一种工业用户型光储微网的可靠性优化方法

技术领域

本发明涉及光储微网领域，具体的是一种工业用户型光储微网的可靠性优化方法。

背景技术

随着工业用户型微网的发展，包括光伏、储能等用户侧电源的类型和容量逐渐增多，已成为分析用电可靠性不容忽视的因素，其影响主要体现在以下方面：

1、光伏的接入为用户提供了多种可选的获取电能的途径，从用电的连续性来看，分布式电源可减少负荷的停电时间，提高用户的用电可靠性，从运行的角度来看，由于分布式电源的运行方式具有高度的不确定性，因此对于微网用电可靠性的改善程度有限；

2、储能系统在改善电能质量、提高用电可靠性、削峰填谷以及维持电网稳定运行方面具有重要作用。

现有技术较少考虑在工业用户型微网条件下储能、分布式电源联合供电的策略方法，也较少考虑该条件下对工业用户型微网可靠性进行合理评估，在实际应用中工业用户型微网的可靠性较低。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种工业用户型光储微网的可靠性优化方法，解决了在实际应用中工业用户型微网的可靠性较低的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种工业用户型光储微网的可靠性优化方法，包括以下步骤：

步骤1、建立工业用户型微网元件停运模型；

步骤2、建立工业用户型微网元件可靠性指标；

步骤3、建立工业用户型微网可靠性模型及故障模式影响分析；

步骤4、建立孤岛模式下工业用户型微网光储交互策略。

进一步地，所述步骤1中建立工业用户型微网元件停运模型的构造方法为：

元件的状态分为两种，包括工作运行状态与故障停运状态，建立元件平均停运时间与修复时间：

式中：MTTR为元件停运后的平均修复时间；MTTF为元件保持正常运行状态的时间，λ为元件停运率，次/年；μ为元件停运修复率，次/年：

当元件正常运行一段时间后出现故障导致停运，故障修复后继续正常运行，对具体元件进行抽样，建立元件停运和故障：

式中：TTF表示元件保持正常运行状态的时间，TTR表示元件故障后的修复时间，R

进一步地，所述步骤2中的建立工业用户型微网元件可靠性指标包括：

1)系统平均停电频率SAIFI，单位为次/户·年：

2)系统平均停电持续时间SAIDI，单位为h/户·年：

式中：U

3)平均供电可用度ASAI，单位为％：

4)系统电量不足期望EENS，单位为MWh/年：

EENS＝系统总电量不足期望＝∑L

式中：L

进一步地，所述步骤3中的建立工业用户型微网可靠性模型及故障模式影响分析的具体策略方法为：

步骤301：对工业用户型微电网进行假设，建立辐射状微网结构，包括：

1)微电网内部网络拓扑结构为辐射状；

2)继电保护装置和开关设备完全可靠；

3)断路器的两端安装隔离开关，用于故障隔离和供电恢复，熔断器安装在每个负荷侧的始端；

4)只考虑系统发生一阶故障，不考虑多重故障和瞬时故障；

步骤302：根据微网的拓扑结构，对开关节点进行编码，进而转化全部馈线区；

步骤303：当系统内某个元件发生故障时，根据工业用户型微网辐射状运行的特点，考虑各馈线区受故障影响的不同，工业用户型微网分为几个区域并建立FMEA表。

进一步地，所述步骤4中建立孤岛模式下工业用户型微网光储交互策略的构造方法为：

1)建立孤岛模式负荷削减模型

储能在孤岛运行时作为备用电源使用，判断负荷不再削减的条件是光伏出力后的负荷功率小于储能电池额定功率，计算公式为：

P

式中：P

当t时刻该约束条件不满足的时候，需要对负荷进行削减，负荷削减的原则是：

(1)在储能的额定功率之内，应保证供电范围最大，为更多负荷点供电；

(2)对于负荷较高的负荷点，减少削减的用户数量；

(3)负荷削减之后，故障时间内不再对其进行供电；

由此得到，负荷削减的目标函数为：

式中：N

2)建立储能可靠性模型

当工业用户型微网故障时，储能作为一个稳定的备用电源为缺电负荷进行供电，最大程度地减少停电时间与停电范围，提高工业用户型微网可靠性；

根据储能与孤岛负荷的关系可知，储能的功率决定了供电负荷的范围，而储能的剩余电量决定了供电的时长，设P

(1)储能功率大于缺额功率，负荷不削减，供电范围为整个孤岛，对储能放电后的SOC进行计算：

(a)若高于SOC

(b)若低于SOC

(2)储能功率小于缺额功率，进行负荷削减，供电范围为负荷削减后区域，对储能放电后的SOC进行计算：

(a)若高于SOC

(b)若低于SOC

3)建立孤岛模式下光储交互策略

储能系统的容量为备用容量，且在孤岛初始时刻为满容量状态，光伏、储能出力都以1h为出力间隔，在出力间隔内功率保持恒定；

步骤1：获取光伏出力P

步骤2：判断此时孤岛功率平衡，若P

步骤3：计算功率缺额与储能额定功率大小，若P

步骤4：此时P

步骤5：判断故障是否已经恢复，若未恢复，t＝t+1，转向步骤1；若已恢复，孤岛模式解除2.3.4时序蒙特卡洛可靠性评估流程；

当工业用户型微网发生故障后，运用孤岛模式下的储能、光伏的交互策略，建立FMEA表，获得可靠性指标。

本发明的有益效果：

本发明对工业用户型微网的可靠性指标进行分析，制定了孤岛模式下工业用户型微网光储交互策略，提高了工业用户型微网的可靠性。

同时，储能可以改善光伏的出力质量，同时可以提高光伏并网的稳定性和可靠性，减少对大电网的冲击，在电力系统中发挥着调峰、电压补偿、频率调节、提供不间断电源等作用，可有效提升用电可靠性水平。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明元件两状态模型示意图；

图2是本发明元件的故障和修复过程示意图；

图3是本发明辐射状微网结构示意图；

图4是本发明辐射状微网馈线分区图；

图5是本发明工业用户型微网的可靠性评估流程示意图。

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。

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

一种工业用户型光储微网的可靠性优化方法，包括以下步骤：

步骤1、建立工业用户型微网元件停运模型；

步骤2、建立工业用户型微网元件可靠性指标；

步骤3、建立工业用户型微网可靠性模型及故障模式影响分析；

步骤4、建立孤岛模式下工业用户型微网光储交互策略。

如图1所示，元件的状态可分为两种，包括工作运行状态与故障停运状态，建立元件平均停运时间与修复时间：

式中：MTTR为元件停运后的平均修复时间；MTTF为元件保持正常运行状态的时间。λ为元件停运率，次/年；μ为元件停运修复率，次/年：

当元件正常运行一段时间后会出现故障导致停运，故障修复后继续正常运行，如图2所示，对具体元件进行抽样，建立元件停运和故障：

式中：TTF表示元件保持正常运行状态的时间，TTR表示元件故障后的修复时间，R

建立工业用户型微网元件的可靠性指标包括：

1)系统平均停电频率SAIFI，单位为次/户·年：

2)系统平均停电持续时间SAIDI，单位为h/户·年：

式中：U

3)平均供电可用度ASAI，单位为％：

4)系统电量不足期望EENS，单位为MWh/年：

EENS＝系统总电量不足期望＝∑L

式中：L

建立工业用户型微网可靠性模型及故障模式影响分析具体策略方法为：

步骤301：对工业用户型微电网进行假设，建立辐射状微网结构，如图3所示，包括：

1)微电网内部网络拓扑结构为辐射状；

2)继电保护装置和开关设备完全可靠，且由于故障发生后保护装置动作非常快，在可靠性评估中忽略了保护装置的动作时间；

3)断路器的两端安装有隔离开关，用于故障隔离和供电恢复，熔断器安装在每个负荷侧的始端；

4)只考虑系统发生一阶故障，不考虑多重故障和瞬时故障。

步骤302：根据微网的拓扑结构，对开关节点进行编码，进而转化全部馈线区，如图4所示。

步骤303：当系统内某个元件发生故障时，根据工业用户型微网辐射状运行的特点，考虑各馈线区受故障影响的不同，工业用户型微网可以分为几个区域并建立FMEA表。

建立孤岛模式下工业用户型微网光储交互策略，构造方法为：

1)建立孤岛模式负荷削减模型

储能在孤岛运行时作为备用电源使用，所以本文判断负荷不再削减的条件是光伏出力后的负荷功率小于储能电池额定功率，计算公式为：

P

式中：P

当t时刻该约束条件不满足的时候，需要对负荷进行削减，负荷削减的原则是：

(1)在储能的额定功率之内，应保证供电范围最大，即为尽量多的负荷点供电；

(2)对于负荷较高的负荷点，尽量减少削减的用户数量；

(3)负荷削减之后，故障时间内不再对其进行供电。

由此得到，负荷削减的目标函数为：

式中：N

2)建立储能可靠性模型

本节考虑当工业用户型微网故障时，储能可以作为一个稳定的备用电源为缺电负荷进行供电，最大程度地减少停电时间与停电范围，提高工业用户型微网可靠性。

根据储能与孤岛负荷的关系可知，储能的功率决定了供电负荷的范围，而储能的剩余电量决定了供电的时长，设P

(1)储能功率大于缺额功率，负荷不削减，供电范围为整个孤岛，对储能放电后的SOC进行计算：

(a)若高于SOC

(b)若低于SOC

(2)储能功率小于缺额功率，根据3.3.2节进行负荷削减，供电范围为负荷削减后区域，对储能放电后的SOC进行计算：

(a)若高于SOC

(b)若低于SOC

3)建立孤岛模式下光储交互策略

为了方便分析，在本章的可靠性分析中储能系统的容量为备用容量，且在孤岛初始时刻为满容量状态。光伏、储能出力都以1h为出力间隔，且在出力间隔内功率保持恒定。

步骤1：获取光伏出力P

步骤2：判断此时孤岛功率平衡，若P

步骤3：计算功率缺额与储能额定功率大小，若P

步骤4：此时P

步骤5：判断故障是否已经恢复，若未恢复，t＝t+1，转向步骤1；若已恢复，孤岛模式解除2.3.4时序蒙特卡洛可靠性评估流程。

当工业用户型微网发生故障后，运用孤岛模式下的储能、光伏的交互策略，建立FMEA表，获得可靠性指标。

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。