考虑黑启动功能的分布式综合供能系统的优化配置方法技术方案

本发明专利技术提供考虑黑启动功能的分布式综合供能系统的优化配置方法，包括以下步骤：获取区域黑启动方案数据，包括系统分区、第二批启动电源位置与容量、启动路径等；获取各子系统(分区)负荷数据(负荷量与负荷价值密度)；确定各分区拟采用黑启动电源类型及其可靠性；量化计算黑启动可靠性、停电损失、黑启动建设改造成本；以停电损失和黑启动建设改造成本加权为目标，以技术指标为约束，建立优化数学模型；采用粒子群优化算法(PSO)计算各子系统启动电源位置及容量。本发明专利技术配置方法能够为分布式综合供能系统的规划设计提供参考，为黑启动电源的改造提供参考，提高电力系统可靠性。

【技术实现步骤摘要】
考虑黑启动功能的分布式综合供能系统的优化配置方法
本专利技术涉及电力系统黑启动电源规划领域，特别涉及分布式综合供能系统作为黑启动电源的规划设计。
技术介绍
分布式综合供能系统是指通过一次能源转换技术的集成运用，在一个区域内为用户同时提供电、热、冷等多种能量，实现能源的梯级、高效利用。由于其高效、环保的性能，分布式综合供能系统得到迅速发展运用。分布式综合供能系统启动速度快，出力调节速度快，是良好的黑启动电源。对于缺少水电机组的城市电网，负荷密度大而缺少具有自启动能力的机组，分布式综合供能系统是最佳黑启动电源，如广州大学城分布式综合供能系统即为广州电网的黑启动电源。在分布式综合供能系统规划设计阶段考虑其黑启动功能，能够更加全面衡量其带来的总体效益，包括分布式综合供能系统作为黑启动电源对电网可靠性的提高从而带来的社会经济效益。从提高电网可靠性方面考虑，亦可以引入分布式综合供能系统为重要负荷供电或者作为黑启动电源。目前，分布式综合供能研究集中在其运行优化，其规划设计主要根据负荷需求及其经济效益，其优越的黑启动性能并没有考虑在内。在黑启动方面的研究大多在集中在黑启动过程中的技术问题分析与仿真、黑启动过程中的优化和黑启动方案评估与决策，但黑启动电源的可靠性对系统恢复的影响并没有进行细致分析考虑。另外，由于黑启动过程复杂，可靠性、经济性指标复杂，难以对其进行精确衡量。目前虽有研究对停电时间与经济损失之间的关系进行了分析，但并没有考虑到黑启动过程可靠性与停电时间的关系。随着分布式综合供能系统的大规模应用发展，考虑其黑启动功能对于电网来说更具意义。本专利技术提出对分布式综合供能系统作为黑启动电源进行优化配置，为分布式综合供能系统的规划设计提供参考。同时，提出的衡量黑启动经济性能的指标及其量化方法也可以应用到其总体规划当中。本专利技术采用粒子群算法对分布式综合供能系统进行优化配置。粒子群算法，也称粒子群优化算法(ParticleSwarmOptimization)，缩写为PSO。PSO算法属于进化算法的一种，和模拟退火算法相似，它也是从随机解出发，通过迭代寻找最优解，它也是通过适应度来评价解的品质，但它比遗传算法规则更为简单，它没有遗传算法的“交叉”(Crossover)和“变异”(Mutation)操作，它通过追随当前搜索到的最优值来寻找全局最优。这种算法实现容易、精度高、收敛快，在解决实际问题中具有其优越性。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了考虑黑启动功能的分布式综合供能系统的优化配置方法。该方法旨在解决目前黑启动可靠性与经济性指标量化困难、分布式综合供能系统的规划设计未考虑其黑启动功能的问题。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：(1)优化配置原则A、本专利技术的优化配置考虑黑启动过程可靠性、黑启动电源配置成本及其经济效益、黑启动过程的技术约束，对区域内含有黑启动功能的分布式综合供能系统进行规划配置。黑启动方案为首先对区域进行黑启动分区，每个系统分区启动以后，各分区互联，实现黑启动。B、对于有第二批启动电源的分区，分区内须配置一个或以上数量的启动电源，没有第二批启动电源的分区，不配置黑启动电源。C、对于已经有黑启动电源的分区，将该黑启动电源计算在内，即认为其在黑启动过程中可利用。D、分布式综合供能系统具有优越的黑启动性能，但并不是所有分布式综合供能系统都具有黑启动功能。黑启动电源对电厂厂用电系统，主变压器都有一定要求，需要在设计阶段考虑，或者对已建成的系统进行改造并进行试验。黑启动实施概率小，并且黑启动功能只是分布式综合供能系统的附属功能，因此本专利技术所提出的黑启动配置投资成本是指为使分布式综合供能系统具有黑启动功能所发生的费用，包括线路改造、黑启动配套设施投资、黑启动方案制定及试验等费用，并不是分布式综合供能系统的全部投资费用。黑启动配置投资成本与容量关系密切，容量越大产生投资成本越大，故本专利技术将配置容量作为优化对象之一。(2)指标获取与量化本专利技术的分布式综合供能系统优化配置主要考虑了四个方面指标：黑启动可靠性指标、黑启动过程中的停电损失、黑启动电源及其配套设施的建设与改造成本、黑启动技术指标。A、可靠性指标区域电力系统黑启动的可靠性主要有几个方面的指标：a.系统发生全黑事故后，在规定的时间范围内，在没有使用外部电源支援的情况下，能够启动的主发电机组的数量；b.全黑事故后，能够给电网的输电子系统或配电子系统供电的数量；c.系统的可用黑启动容量期望值。采用“加权系数法”综合考察上述三个系统黑启动可靠性指标，量化计算黑启动可靠性，得到黑启动可靠性评价值。B、停电损失指标黑启动的经济效益主要体现在停电期间(即黑启动过程持续时间)的经济损失，停电时间越短，经济损失越小。对停电损失的量化计算采用调查统计的方法。首先，对该区域各种负荷类型进行统计分析，得到每种负荷类型经济损失与停电时间的关系。然后，根据该区域负荷构成计算其综合停电损失。最后，对统计结果进行曲线拟合，得到该区域停电损失与停电时间的关系。C、经济成本指标黑启动的经济成本分为两个部分，一是设备的初期投资，二是黑启动实施时发生的费用。在规划设计阶段，经济成本主要考虑投资成本，包括了黑启动电源的投资、改造，黑启动专用线路的投资等。投资成本包括了不变成本与可变成本，可变成本与黑启动电源、线路建设长度密切相关。本专利技术所提指的黑启动投资成本是为使分布式综合供能系统具有黑启动功能所发生的费用，并不是分布式综合供能系统的全部投资费用。黑启动经济成本的计算，本专利技术采用对现有投资建设的分布式综合供能系统进行分析统计，得到黑启动成本与分布式综合供能系统容量之间的关系。线路投资部分，根据目前建设所需价格计算。D、技术约束指标黑启动过程中，需要考虑其技术问题，如线路操作过电压、变压器励磁涌流、大型异步电机启动产生的冲击电流等。以上问题难以通过理论分析得到明显的计算方法。本专利技术采用在PSCAD中建立模型，进行大量仿真，进行数据进行分析总结得到。(3)优化配置A、建立优化模型通过(2)中的技术方案，得到四个方面的指标：可靠性指标、停电损失指标、经济成本指标、技术指标。停电损失与停电时间关联，停电时间与黑启动可靠性关联，即可靠性指标最终反应到经济损失当中。对于技术指标，本专利技术主要考虑了黑启动电源容量、黑启动路径长度两方面最主要因素，作为优化配置的约束条件。根据上述分析，建立优化模型：minf＝α*经济损失+β*经济成本s.t.技术约束其中，α、β分别为经济损失和经济成本的权重。B、采用粒子群算法进行优化对建立的优化模型，采用PSO算法进行优化，得到黑启动电源的规划位置和容量。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：(1)对黑启动过程中的可靠性指标、停电损失指标等进行了量化计算分析；(2)将黑启动电源可靠性、黑启动路径长度反映到停电时间中，最终体现在停电经济损失中，直观体现了黑启动的经济效益；(3)综合考虑了黑启动的可靠性、停电损失、黑启动投资建设成本和技术约束等，定量分析了黑启动带来的效益；同时对其效益进行了优化，可以大大提高黑启动电源投资经济效益和电力系统的可靠性。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术的案例优化配置结果示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步进行阐本文档来自技高网...

【技术保护点】
考虑黑启动功能的分布式综合供能系统的优化配置方法，其包括以下步骤：1)根据规划区域黑启动预案，整理分析区域黑启动数据，包括黑启动系统分区、第二批启动电源位置与容量、启动路径；调查统计各子系统负荷数据；确定各分区拟采用黑启动电源类型及其可靠性；2)对黑启动电源可靠性以及黑启动过程可靠性进行量化计算；3)将黑启动电源可靠性反应到停电时间，根据停电时间和负荷价值系数，对停电经济损失进行量化计算；4)对黑启动建设改造成本进行量化计算；5)在PSCAD软件中建立黑启动仿真模型，对黑启动过程中的技术问题进行仿真，对大量仿真结果分析得到黑启动技术约束；6)将停电经济损失与黑启动投资成本加权作为优化目标，采用粒子群优化算法，优化各子系统启动电源位置及容量。

【技术特征摘要】
1.考虑黑启动功能的分布式综合供能系统的优化配置方法，其包括以下步骤：1)根据规划区域黑启动预案，整理分析区域黑启动数据，包括黑启动系统分区、第二批启动电源位置与容量、启动路径；调查统计各子系统负荷数据；确定各分区拟采用黑启动电源类型及其可靠性；2)对黑启动电源可靠性以及黑启动过程可靠性进行量化计算，其包含以下步骤：A、根据每个系统分区拟采用黑启动电源类型、容量及其可靠性，记第i个系统分区启动电源的容量为ci，其故障率为ri，通过下述公式计算得到第i个系统分区黑启动电源可用容量期望值cu，i：cu，i＝(1-ri)×ciB、根据各分区黑启动电源可用容量期望值、每个系统分区第二批启动电源容量，记第i个系统分区第二批启动电源容量为Si，通过下述公式计算得到第i个系统分区启动过程的可靠性：其中，u，v，g，h，q为相关拟合参数；C、根据黑启动区域内黑启动分区数目m、具有第二批启动电源的黑启动分区数目k，根据下述公式计算得到黑启动过程可靠性RE：其中，ar、br、cr为三个指标的权重值；3)将黑启动电源可靠性反应到停电时间，根据停电时间和负荷价值系数，对停电经济损失进行量化计算，其包含以下步骤：A、将电力负荷分成工业、商业、政府机关、公用事业、居民5类，根据各系统分区内各类负荷单位时间单位功率的经济损失、各系统分区内各类负荷大小和各系统分区的停电时间，记i分区内j类负荷单位时间单位功率的经济损失ei，j，i分区内j类负荷量为Pi，j，i分区停电时间为...

【专利技术属性】
技术研发人员：许爱东，陈旭，申展，杨振纲，雷金勇，荆朝霞，关南强，陈钢，肖蔚然，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，中国南方电网有限责任公司，南方电网综合能源有限公司，华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44