基于微燃机-储能联合运行策略的微电网可靠性计算方法_3

文档序号:9473461阅读:来源:国知局
] 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;
[0140] 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;
[0141] 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;
[0142] 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;
[0143] 统计一年内的缺电量、缺电时间、缺电概率和风电吸纳水平;
[0144] 重复模拟N年,计算微电网可靠性指标。
[0145] 进一步地,所述的步骤a包括:
[0146] al :建立含风电机组的微电网缺额功率时序状态模型,
[0147] 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:
[0148] PD(t) = PjO-Pjt) (I)
[0149] 公式(1)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;
[0150] 如图1所示,为一个微电网缺额功率曲线。
[0151] 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,
[0152] 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:
[0154] 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),
[0155] 对公式(2)进行离散傅立叶逆变换得到缺额功率Pd (t)的频域模型,采用公式(3) 表不:
[0157] 公式(3)中,t = 0, 1,…,N-I ;
[0158] 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。
[0159] 如图2所不,为缺额功率幅频特性曲线;
[0160] 如图3所示,为缺额功率低频分量和高频分量曲线。
[0161] 进一步地,所述的步骤b包括:
[0162] 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),
[0163] 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,
[0164] ①正常放电状态:储能系统正常放电;
[0165] 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;
[0166] ③放电故障状态:储能系统放电时发生故障,放电功率为零;
[0167] ④正常充电状态:储能系统正常充电;
[0168] 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;
[0169] ⑥充电故障状态:储能系统充电时发生故障,充电功率为零;
[0170] 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;
[0171] 放电过程:
[0172] 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:
[0173] ①.储能系统正常放电,不平衡功率Pini⑴大于最大放电功率PdmJt,即 Pim ⑴〉Pdmax^
[0175] 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^
[0177] ③.储能系统放电故障,此时PJi) = 0 ;
[0178] 储能系统荷电状态变化:
[0180] 公式(6)中S0C(i+l)为下一时刻储能系统电量,nd为放电效率;
[0181] 充电过程:
[0182] 不平衡功率Pini(i)小于0时,储能系统储存能量,假设储能系统在i时刻的充电 功率为P。⑴,储能系统的最大充电功率为Paiiax,储能系统最高荷电状态为SOCniax,可以分为 ④-⑥二种情形:
[0183] ④.储能系统正常充电,不平衡功率Pini(i)的绝对值大于最大充电功率P aiiax时, 即-Pini(i)>Pcniax,
[0187] ⑥.储能系统充电故障,此时PJi) = 0 ;
[0188] 储能系统荷电状态变化:
[0190] 公式(9)中S0C(i+l)为下一时刻储能系统电量,η。为充电效率。
[0191] 如图4所示,步骤c采用时序蒙特卡罗模拟法对含风电机组的微燃机-储能微电 网可靠性进行评估,首先确定系统的抽样时间、时序负荷P1U)、风电机组功率及风速数据; 以5分钟为时间间隔At,将一年划分为8760X12个At,设定每个At内系统的状态不发 生变化,通过随机抽样选择系统的运行状态,通过计算得到微电网的可靠性指标;
[0192] 所述的步骤c可以分为八个步骤:
[0193] 第一步:对风速数据用Weibull分布拟合,计算Weibull分布参数,再对风速数据 进行时序抽样,得到风速的时序序列;
[0194] 第二步: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 Pw (t),结合时序负荷功率P1 (t)根据步骤a计算系统的缺额功率Pd (t),并将缺额功率Pd (t) 转换为频域模型,并对缺额功率Pd (t)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电量、最大充放电功率;
[0195] 第三步: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,产生[0,1]区间均匀分布的随机数,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;
[0196] 第四步: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Pnit(t)、风电机组输出功率Pw(t)和时序负荷P1U)计算时序不平衡功 率Pini(t),同时计算微燃机能够提供的最大正备用Pup(t)和负备用Pd_(t);
[0197] 第五步:计算每一个抽样时刻不平衡功率Pini(i)、微燃机能够提供的最大正备用 ⑴和负备用pd_(i):
[0198] 微燃机在i时刻能提供的最大正备用Pup (i)为:
[0200] 公式(10)中,Pup⑴为i时刻微燃机的正备用Tniax j⑴为第j台机组在i时刻 的最大输出功率(i)为第j台机组在i时刻的输出功率(i)为微燃机在i时刻的运 行状态,正常运行时为1,故障时为0 ;M为机组的台数;
[0201] 微燃机在i时刻能提供的最大负备用Pd_⑴为:
[0203] 公式(11)中,Pd_⑴为i时刻微燃机的负备用;
[0204] 计及储能系统最大充放电功率约束和荷电状态约束,根据储能系统的六种状态及 公式(4)-(9)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;
[0205] 第六步:根据储能系统故障率产生[0, 1]区间均匀分布的随机数,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Pd (i)和充电功率Pc (i),计及每 个抽样时刻的不平衡功率P1B1(i)及微燃机的正备用Pup(i)和负备用Pdmm(i),统计每个抽样 时刻内的缺电量ENS (i)和停电时间LLD (i),具体计算可分为充电和放电两个环节;
[0206] ①放电环节:储能系统处于正常放电状态,若放电功率Pd(i)小于不平衡功率 P1B1(i),且微燃机能够提供最大正备用仍无法满足负荷,则i时刻缺电量为:
[0207] ENS(i) = (Pin(i)-Pd(i)-Pup(i)) At (12)
[0208] 缺电时间为:
[0209] LLD(i) = At (13)
[0210] 微燃机能够提供的最大正备用Pup(i)可以满足负荷时,提高微燃机出力:
[0212] 若放电功率Pd⑴等于不平衡功率Pini(i),则表示该时段内满足负荷需求,没有缺 电;
[0213] 储能系统处于放电故障状态时,放电功率为0,若微燃机能够提供最大正备用 Pup (i)无法满足负荷,则i时刻缺电量为:
[0214] ENS(i) = (Pin(i)-Pup(i)) At (15)
[0215] 缺电时间为:
[0216] LLD(i) = At (16)
[0217] 若微燃机能够提供最大正备用Pup(i)可以满足负荷,则提高微燃机出力:
[0219] ②充电环节:出力满足负荷需求,储能系统处于正常充电状态,若充电功率Pc⑴ 小于-Pini(i),且微燃机能够提供的最大负备用Pd_(i)小于其差值,则系统弃风,i时刻弃 风电量为WPA(i),该弃风电量WPA(i)定义为i时刻风电机组能够发出的最大功率减去实际 发出功率:
[0220] WPA(i) = (-Pin(i)-Pc(i)-Pdown(i)) At (18)
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