一种应对区域供电线路故障的储能优化配置方法技术

本发明专利技术公开了一种应对区域供电线路故障的储能优化配置方法，首先收集所研究电力系统各元件参数与常用储能的经济技术指标，其次确定区域电网线路故障及供电恢复流程，然后建立考虑发电单元响应时间与重要负荷供电需求指标的电力系统运行及储能配置模型，再以复合储能投资总费用、储能全寿命周期内区域供电线路故障后的期望运行惩罚以及运行成本的加权和最小为配置目标，最后求解模型得到储能配置方案。本发明专利技术能够综合利用不同类型储能的特点，以最小的复合储能投资，应对输电线路故障后可能发生的潮流越限问题和供电需求问题，保证电力系统运行可靠性，此外还可以通过所提出的方法对影响储能配置结果的关键参数进行灵敏度分析。

An Optimal Energy Storage Allocation Method for Faults of Regional Power Supply Lines

The invention discloses an optimal allocation method for energy storage in response to regional power supply line faults. Firstly, the economic and technical indicators of the components and common energy storage of the studied power system are collected, secondly, the line faults and power supply recovery process of the regional power grid are determined, and then a power system operation and energy storage allocation model considering the response time of generating units and the power supply demand index of important loads is established. Then, the total investment cost of composite energy storage, the expected operation penalty after power supply line failure in the whole life cycle of energy storage, and the weighted sum of operation cost are taken as the allocation objectives. Finally, the allocation scheme of energy storage is obtained by solving the model. The invention can comprehensively utilize the characteristics of different types of energy storage and minimize the investment of composite energy storage, deal with the problems of power flow overstepping and power supply demand that may occur after transmission line faults, ensure the reliability of power system operation, and carry out sensitivity analysis of the key parameters affecting the results of energy storage configuration by the proposed method.

【技术实现步骤摘要】
一种应对区域供电线路故障的储能优化配置方法
本专利技术属于电气工程领域，尤其涉及一种应对区域供电线路故障的储能优化配置方法。
技术介绍
随着全球气候的变化，各种极端天气，如台风、暴雨、冰灾等，可引发大范围电网设备和线路故障，造成大面积停电事故。区域供电线路故障后，系统往往会同时面临紧急潮流越限事件和重要负荷供电需求两方面的问题。潮流越限问题常采用输电线路动态增容技术来短时间内扩大线路容量上限，或切负荷配合配置适当功率型储能进行潮流疏散，但均无法应对电源不足问题；供电需求问题常通过切机切负荷措施减少负荷需求，或配置能量型储能在检修期间供电，但均无法应对潮流越限问题。除了配置储能和切除负荷外，目前还没有能同时解决潮流越限问题和供电需求问题的方法。考虑到某些特定地区重要负荷供电可靠性要求极高，失负荷价值极大，切负荷方法是不实际的，只能通过配置储能来同时解决上述问题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于解决如何优化配置多种类型储能，来以最小的复合储能投资，应对输电线路故障后可能发生的潮流越限问题和供电需求问题，保证电力系统运行可靠性的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种应对区域供电线路故障的储能优化配置方法，包括以下步骤：步骤(1)，收集电力系统各元件的参数，所述电力系统各元件包含交流电网、联络线、火电机组、风电机组以及储能元件，储能元件包括抽水蓄能电站、各种电化学储能、储热、飞轮储能、超级电容、超导磁储能和压缩空气储能元件，所述参数包括数量参数、编号参数、上下限参数、功率参数、经济参数、周期参数或故障参数；步骤(2)，若所述电力系统发生线路故障，则通过切机切负荷或配置功率型储能，并调整火电机组或风电机组出力，缓解线路潮流越限或系统解列所造成的功率不平衡，在所配置功率型储能的基础上，优化配置一定量的储能，以保证故障检修期间对负荷供电需求；步骤(3)，基于所述各元件的参数，建立考虑发电单元响应时间与重要负荷供电需求指标的电力系统运行及储能配置模型；步骤(4)，选定储能配置目标，使得复合储能投资总费用、储能全寿命周期内区域供电线路故障后的期望运行惩罚以及运行成本的加权和最小；步骤(5)，以所述储能配置目标为优化目标，求解所述电力系统运行及储能配置模型得到储能配置结果。在一个可选的实例中，所诉步骤(1)中各元件的参数包括：交流电网节点个数Nb，节点有功负荷Pd，节点最大切负荷功率占比β，节点失负荷价值系数kcl，故障后最大允许失负荷电量比例β；交流电网线路条数Nl，线路首末端节点编号，线路电抗标幺值x，线路长期运行允许潮流上限Plmax；系统基准容量Sb，系统要求备用率α；火电机组所在节点编号，技术出力上下限Pthmax和Pthmin，动态出力上下限PthU和PthD，最大上下爬坡率rUth和rDth，火电机组响应时间trth，火电运行成本cth，切机量惩罚系数cthcut；风电机组所在节点编号，风电机组出力Pwd，弃风量惩罚系数cwdcut；联络线所在节点，联络线从节点吸收功率Pto；抽水蓄能电站最大允许建设抽水机台数Kphg，抽水机额定功率pph，抽水机放电功率上下限pphdmin和pphdmax，抽水机充电功率pphc，抽蓄机组最大上下爬坡速率rUph和rDph，抽蓄机组响应时间trph，最大允许建设水库能量Ephrmax，抽蓄充放电效率ηphc和ηphd，抽蓄放电深度Dph，抽蓄功率配置成本系数cphg，抽蓄能量配置成本系数cphe，抽蓄运行维护成本cphm；电池储能最大允许配置电池单元个数Ngb，电池单元额定功率pgb，最大允许配置电池能量Egbrmax，电池充放电效率ηgbc和ηgbd，电池放电深度Dgb，电池功率配置成本系数cgbp，电池能量配置成本系数cgbe，电池运行维护成本cgbm；储能全寿命周期Tlife，故障检修时间T，所研究地区节点编号，所研究供电断面线路编号，该断面年故障频率f，断面各种故障发生概率p。在一个可选的实例中，所述步骤(2)包括短时紧急潮流疏散过程与线路检修期间负荷供电及恢复过程，具体包括如下步骤：(2.1)短时紧急潮流疏散过程线路发生故障后，网架拓扑改变，潮流重新分配，易发生潮流紧急越限事件，判断在故障后是否有线路潮流达到短时输送容量上限或出现系统解列，若出现线路潮流紧急越限或系统解列事件，通过切机切负荷等措施缓解线路潮流越限或系统功率不平衡；或配置储能作为故障后短时间内的功率支撑，避免切机切负荷，之后调整机组出力，缓解线路潮流越限或系统解列所造成的功率不平衡；(2.2)线路检修期间负荷供电及恢复优化配置一定量的储能，可在整个故障检修期间满足重要负荷供电，线路完成检修后，恢复区域内所有负荷供电。在一个可选的实例中，所述步骤(3)具体包括如下约束条件：所述模型中故障检修时间可以按照预设规则分割时段；所述模型包含如下约束条件，其中含有上标b的变量为故障前基态变量，含有上标s的变量为发生第s种故障后的变量，下标t为变量所处时段编号，含有下标i的变量为第i个节点处的相应变量，含有下标j的变量为第j条线路上的相应变量，部分约束中上标或下标中的一部分被省略，代表对于该被省略上标或下标能取到的所有值都满足；(3.1)电力系统运行模型，电力系统运行约束如下：|Pl，j|≤Plmax，j(3)式(1)为节点功率平衡约束，Pth为火电机组出力，Pph为抽蓄机组放电，Pgb为电池储能放电量，Pd为负荷需求量，Pcl为切负荷量，Ml为节点关联矩阵，Pl为线路上的潮流，由直流潮流模型，Pl可如式(2)计算，S为由直流潮流模型推导得到的灵敏度矩阵，同时Pl需满足潮流约束式(3)，Plmax为线路允许的潮流上限，有短时值与长时值两种，式(4)与式(5)为旋转备用约束，PthU和PthD分别为发电机在爬坡限制下实际出力上、下限，α为备用率；(3.2)机组运行模型，火电机组运行约束如下：Pthmin≤PthD≤Pth≤PthU≤Pthmax(6)PthU，t≤Pth，t-1+rUPthmaxΔT(7)PthD，t≥Pth，t-1-rDPthmaxΔT(8)式(6)为火电出力范围约束，Pthmax和Pthmin分别为发电机技术出力上下限；式(7)与式(8)为发电机爬坡约束，rU和rD分别为火电机组上、下爬坡速率，ΔT为分割出的时段长度；(3.3)储能配置与运行模型(3.3.1)储能配置约束如下：Ephr≤Ephrmax，Egbr≤Egbrmax(11)式(9)与式(10)分别为允许配置抽水机组和电池组个数约束，nphg为配置抽水机台数，Ki为第i个节点处最大允许建设的抽水机组台数，k为抽水机的编号，Iphg，ik为01变量，代表第i个节点处第k台机组是否建设；ngb为配置电池单元个数，Ngb，i为第i个节点处最大允许配置电池单元个数，Hi＝[log2Ngb，i]，为Ngb，i用二进制数表达时的总位数，h为二进制数位的编号，xgb，ih为第i个节点处配置电池单元个数的第h位是否为0；式(11)为抽蓄与电池的能量上限约束，Ephr和Egbr分别为抽蓄与电池的配置能量，Ephrmax和Egbrmax分别为抽蓄与电池的最大允许配置能量；(3.3.2)储能充放电状态约束如下：Cph，ik≤1-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应对区域供电线路故障的储能优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)，收集电力系统各元件的参数，所述电力系统各元件包含交流电网、联络线、火电机组、风电机组以及储能元件，储能元件包括抽水蓄能电站、各种电化学储能、储热、飞轮储能、超级电容、超导磁储能和压缩空气储能元件，所述参数包括数量参数、编号参数、上下限参数、功率参数、经济参数、周期参数或故障参数；步骤(2)，若所述电力系统发生线路故障，则通过切机切负荷或配置功率型储能，并调整火电机组或风电机组出力，缓解线路潮流越限或系统解列所造成的功率不平衡，在所配置功率型储能的基础上，优化配置一定量的储能，以保证故障检修期间对负荷供电需求；步骤(3)，基于所述各元件的参数，建立考虑发电单元响应时间与重要负荷供电需求指标的电力系统运行及储能配置模型；步骤(4)，选定储能配置目标，使得复合储能投资总费用、储能全寿命周期内区域供电线路故障后的期望运行惩罚以及运行成本的加权和最小；步骤(5)，以所述储能配置目标为优化目标，求解所述电力系统运行及储能配置模型得到储能配置结果。

【技术特征摘要】
1.一种应对区域供电线路故障的储能优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)，收集电力系统各元件的参数，所述电力系统各元件包含交流电网、联络线、火电机组、风电机组以及储能元件，储能元件包括抽水蓄能电站、各种电化学储能、储热、飞轮储能、超级电容、超导磁储能和压缩空气储能元件，所述参数包括数量参数、编号参数、上下限参数、功率参数、经济参数、周期参数或故障参数；步骤(2)，若所述电力系统发生线路故障，则通过切机切负荷或配置功率型储能，并调整火电机组或风电机组出力，缓解线路潮流越限或系统解列所造成的功率不平衡，在所配置功率型储能的基础上，优化配置一定量的储能，以保证故障检修期间对负荷供电需求；步骤(3)，基于所述各元件的参数，建立考虑发电单元响应时间与重要负荷供电需求指标的电力系统运行及储能配置模型；步骤(4)，选定储能配置目标，使得复合储能投资总费用、储能全寿命周期内区域供电线路故障后的期望运行惩罚以及运行成本的加权和最小；步骤(5)，以所述储能配置目标为优化目标，求解所述电力系统运行及储能配置模型得到储能配置结果。2.根据权利要求1所述的应对区域供电线路故障的储能优化配置方法，其特征在于，所诉步骤(1)中各元件的参数包括：交流电网节点个数Nb，节点有功负荷Pd，节点最大切负荷功率占比β，节点失负荷价值系数kcl，故障后最大允许失负荷电量比例β；交流电网线路条数Nl，线路首末端节点编号，线路电抗标幺值x，线路长期运行允许潮流上限Plmax；系统基准容量Sb，系统要求备用率α；火电机组所在节点编号，技术出力上下限Pthmax和Pthmin，动态出力上下限PthU和PthD，最大上下爬坡率rUth和rDth，火电机组响应时间trth，火电运行成本cth，切机量惩罚系数cthcut；风电机组所在节点编号，风电机组出力Pwd，弃风量惩罚系数cwdcut；联络线所在节点，联络线从节点吸收功率Pto；抽水蓄能电站最大允许建设抽水机台数Kphg，抽水机额定功率pph，抽水机放电功率上下限pphdmin和pphdmax，抽水机充电功率pphc，抽蓄机组最大上下爬坡速率rUph和rDph，抽蓄机组响应时间trph，最大允许建设水库能量Ephrmax，抽蓄充放电效率ηphc和ηphd，抽蓄放电深度Dph，抽蓄功率配置成本系数cphg，抽蓄能量配置成本系数cphe，抽蓄运行维护成本cphm；电池储能最大允许配置电池单元个数Ngb，电池单元额定功率pgb，最大允许配置电池能量Egbrmax，电池充放电效率ηgbc和ηgbd，电池放电深度Dgb，电池功率配置成本系数cgbp，电池能量配置成本系数cgbe，电池运行维护成本cgbm；储能全寿命周期Tlife，故障检修时间T，所研究地区节点编号，所研究供电断面线路编号，该断面年故障频率f，断面各种故障发生概率p。3.根据权利要求1所述的应对区域供电线路故障的储能优化配置方法，其特征在于，所述步骤(2)包括短时紧急潮流疏散过程与线路检修期间负荷供电及恢复过程，具体包括如下步骤：(2.1)短时紧急潮流疏散过程线路发生故障后，网架拓扑改变，潮流重新分配，易发生潮流紧急越限事件，判断在故障后是否有线路潮流达到短时输送容量上限或出现系统解列，若出现线路潮流紧急越限或系统解列事件，通过切机切负荷等措施缓解线路潮流越限或系统功率不平衡；或配置储能作为故障后短时间内的功率支撑，避免切机切负荷，之后调整机组出力，缓解线路潮流越限或系统解列所造成的功率不平衡；(2.2)线路检修期间负荷供电及恢复优化配置一定量的储能，可在整个故障检修期间满足重要负荷供电，线路完成检修后，恢复区域内所有负荷供电。4.根据权利要求1或2所述的应对区域供电线路故障的储能优化配置方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括如下约束条件：所述模型中故障检修时间可以按照预设规则分割时段；所述模型包含如下约束条件，其中含有上标b的变量为故障前基态变量，含有上标s的变量为发生第s种故障后的变量，下标t为变量所处时段编号，含有下标i的变量为第i个节点处的相应变量，含有下标j的变量为第j条线路上的相应变量，部分约束中上标或下标中的一部分被省略，代表对于该被省略上标或下标能取到的所有值都满足；(3.1)电力系统运行模型，电力系统运行约束如下：|Pl，j|≤Plmaxj(3)式(1)为节点功率平衡约束，Pth为火电机组出力，Pph为抽蓄机组放电，Pgb为电池储能放电量，Pd为负荷需求量，Pcl为切负荷量，Ml为节点关联矩阵，Pl为线路上的潮流，由直流潮流模型，Pl可如式(2)计算，S为由直流潮流模型推导得到的灵敏度矩阵，同时Pl需满足潮流约束式(3)，Plmax为线路允许的潮流上限，有短时值与长时值两种，式(4)与式(5)为旋转备用约束，PthU和PthD分别为发电机在爬坡限制下实际出力上、下限，α为备用率；(3.2)机组运行模型，火电机组运行约束如下：Pthmin≤PthD≤Pth≤PthU≤Pthmax(6)PthU，t≤Pth，t-1+rUPthmaxΔT(7)PthD，t≥Pth，t-1-rDPthmaxΔT(8)式(6)为火电出力范围约束，Pthmax和Pthmin分别为发电机技术出力上下限；式(7)与式(8)为发电机爬坡约束，rU和rD分别为火电机组上、下爬坡速率，ΔT为分割出的时段长度；(3.3)储能配置与运行模型(3.3.1)储能配置约束如下：Ephr≤Ephrmax，Egbr≤Egbrmax(11)式(9)与式(10)分别为允许配置抽水机组和电池组个数约束，nphg为配置抽水机台数，Ki为第i个节点处最大允许建设的抽水机组...

【专利技术属性】
技术研发人员：文劲宇，周博，李铁，陈晓东，何晓洋，李琼慧，王彩霞，艾小猛，姚伟，姜枫，崔岱，潘鹏飞，黄佳伟，张彤，李昂，李蔚，肖黎丽，
申请(专利权)人：华中科技大学，国网能源研究院有限公司，国网辽宁省电力有限公司，国网辽宁省电力有限公司大连供电公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42