[发明专利]一种城市综合能源系统的故障自愈评估方法

权利要求书

1.一种城市综合能源系统的故障自愈评估方法，其特征在于，提供如下新型故障自愈评估指标：

(1)自愈恢复率

配电网故障后供电恢复过程从故障发生开始，一直持续到故障完全清除并恢复全网正常供电为止，故在该时间段内，对负荷的恢复应在计及负荷重要度等级的前提下考虑负荷恢复总电量，而非故障断面下的瞬时功率恢复值；因此，围绕整个自愈过程中的恢复电量和负荷等级提出自愈恢复率指标SHRR，定义为H_SHRR：

式中：P_I,t、P_II,t、P_III,t，ω₁、ω₂、ω₃分别为I级、II级、III级负荷实际恢复功率与对应的负荷等级权重系数；为I级、II级、III级各等级负荷在t时刻的原始功率需求；Tc为故障持续时间；

自愈恢复率描述故障发生后，通过自愈控制恢复的带权重的负荷恢复电量占原始失电电量的比重；自愈恢复率反映在故障持续时间内对负荷的电量支撑情况；自愈恢复率越高，对负荷的供电，尤其是重要负荷的供电将越有保障；

(2)自愈恢复速度

为缩短用户侧停电时间，减少负荷停电损失，智能配电网要求发生故障后应尽快使无故障失电区段得到及时的供电恢复；根据受故障影响的无故障区段供电恢复的快慢，定义自愈恢复速度SHRS；故障持续时间主要由4部分构成，分别为故障区段定位时间T1、故障隔离与非故障区段恢复时间T2、故障区段抢修时间T3和全网恢复操作时间T4；

经过故障定位T1和故障隔离与非故障区段恢复时间T2后，非故障区段的负荷自愈操作完成，所有可恢复负荷已经全部恢复完毕，因此，将自愈恢复速度SHRS定义为故障区段定位时间T1与故障隔离和非故障区段恢复时间T2之和，定义为H_SHRS：

H_SHRS＝T₁+T₂

自愈恢复速度能反映出系统对故障的响应速度，直观地反映非故障区段负荷的恢复时间；

(3)自愈控制操作复杂度

自愈控制操作复杂度SHCC通过对开关操作的频繁程度来表征；频繁的开关操作增加自愈恢复过程的复杂程度，故将自愈过程中开关操作次数进行统计，作为一个自愈指标衡量自愈操作的复杂度或成本，而在离网自愈时，孤岛黑启动过程中负荷与DG需要顺次接入孤岛，该过程同样增加自愈控制操作的复杂度，因此，将自愈控制操作复杂度SHCC，定义为H_SHCC：

其中，

式中：为线路开关在故障恢复过程内的动作次数；S为配网开关集合；Tc为故障持续时间；为开关s在t时刻的状态，开关闭合时置1，断开时置0；与分别为负荷与DG在故障恢复过程内的操作次数；

(4)自愈可持续时间覆盖率

自愈可持续时间覆盖率SHCT用来描述智能配电网故障隔离后，受故障影响的非故障区域通过自愈控制策略实现供电恢复后的可持续供电能力；

自愈可分为并网与离网2种方式，假设并网自愈方式具有足够的负荷支撑能力，但基于孤岛运行的自愈方式需要考虑储能或分布式发电的可持续运行能力；智能配电网内集成智能微网，智能微网可在并网与离网2种方式下运行，当智能微网离网运行时，同样存在可持续时间问题；故障过程持续时间为T1、T2、T3和T4时间之和，孤岛或智能微网在全网恢复供电前通过自愈控制措施最大可增加的供电时间为T3与T4之和；

对于输出功率可控的柴油发电机、燃料电池、微型燃气轮机在离网自愈运行时可优先考虑作为平衡节点；其时序特性由负荷与采用PQ(U)控制策略的DG出力共同决定；当柴油发电机、燃料电池、微型燃气轮机作为平衡节点时，自愈可持续时间T^sus表示如下：

T^sus＝min(T^P,T₃+T₄)

式中：T^P为孤岛最大功率支撑时间；为孤岛内负荷节点在t时刻的有功需求；分别为DG和储能在t时刻的可用容量；当负荷需求小于孤岛内电源最大出力即可认为孤岛可持续运行；储能系统作为孤岛的平衡节点时，不仅要满足孤岛最大功率支撑时间还要保证储能荷电状态SOC在预定范围之内；

基于备用联络线路的恢复供电，只要在变压器和线路容量范围内，可持续地供电，故假设通过联络线恢复时并网自愈方式下的自愈可持续时间覆盖率为100％；智能配电网故障后可能形成多个孤岛区域，不同孤岛功率支撑情况不同，从而存在不同的自愈可持续时间；将每个孤岛的平均功率与全部恢复负荷的平均功率的比值定义为孤岛的自愈可持续时间覆盖率权重λ，系统的自愈可持续时间覆盖率SHCT，定义为H_SHCT：

式中：E_i、分别为第i个孤岛的自愈可持续时间、自愈可持续时间内恢复的电量与该时间内的平均功率；λ_i为孤岛i对应的自愈可持续时间覆盖率权重；N_sole为全部孤岛集合；

孤岛可支撑时间越长，自愈可持续时间覆盖率越高，当该值为100％时，表示恢复方案可支撑时间涵盖T3与T4，直到故障设备修复为止。

2.根据权利要求1所述的一种城市综合能源系统的故障自愈评估方法，其特征在于，基于新型故障自愈评估指标，还提出了自愈能力评估方式，具体如下：

1)输入评估区域内包括网络拓扑结构、各区段故障概率、各节点负荷曲线、DG出力曲线的参数；

2)基于每个供电区段故障概率β_i计算各供电区段自愈能力水平的权重r_i，I为供电区段个数：

3)对每个供电区段进行预想故障模拟，仿真分析区段i在t时刻发生故障后自愈过程，计算每个区段故障后在t时刻的自愈能力指标；

4)计算t时刻全系统的自愈能力指标，如下：

5)令t＝t+1，重新执行步骤3)、4)，直至t＝24；

6)基于系统24个时刻的自愈能力评估指标值，对系统进行日整体自愈能力评估计算。