB和LB、误差ε和迭代次数k；
S4.2、对阶段一模型进行优化求解；
(1)、目标函数：
Figure BDA0003237357940000151
(2)、约束条件：
①、规划决策类约束：公式
Figure BDA0003237357940000152
和
Figure BDA0003237357940000153
②、系统运行类约束：公式
Figure BDA0003237357940000154
③、
Figure BDA0003237357940000155
(3)、输出：
Figure BDA0003237357940000156
(4)、更新下界：
Figure BDA0003237357940000157
S4.3、将
Figure BDA0003237357940000158
输入阶段二模型，进行优化求解；
(1)、目标函数：
Figure BDA0003237357940000159
(2)、约束条件：
①、系统运行类约束：公式
Figure BDA00032373579400001510
②、线路状态约束：公式
Figure BDA00032373579400001511
(3)、输出；
Figure BDA00032373579400001512
(4)、更新上界：
Figure BDA00032373579400001513
S4.4、判断是否满足收敛条件，若满足，则输出储能配置和线路加固方案，结束计算；若不满足，则循环S4.2—S4.4。
S5、建立典型的极端事件故障场景，求解得到各个典型故障场景下的储能配置和线路加固方案；
根据实际的电网结构和极端事件发生后线路产生的故障级别，建立典型故障场景如下：
(1)、变电站全部失电
①单个220kV变电站全部失电
②单个110kV变电站全部失电
(2)、变电站部分母线停运
(3)、配电网中的部分馈线故障
针对上述三种故障场景，分别计算得到相应的保障重要负荷可靠供电的储能配置和线路加固方案。
S6、计算S5中各个方案的区域自治能力及经济性指标，进行对比、分析，根据要求选取最优方案。
计算下列区域自治能力指标和经济性指标：
(1)、重要负荷损失量
(2)、非重要负荷损失量
(3)、投资成本(包括线路加固成本、储能投资成本、储能站址成本、储能日常运行维护成本)
(4)、年综合失负荷成本
本发明以改进的IEEE33节点配电网为实施例进行测试，配电网的网架结构如图3所示。在实施例中，设定电网的电压等级为10kV；研究的时间段为6：00–11：00，且8：00发生极端事件，时间间隔Δt为15min。通过实施例，展示了本发明通过所建立的优化模型和求解算法得到的储能配置和线路加固结果，计算对比了各个方案的区域自治能力和经济性指标。
实施例测试结果表明，当与配电网相连接的馈线发生故障停运时，若不新建与其他馈线的联络线，则仅采用储能配置方案时，投资成本为655.38万元，负荷损失量为32.066kW，负荷损失成本为40.082万元；同时采用线路加固和储能配置的方案时，投资成本为532.96万元，负荷损失量为31.979kW，负荷损失成本为39.974万元。若新建一条与其他馈线的联络线，由于线路传输容量约束，此时仍需要通过储能配置和线路加固等措施才能实现区域自治，但投资成本和负荷损失量均有所下降。上述结果验证了本发明所提评估分析方法的可行性和有效性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取区域自治电网的网架结构、节点电源和负荷的时序数据、储能和电力线路的建设加固成本数据；
S2、建立区域自治电网自治能力和经济性评估指标体系；
S3、建立极端事件下保障重要负荷可靠供电的储能配置与线路加固优化模型；
S4、建立优化模型的求解算法；
S5、建立典型的极端事件故障场景，求解得到各个典型故障场景下的储能配置和线路加固方案；
S6、计算S5中各个方案的区域自治能力及经济性指标，进行对比、分析，根据要求选取最优方案。
所述S2包括如下步骤：
S2.1、选定区域自治电网的系统性能函数；
Figure FDA0003237357930000011
S2.2、从鲁棒性和迅速性两个方面出发建立自治能力评估指标；
Figure FDA0003237357930000012
Figure FDA0003237357930000013
Rdeg＝R0-Rpd ④
Tdo＝tor-tee ⑤
Figure FDA0003237357930000021
S2.3、在前述基础上建立经济性成本评估指标；
Figure FDA0003237357930000022
所述S3中保障重要负荷可靠供电的两阶段鲁棒优化模型为：
Figure FDA0003237357930000023
所述S4的求解算法具体包括如下步骤：
S4.1、初始化线路故障状态、问题上下界UB和LB、误差ε和迭代次数k；
S4.2、对阶段一模型进行优化求解；
S4.3、将
Figure FDA0003237357930000024
输入阶段二模型，进行优化求解；
S4.4、判断是否满足收敛条件，若满足，则输出储能配置和线路加固方案，结束计算；若不满足，则循环S4.2-S4.4。
2.根据权利要求1所述的一种区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法，其特征在于，公式①中，Rop(t)表示极端事件发生后系统的性能函数，这里选择采用失负荷水平；toe为极端事件发生、性能函数开始下降的时刻，tor为极端事件结束、性能函数开始恢复的时刻；B表示区域电网内部所有节点的集合；wj为节点j处的负荷权重系数；
Figure FDA0003237357930000025
为节点j在t时段失去的有功负荷；
公式②-⑥均为区域自治电网的自治能力指标，其中公式②、③、④、⑤为鲁棒性指标，公式⑥为迅速性指标，R1s表示性能损失水平，Spd表示性能函数下降的速度，Rdeg表示性能函数下降的程度，Tdo表示降额运行持续时间，Sr表示系统恢复到正常状态的速度，R0表示未发生极端事件前系统的性能函数水平，Rpd表示性能函数下降到的最低值，tee表示性能函数下降到最低点、系统开始降额运行的时刻，Tor表示系统性能函数恢复到正常状态水平的时刻；
公式⑦为区域自治电网的经济性指标，COST表示系统运行综合成本；Ci，t表示第i个设备在t时段的单位功率运行成本系数，Pi，t表示第i个设备在t时段的功率。
3.根据权利要求1所述的一种区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法，其特征在于，公式⑧中，
Figure FDA0003237357930000031
为线路加固的年投资成本；
Figure FDA0003237357930000032
为储能的年投资成本，
Figure FDA0003237357930000033
为负荷的年综合损失成本。
4.根据权利要求3所述的一种区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法，其特征在于，
Figure FDA0003237357930000034
和
Figure FDA0003237357930000035
的计算公式如下：
Figure FDA0003237357930000036
Figure FDA0003237357930000037
Figure FDA0003237357930000038
Figure FDA0003237357930000039
公式⑨中，L表示区域电网内的所有线路集合；βL为线路加固资本回收系数；cL为单位长度线路加固成本；
Figure FDA00032373579300000310
为线路ij的长度，单位km；hij表示线路的加固状态，0表示不加固，1表示加固；
公式⑩和公式
Figure FDA00032373579300000317
中，
Figure FDA00032373579300000311
表示储能的设备成本，
Figure FDA00032373579300000312
表示储能的站址成本，
Figure FDA00032373579300000313
表示运行维护成本，cP表示储能的单位功率成本系数，cE表示单位容量成本系数，
Figure FDA00032373579300000314
为节点j的储能站址成本系数，com为储能的单位功率运行维护成本系数；
Figure FDA00032373579300000315
为节点j处安装的储能的额定功率
Figure FDA00032373579300000316
为节点j处安装的储能的额定容量；σj表示是否在节点j处安装储能，安装为1，不安装则为0；
公式
Figure FDA00032373579300000412
中，Nd为极端事件年平均发生次数；cs为单位失负荷成本系数。
5.根据权利要求4所述的一种区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法，其特征在于，优化模型需要满足以下约束条件：
Figure FDA0003237357930000041
Figure FDA0003237357930000042
Figure FDA0003237357930000043
Figure FDA0003237357930000044
Figure FDA0003237357930000045
Figure FDA0003237357930000046
Figure FDA0003237357930000047
Figure FDA0003237357930000048
Figure FDA0003237357930000049
Figure FDA00032373579300000410
Figure FDA00032373579300000411
Figure FDA0003237357930000051
Figure FDA0003237357930000052
Figure FDA0003237357930000053
Figure FDA00032373579300000523
Figure FDA0003237357930000054
Figure FDA0003237357930000055
Figure FDA0003237357930000056
6.根据权利要求5所述的一种区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法，其特征在于，公式
Figure FDA0003237357930000057
和公式
Figure FDA0003237357930000058
属于规划决策类约束，其中公式
Figure FDA0003237357930000059
为节点允许安装的储能额定功率和容量约束，
Figure FDA00032373579300000510
为节点j处允许安装的储能最大额定功率，
Figure FDA00032373579300000511
为节点j处-允许安装的储能最大容量，公式
Figure FDA00032373579300000512
是区域自治电网内允许安装的储能数量约束，NESS为允许安装的储能最大数量；
公式
Figure FDA00032373579300000513
属于系统运行类约束，其中公式
Figure FDA00032373579300000514
是节点有功功率、无功功率平衡约束，其中，i，j，s均为节点，且π(j)为节点j的上游节点集合，δ(j)为节点j的下游节点集合；Pij，t为t时段线路ij上的有功功率，Qij，t为t时段线路ij上的无功功率；
Figure FDA00032373579300000515
为t时段节点j上电源注入的有功功率，
Figure FDA00032373579300000516
为t时段节点j上电源注入的无功功率；
Figure FDA00032373579300000517
为t时段节点j处储能输出的有功功率，
Figure FDA00032373579300000518
为t时段节点j处储能输出的无功功率；
Figure FDA00032373579300000519
为t时段节点j处未发生故障时的有功负荷，
Figure FDA00032373579300000520
为t时段节点j处未发生故障时的无功负荷；
Figure FDA00032373579300000521
为t时段节点j处失去的有功负荷，
Figure FDA00032373579300000522
为t时段节点j处失去的无功负荷；
公式
Figure FDA0003237357930000061
是电压松弛约束，Vi，t为t时段节点i的电压值，Vj，t为t时段节点j的电压值；V0为额定电压值；zij，t为t时段线路ij的开合状态，线路闭合时为1，线路断开时为0；rij和xij分别为线路ij的电阻值和电抗值；M为一个大于线路jj首末节点电压差值的常数；
公式
Figure FDA0003237357930000062
是线路潮流约束，其中
Figure FDA0003237357930000063
为线路ij的最大传输容量；
公式
Figure FDA0003237357930000064
是节点失负荷约束；
公式
Figure FDA0003237357930000065
是节点电源注入有功、无功功率约束，其中
Figure FDA0003237357930000066
为节点j上电源的最大注入有功，
Figure FDA0003237357930000067
为节点j上电源的最大注入无功；
公式
Figure FDA0003237357930000068
是节点电压约束，其中
Figure FDA0003237357930000069
为节点j处电压的最大值，
Figure FDA00032373579300000610
为节点j处电压的最小值；
公式
Figure FDA00032373579300000611
是储能放电功率约束；
公式
Figure FDA00032373579300000612
是储能荷电状态约束，其中SOCmin为储能荷电状态的最小值，SOCmax为储能荷电状态的最大值；
Figure FDA00032373579300000613
为t时段节点j处储能的剩余电量；
公式
Figure FDA00032373579300000614
是储能电量平衡约束，其中ηd为储能的放电效率；
公式
Figure FDA00032373579300000615
是储能初始电量状态约束，其中
Figure FDA00032373579300000616
为极端事件发生前一时段节点j处储能的电量值，
Figure FDA00032373579300000621
为极端事件发生前一时段节点j处储能的荷电状态值；
公式
Figure FDA00032373579300000617
是正常运行阶段的线路故障状态约束，公式
Figure FDA00032373579300000618
是极端事件发生阶段的线路故障状态约束，公式
Figure FDA00032373579300000619
是电网降额运行阶段的线路故障状态约束，其中uij，t为t时段线路ij的故障状态，线路未发生故障时为1，发生故障时为0；tn为整个研究过程的开始时段；
Figure FDA00032373579300000622
为各子区域线路的最大故障数，公式
Figure FDA00032373579300000620
是线路开合状态约束。
7.根据权利要求1所述的一种区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法，其特征在于，所述S5中典型故障场景如下：变电站全部失电、变电站部分母线停运、配电网中的部分馈线故障。
8.根据权利要求1所述的一种区域自治电网模式保障可靠供电经济性评估分析方法，其特征在于，所述S6中区域自治能力指标和经济性指标包括：重要负荷损失量、非重要负荷损失量、投资成本、年综合失负荷成本。
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