基于微燃机-储能联合运行策略的微电网可靠性计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统评估领域，尤其涉及一种基于微燃机-储能联合运行策略的 微电网可靠性计算方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球范围内化石能源的枯竭和环境危机的爆发，分布式电源受到人们越来越 高的重视。分布式能源的资源丰富、清洁无污染、分布范围广阔，使其在微电网中有非常广 泛的应用。但是由于分布式电源具有可控性差、输出功率受环境影响、具有间歇性和随机性 等不足，在微电网中引入储能系统，能有效的维持微电网稳定运彳丁，提尚微电网可靠性，提 高分布式能源的利用率。
[0003] 储能系统作为微电网必不可少的关键设备，在微电网中主要负责平滑联络线功率 波动、削峰填谷及作为负荷备用等，其在微电网调度运行、提高可再生能源的接纳能力等方 面发挥着不可替代的作用。储能系统的投资成本受自身容量的直接影响，储能系统容量越 高，对系统可靠性的提升固然越大，但会使投资过高，而储能系统容量太小，微电网可靠性 又不会有太大提升。
[0004] 现有技术对于系统可靠性的处理存在如下缺点：其一，由于微电网中储能系统运 行策略较多，不同运行策略对微电网可靠性影响不同，现有技术没有分析不同策略对微电 网可靠性的影响，其二，随着微电网规模的扩大，储能系统也朝着大规模的趋势发展，其可 靠性也存在问题，现有技术没有考虑储能系统自身可靠性的影响。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是，提供一种基于微燃机-储能联合运行策略的微电网可靠性计算 方法，该发明不仅提供了一种基于微燃机-储能联合运行策略，还计及了储能系统自身可 靠性对微电网可靠性的影响；采用本发明不仅能提高微电网系统的可靠性；还能减小储能 系统容量配置需求，节约能源。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案，一种基于微燃机-储能联合运行 策略的微电网可靠性计算方法，包括以下步骤：
[0007] a :建立含风电机组的微电网缺额功率模型，采用微燃机-储能联合运行策略来平 衡缺额功率，该步骤包括：
[0008] 建立含风电机组的微电网缺额功率时序状态模型；
[0009] 通过傅立叶变换将该微电网缺额功率时序状态模型转换为频域模型；
[0010] 通过微电网缺额功率的频域模型将缺额功率分解为低频分量和高频分量，提供一 种采用微燃机提供缺额功率的低频分量和采用储能系统平衡缺额功率的高频分量的微燃 机-储能联合运行策略；
[0011] b :建立基于微燃机-储能联合运行策略的储能系统6状态可靠性模型，该步骤包 括：
[0012] 将储能系统平衡缺额功率的高频分量定义为不平衡功率；
[0013] 基于不平衡功率将储能系统的可靠性分为正常放电、放电准耗尽、放电故障、正常 充电、充电准饱和、充电故障6种状态，放电准耗尽状态用于表示储能系统以降额功率放 电；充电准饱和状态用于表示储能系统以降额功率充电；
[0014] 建立基于6种状态的储能系统充放电功率与荷电状态、最大充放电功率、额定容 量以及不平衡功率的可靠性模型；
[0015] c :采用时序蒙特卡罗模拟法对基于微燃机-储能联合运行策略的微电网可靠性 进行评估，该步骤包括：
[0016] 确定微电网系统的抽样时间、时序负荷、风电机组功率及风速数据；
[0017] 对风速数据用Weibull函数进行处理，再对风速数据进行时序抽样，得到风速的 时序序列；
[0018] 根据风电机组出力模型，计算风电机组正常运行时的时序输出功率，结合时序负 荷根据步骤a计算系统的缺额功率，并将缺额功率转换为频域模型，并对缺额功率采用微 燃机-储能联合运行策略，确定微燃机额定输出功率和储能系统额定容量、最大充放电功 率；
[0019] 风电机组与微燃机采用运行、停运两状态模型，假定风电机组与微燃机开始均处 于运行状态，通过对状态时间的抽样得到风电机组与微燃机的运行-停运时序状态序列；
[0020] 根据微燃机-储能联合运行策略，计及微燃机、风电机组运行-停运状态，根据微 燃机输出功率、时序负荷、风电机组输出功率计算时序不平衡功率；
[0021] 计算每一个抽样时刻不平衡功率以及该时刻微燃机能够提供的最大正备用和负 备用；
[0022] 计及储能系统最大充放电功率约束和荷电状态约束，根据步骤b建立的储能系统 可靠性模型对储能系统充放电功率进行调整，计算每个抽样时刻储能系统正常运行时的时 序充放电功率；
[0023] 根据储能系统故障率对储能系统状态进行抽样，模拟储能系统运行-停运状态， 确定储能系统每个抽样时刻的放电功率和充电功率，计及每个抽样时刻的不平衡功率及微 燃机的正负备用，根据储能系统的充放电及故障状态统计每个抽样时刻内的缺电量和停电 时间、弃风电量；
[0024] 统计一年内的缺电量、缺电时间、缺电概率和风电吸纳水平；
[0025] 重复模拟N年，计算微电网可靠性指标。
[0026] 进一步地，所述的步骤a包括：
[0027] al :建立含风电机组的微电网缺额功率时序状态模型，
[0028] 将缺额功率定义为时序负荷功率与间歇性新能源风电机组输出功率的差值，采用 用公式（1)表示：
[0029] PD(t) = PjO-Pjt) (I)
[0030] 公式⑴中，PD(t)为缺额功率；P1U)为时序负荷功率；P w(t)为新能源风电机组 输出功率；
[0031] a2 :通过傅立叶变换将微电网缺额功率Pd (t)的时序模型转换为频域模型，
[0032] 将缺额功率Pd(t)看作是一个采样点数为N、周期为!^的时域离散信号，将公式 (1)通过DFT变换，得到时序功率信号在频域下的表现形式，采用公式（2)表示：
[0034] 公式⑵中，F(k)为傅立叶函数，N为采样点数，k = 0, 1，"·，Ν-1，代表每个频率 的序列数（k = 0代表直流分量，k = 1代表基频分量，k = 2代表2倍频分量，依次类推），
[0035] 对公式（2)进行离散傅立叶逆变换得到缺额功率Pd⑴的频域模型，采用公式（3) 表不：
[0037] 公式（3)中，t = 0, 1，…，N-I ;
[0038] 可以将缺额功率P(t)看作是一个采样点数为N的时域离散信号，设采样周期为 Ts，采样频率为fs，则P⑴可以视为一个周期为1的信号，该信号基频为V(NTs)，通过DFT 变换，可以将其变换成直流分量、基频周期分量以及倍频周期分量之和的形式，这种形式即 为时序功率信号在频域下的表现形式。
[0039] 由采样定理和离散傅里叶变换数据的对称性可知，F(k)以Nyquist频率fk = fs/2 (频谱分析结果的最高分辨频率，为采样频率1/2)为对称轴，两侧对称的复序列互为共 辄，模相等，相角相反，因此在分析傅立叶变换的幅频特性时，只需要考虑前半部分即可，即 〇~fs/2频率范围内的幅频特性，虽然频谱分析过程只用到F(k)的前半部分，但是在逆变 换的过程中，仍需要将对称的两部分同时进行逆变换，才能保证信号的完整性。
[0040] a3 :通过缺额功率PD(t)的频域模型得到其频谱曲线，以12小时为分界点将缺额 功率Pd (t)分解为低频分量和高频分量，用微燃机提供缺额功率Pd (t)的低频分量，用储能 系统平衡缺额功率Pd (t)的高频分量，即微燃机-储能联合运行策略。
[0041] 为了分析微电网中有功功率的波动特性，特定义缺额功率，由于风电机组出力和 负荷的波动性可知缺额功率的波动具有频率快，幅值高等特点，若想利用微燃机来满足系 统负荷需求，保证电网的稳定可靠的运行，不仅需要较高装机成本和调度成本，且当风况较 好、负荷需求又较低时，风能过剩也会造成资源的浪费。在微电网中加入储能系统可以改善 微燃机的出力，降低微燃机燃料消耗和环境污染，同时还可以将过剩的风电进行储存，提高 风电利用率。
[0042] 进一步地，所述的步骤b包括：
[0043] 将储能系统平衡缺额功率Pd (t)的高频分量定义为不平衡功率Pini (i);
[0044] bl:基于不平衡功率Pini (i)将储能系统的可靠性分为6种状态，
[0045] ①正常放电状态：储能系统正常放电；
[0046] ②放电准耗尽状态：储能系统以降额功率放电直至达到电量下限；
[0047] ③放电故障状态：储能系统放电时发生故障，放电功率为零；
[0048] ④正常充电状态：储能系统正常充电；
[0049] ⑤充电准饱和状态：储能系统以降额功率充电直至达到电量上限；
[0050] ⑥充电故障状态：储能系统充电时发生故障，充电功率为零；
[0051] b2:基于所述6种状态按照放电过程和充电过程对储能系统充放电功率建立可靠 性模型；
[0052] 放电过程：
[0053] 不平衡功率Pini(i)大于0时，储能系统释放能量，假设储能系统在i时刻的放电功 率为Pd (i)，荷电状态为SOC (i)，储能系统的最大放电功率为Pd_，Er为储能系统额定容量， 储能系统最低荷电状态为S0C_，可分为①-③三种情形：
[0054] ①.储能系统正常放电，不平衡功率Pini⑴大于最大放电功率Pdma3^，即 Pim ⑴〉Pdmax^
[0056] ②.储能系统正常放电，不平衡功率Pini(i)小于等于最大放电功率P dmJt，即 Pim (土）Pdmax^
[0058] ③.储能系统放电故障，此时PJi) = 0 ;
[0059] 储能系统荷电状态变化：
[0061] 公式（6)中S0C(i+l)为下一时刻储能系统电量，nd为放电效率；
[0062] 充电过程：
[0063] 不平衡功率Pini (i)小于0时，储能系统储存能量，