[发明专利]一种工业用户型光储微网的可靠性优化方法

权利要求书

1.一种工业用户型光储微网的可靠性优化方法，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的一种工业用户型光储微网的可靠性优化方法，其特征在于，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，R₁和R₂的是位于[0,1]的随机数。

3.根据权利要求1所述的一种工业用户型光储微网的可靠性优化方法，其特征在于，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_i为负荷点i的年平均故障停电时间；

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_iU_i

式中：L_i为接入负荷点i的平均负荷，单位为MWh/户·年。

4.根据权利要求1所述的一种工业用户型光储微网的可靠性优化方法，其特征在于，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。

5.根据权利要求1所述的一种工业用户型光储微网的可靠性优化方法，其特征在于，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_L,t-P_PV,t≤P_BESS,t

式中：P_L,t为t时刻孤岛总负荷功率；P_PV,t为t时刻光伏出力；P_BESS,t为t时刻储能额定功率；

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_L为负荷点总数；P_L,i,t为孤岛第i个负荷点t时刻负荷值；X_i表示第i个负荷点是否被削减，若X_i＝0表示被削减，X_i＝1表示被保留；

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_t为t时刻孤岛功率缺额，储能出力间隔为1h，由此建立储能的孤岛供电可靠性模型：

(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_min，则储能可以保证孤岛该时段不停电；

(b)若低于SOC_min，储能剩余电量小于孤岛供电缺电量，储能在SOC＝SOC_min的时刻停止放电，该时段孤岛停电时间减少为：

(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_min，则储能可以保证供电范围内该时段不停电；

(b)若低于SOC_min，储能剩余电量小于供电范围缺电量，储能在SOC＝SOC_min的时刻停止放电，该时段供电范围停电时间减少为：

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_PV,t和孤岛内负荷总功率P_L,t；

步骤2：判断此时孤岛功率平衡，若P_PV,t≥P_L,t，则孤岛内负荷不停电，转向步骤5；若不满足，则转向步骤3；

步骤3：计算功率缺额与储能额定功率大小，若P_BESS,t≥P_L,t-P_PV,t，计算SOC_BESS,t与SOC_min大小，判断孤岛内负荷不停电或停电时间缩短，统计负荷点停电时间、次数以及缺额电量，转向步骤5；若不满足，转向步骤4；

步骤4：此时P_BESS,t≤P_L,t-P_PV,t，对负荷进行削减，选出最大供电范围，计算SOC_BESS,t与SOC_min大小，判断供电范围内负荷不停电或停电时间缩短，统计负荷点的停电时间、次数以及缺额电量，转向步骤5；

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。