一种考虑储能配合的工业园区综合能源系统供能故障处理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑储能配合的工业园区综合能源系统供能故障处理方法，包括系统建模、储能设备定址定容方法和考虑储能配合的供能故障处理方法，系统建模包括设备模型和负荷模型，设备模型包括产能设备模型和储能设备模型。本发明专利技术通过提出储能设备的定址定容方法、园区负荷分类方法及对应的故障分类方法、根据故障分类结果对应的故障处理策略和负荷总量的多目标规划方法，该系统内部流通的冷、热、电能优先使用内部产能设备自主生产的能量，使得具有多能协同的特性，灵活性高，储能设备具有低惯性、高灵活性的特点，当系统发生供能故障时导致系统供能不足时，可以通过切除部分负荷、启动储能的方式迅速填补供能缺额。荷、启动储能的方式迅速填补供能缺额。荷、启动储能的方式迅速填补供能缺额。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑储能配合的工业园区综合能源系统供能故障处理方法


[0001]本专利技术涉及综合能源电力系统
，特别涉及一种考虑储能配合的工业园区综合能源系统供能故障处理方法。

技术介绍

[0002]综合能源系统具有多能协同的特性。综合能源系统常常配置高渗透率的可再生能源，以电力为核心，融合冷、热、气等多种能流，依托储能设备、能量转换设备，实现不同能源在生产、利用、存储等多环节的高度协同。其中，储能设备作为灵活性最高的可调度设备，其重要性进来备受关注。特别是冷、热、电的多能联储，对综合能源系统的能效梯级利用、经济运行及故障处理均具有极高价值。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种考虑储能配合的工业园区综合能源系统供能故障处理方法，可做到在紧急情况下的协调控制，提升整个系统的稳定性及供能可靠性。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的第一个技术方案：
[0005]本专利技术涉及一种考虑储能配合的工业园区综合能源系统供能故障处理方法，包括系统建模、储能设备定址定容方法和考虑储能配合的供能故障处理方法，系统建模包括设备模型和负荷模型，设备模型包括产能设备模型和储能设备模型，负荷模型分为经济性不可中断负荷L
min
、经济性可中断负荷L
eco,il
和非经济性可中断负荷L
non,il
，储能设备定址定容方法包括储能设备定容和储能设备定址，考虑储能配合的供能故障处理方法包括故障判断、故障源定位、故障处理策略生成、故障恢复和约束条件，约束条件包括能量供需平衡约束、产能设备约束、储能设备约束和能流网络约束，能流网络约束包括电力网络约束、热力网络约束。
[0006]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述产能设备模型的光伏电池供电功率的表达式：
[0007][0008]式中：P
solar
为太阳辐照，n
PV
为光伏电池板的数量，S
PV,i
和η
PV,i
分别为第i块光伏电池板的有效面积和转化效率；
[0009]风机供电功率的表达式：
[0010][0011]式中：ρ
air
为空气密度，v
w
为t时刻当地风速，n
WT
为风机的数量，A
WT,i
和η
WT,i
分别为第
i架风机的扫掠面积和发电效率，v
w,min
和v
w,max
分别为风机发电允许的最小风速和最大风速，若风速在此区间之外时，风机不会发电；
[0012]CHP机组供电功率的表达式：
[0013][0014]式中：γ
gas
为天燃气热值，n
CHP
为CHP机组的数量，q
v,CHP,i
和η
CHP,e,i
分别为第i组CHP机组的输入天然气体积流量和发电效率；
[0015]CHP机组供热功率的表达式：
[0016][0017]式中：γ
gas
为天燃气热值，n
CHP
为CHP机组的数量，q
v,CHP,i
、η
CHP,e,i
和η
CHP,h,i
分别为第i组CHP机组的输入天然气的体积流量、发电效率和热转化效率；
[0018]燃气锅炉供热功率的表达式：
[0019][0020]式中：γ
gas
为天燃气热值，n
GB
为燃气锅炉的数量，q
v,GB,i
和η
GB,i
分别为第i台燃气锅炉的输入天然气体积流量和热效率；
[0021]电制冷机组供冷功率的表达式：
[0022][0023]式中：n
EP
为电制冷机组的数量，COP
EP,i
和分别为第i台电制冷机组的制冷系数和输入电功率；
[0024]电锅炉供热功率的表达式：
[0025][0026]式中：n
EB
为电锅炉的数量，μ
loss,EB,i
、η
EB,i
和分别为第i台电锅炉的热损失率、换热器传热效率和输入电功率；
[0027]吸收式制冷机组供冷功率的表达式：
[0028][0029]式中：n
AR
为吸收式制冷机组的数量，COP
AR,i
和分别为第i台吸收式制冷机组的制冷系数和输入热功率。
[0030]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述储能设备模型的储能设备s在t时刻的容量均可表示为：
[0031][0032]式中：τ
s
为储热设备s的自损率，T为一个仿真时间步长，η
c,s
、η
d,s
分别为储能设备s的蓄能、释能效率，P
c,s
、P
d,s
分别为储能设备s的蓄能、释能功率。
[0033]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述储能设备的定容方法首先从储能设备的运行机理出发，考虑储能设备在故障工况下的供能替代作用：综合能源系统中设备的出力变化会受到爬坡或滑坡速度的限制，单位时间内其功率的变化不可超过其允许的爬坡或滑坡范围，因而考虑供能故障发生时使用备用机组替代的情况，产能设备的出力从停机状态到达额定工况需经历一段爬坡时间，即为产能设备启动响应时间：
[0034][0035]式中：P
R,i
为产能设备i的额定功率，为产能设备i的向上爬坡速率；
[0036]考虑极端情况，故障工况下需启用备用机组替代供能，在响应时间内，该产能设备的出力不稳定，因而系统需要由储能设备提供工厂的最低生产负荷，基于此给出一个储能设备的最大容量下限，以储热设备为例：
[0037][0038]式中：为产热设备集合，为系统内的经济性不可中断热负荷，Δt
i
为设备i的启动响应时间。
[0039]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述储能设备定址方法：
[0040][0041]式中：N
HS
是储热设备可能的选址地点集合，SN
h
是系统供热节点集合，是典型日内供热节点i的供热总量，是典型日内所有供热节点的供热总量，l
n,i
是储热热备选址地点n与供热节点i之间的管道长度。
[0042]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述故障源定位的故障源检索方法：
[0043]a.监测系统实时设备参数，包括电流、电功、压强、温度和流量等数据，与故障判据库内的对应数据比较，判断数据是否异常；
[0044]b.若设备参数均无异常，则判定系统正常运行，若发现系统某设备监测数据异常，则自该设备起按照系统设备拓扑自下而上检索设备的监测参数直至发现第一个输入、输出能流参数均正常的设备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑储能配合的工业园区综合能源系统供能故障处理方法，包括系统建模、储能设备定址定容方法和考虑储能配合的供能故障处理方法，其特征在于，所述系统建模包括设备模型和负荷模型，所述设备模型包括产能设备模型和储能设备模型，所述负荷模型分为经济性不可中断负荷L
min
、经济性可中断负荷L
eco,il
和非经济性可中断负荷L
non,il
，所述储能设备定址定容方法包括储能设备定容和储能设备定址，所述考虑储能配合的供能故障处理方法包括故障判断、故障源定位、故障处理策略生成、故障恢复和约束条件，所述约束条件包括能量供需平衡约束、产能设备约束、储能设备约束和能流网络约束，所述能流网络约束包括电力网络约束、热力网络约束。2.根据权利要求1所述的一种考虑储能配合的工业园区综合能源系统供能故障处理方法，其特征在于，所述产能设备模型的光伏电池供电功率的表达式：式中：P
solar
为太阳辐照，n
PV
为光伏电池板的数量，S
PV,i
和η
PV
,i分别为第i块光伏电池板的有效面积和转化效率；风机供电功率的表达式：式中：ρ
air
为空气密度，v
w
为t时刻当地风速，n
WT
为风机的数量，A
WT,i
和η
WT,i
分别为第i架风机的扫掠面积和发电效率，v
w,min
和v
w,max
分别为风机发电允许的最小风速和最大风速，若风速在此区间之外时，风机不会发电；CHP机组供电功率的表达式：式中：γ
gas
为天燃气热值，n
CHP
为CHP机组的数量，q
v,CHP,i
和η
CHP,e,i
分别为第i组CHP机组的输入天然气体积流量和发电效率；CHP机组供热功率的表达式：式中：γ
gas
为天燃气热值，n
CHP
为CHP机组的数量，q
v,CHP,i
、η
CHP,e,i
和η
CHP,h,i
分别为第i组CHP机组的输入天然气的体积流量、发电效率和热转化效率；燃气锅炉供热功率的表达式：式中：γ
gas
为天燃气热值，n
GB
为燃气锅炉的数量，q
v,GB,i
和η
GB,i
分别为第i台燃气锅炉的输入天然气体积流量和热效率；电制冷机组供冷功率的表达式：
式中：n
EP
为电制冷机组的数量，COP
EP,i
和分别为第i台电制冷机组的制冷系数和输入电功率；电锅炉供热功率的表达式：式中：n
EB
为电锅炉的数量，μ
loss,EB,i
、η
EB,i
和分别为第i台电锅炉的热损失率、换热器传热效率和输入电功率；吸收式制冷机组供冷功率的表达式：式中：n
AR
为吸收式制冷机组的数量，COP
AR,i
和分别为第i台吸收式制冷机组的制冷系数和输入热功率。3.根据权利要求1所述的一种考虑储能配合的工业园区综合能源系统供能故障处理方法，其特征在于，所述储能设备模型的储能设备s在t时刻的容量均可表示为：式中：τ
s
为储热设备s的自损率，T为一个仿真时间步长，η
c,s
、η
d,s
分别为储能设备s的蓄能、释能效率，P
c,s
、P
d,s
分别为储能设备s的蓄能、释能功率。4.根据权利要求1所述的一种考虑储能配合的工业园区综合能源系统供能故障处理方法，其特征在于，所述储能设备的定容方法首先从储能设备的运行机理出发，考虑储能设备在故障工况下的供能替代作用：综合能源系统中设备的出力变化会受到爬坡或滑坡速度的限制，单位时间内其功率的变化不可超过其允许的爬坡或滑坡范围，因而考虑供能故障发生时使用备用机组替代的情况，产能设备的出力从停机状态到达额定工况需经历一段爬坡时间，即为产能设备启动响应时间：式中：P
R,i
为产能设备i的额定功率，为产能设备i的向上爬坡速率；考虑极端情况，故障工况下需启用备用机组替代供能，在响应时间内，该产能设备的出力不稳定，因而系统需要由储能设备提供工厂的最低生产负荷，基于此给出一个储能设备的最大容量下限，以储热设备为例：式中：为产热设备集合，为系统内的经济性不可中断热负荷，Δt
i
为设备i的启动响应时间。
5.根据权利要求1所述的一种考虑储能配合的工业园区综合能源系统供能故障处理方法，其特征在于，所述储能设备定址方法：式中：N
HS
是储热设备可能的选址地点集合，SN
h
是系统供热节点集合，是典型日内供热节点i的供热总量，是典型日内所有供热节点的供热总量，l
n,i
是储热热备选址地点n与供热节点i之间的管道长度。6.根据权利要求1所述的一种考虑储能配合的工业园区综合能源系统供能故障处理方法，其特征在于，所述故障源定位的故障源检索方法：a.监测系统实时设备参数，包括电流、电功、压强、温度和流量等数据，与故障判据库内的对应数据比较，判断数据是否异常；b.若设备参数均无异常，则判定系统正常运行，若发现系统某设备监测数据异常，则自该设备起按照系统设备拓扑自下而上检索设备的监测参数直至发现第一个输入、输出能流参数均正常的设备或至系统源端；c.根据最终检索结果，若发现系统源端存在供能数据异常，则判断为外部供能故障，若系统源端供能数据正常，而独立若干设备存在数据异常，则判断为内部供能故障。7.根据权利要求1所述的一种考虑储能配合的工业园区综合能源系统供能故障处理方法，其特征在于，所述故障恢复方法为建立综合能源系统故障恢复模型：目标函数：f1＝minC
ost
C
ost
＝C
mat
+C
csucsu
优化目标f...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆天宇，李勇，陈东文，陈旭东，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：