一种含智能软开关的电-热综合能源系统负荷恢复方法及系统

本发明涉及多能流耦合系统，具体涉及一种含智能软开关的电-热综合能源系统负荷恢复方法。

背景技术：

1、近年来飓风、暴风雪和冰灾等极端自然灾害频繁发生，使得关键供能设施，如输电线、天然气和供热管道遭到大范围破坏，供能中断事故屡有发生。极端自然灾害下，大面积供能中断事故频繁发生，严重威胁综合能源系统安全可靠运行。因此，在电力系统，以韧性为导向的能源系统灾后负荷恢复引起研究者的广泛关注。

2、在中国北方，热电联产机组(combined heat and power，chp)承担了超过45％的供暖需求，近年来，chp机组、电锅炉(electric boil，eb)等耦合设备的广泛应用促进了配电系统(power distribution systems，pds)和区域供热系统(district heatingsystems，dhs)的深度耦合，各子系统间的复杂耦合特性已成为电-热综合能源系统以韧性导向的负荷恢复带来了巨大挑战。一方面，仅依靠单一系统故障隔离可能引发故障传播，例如不合理的pds开关操作可能会导致chp机组热输出功率降低，造成不必要的热负荷损失。另一方面，在快速负荷恢复阶段，当pds和dhs协同运行时，才能充分挖掘灵活性资源紧急控制的能力(如chp机组快速调节能力)。因此，电力系统与供热系统负荷恢复需要协同。

技术实现思路

1、本技术提供一种含智能软开关的电-热综合能源系统负荷恢复方法，实现dhs和pds的短期协同负荷恢复，提升电-热综合能源系统韧性，保障系统安全稳定运行。

2、一种含智能软开关的电-热综合能源系统负荷恢复方法，包括：

3、建立目标函数：设置电-热综合能源系统失负荷量最小的目标函数，考虑包括：电负荷及热负荷损失数量，电负荷及热负荷权重，隔离阶段持续时间，长期负荷恢复阶段持续时间，故障场景出现可能性；

4、设定sop运行约束：包括sop向外输出的总有功功率，sop两侧vsc的损耗功率与输出功率的关系，vsc输出功率极限约束；

5、设定网络拓扑约束：确定所述电-热综合能源系统在故障隔离阶段的第一网络拓扑约束条件，以及在故障恢复阶段的第二网络拓扑约束条件；

6、设定电力系统运行模型约束：包括节点功率平衡方程、支路容量约束、chp功率约束、dg功率约束；

7、设定区域供热系统运行模型约束：确定区域供热系统运行模型的约束条件，包括chp热功率约束、hb热功率约束、管道传输容量约束；

8、计算得到韧性指标：利用内点法法，在上述步骤给定的目标函数和约束条件下，计算得到所述电-热综合能源系统的韧性指标。

9、在一些实施例，所述电-热综合能源系统失负荷量最小的目标函数公式为：

10、

11、所述电-热综合能源系统的韧性指标计算公式为：

12、

13、其中，表示电负荷损失数量，表示热负荷损失数量，aj表示电负荷权重，bj表示热负荷权重表示，ti表示隔离阶段持续时间，tr表示长期负荷恢复阶段持续时间，ps表示故障场景s出现可能性。

14、在一些实施例，所述第一网络拓扑约束条件为：

15、(1)当闭合管道/线路发生故障时，该管道/线路将断开：

16、

17、其中，zij,s,t表示线路/管道(i,j)连接状态，sij,0表示线路/管道(i,j)开关配置状态，fij,s表示线路/管道(i,j)故障状态；

18、(2)仅当故障区内管道/线路检修后，其配置开关/阀门可用于故障隔离，非故障区配置的开关/阀门可直接用于故障隔离；

19、(3)当闭合管道/线路两端节点将同时被划分为故障区/非故障区：

20、

21、

22、其中，χi,s,t表示节点i所属区域，χj,s,t表示节点j所属区域；

23、(4)当热电联产机组在配电系统/区域供热系统被划分为故障区时，在另一系统也将被划分为故障区。

24、在一些实施例，所述第二网络拓扑约束条件为：

25、(1)仅当故障区内管道/线路检修后，其配置开关/阀门可用于故障恢复，非故障区开关/阀门可直接用于故障恢复；

26、(2)在隔离阶段划分的故障区-非故障区不允许再次重新相连；

27、(3)pds网络拓扑需满足辐射状约束条件：

28、

29、|aji,s,t|≤zij,s,tnij,

30、

31、

32、

33、其中，nij，ns表示配电网节点和根节点的数量，aji,s,t为辅助变量、表示线路(i,j)两端节点的父子关系，aji,s,t＝1表示节点j为节点i的父节点，dj,s,t表示节点j负荷状态；

34、(4)dhs网络拓扑保持不变。

35、在一些实施例，所述配电系统运行模型的约束条件包括：

36、支路容量约束：断开/故障输电线路传输功率为零，闭合输电线路传输功率不允许超过其限值；

37、chp功率约束：故障区内chp机组有功、无功功率为零，非故障区内chp机组的有功、无功功率在设定的安全运行上、下限值之间；

38、dg功率约束：故障区内dg有功、无功功率为零，非故障区内dg的有功、无功功率在设定的安全运行上、下限值之间；

39、节点失负荷约束：故障区内电负荷将全部失去，非故障区内节点失负荷量小于或等于节点负荷量；

40、闭合输电线路节点电压需满足支路潮流约束。

41、在一些实施例，所述区域供热系统运行模型的约束条件包括：

42、(1)区域供热系统中热电联产机组热功率约束：

43、电力系统与区域供热系统的耦合元件——区域供热系统中chp的运行特性方程约束：

44、

45、其中，表示chp热输出功率，表示chp输出电功率与输出热功率比值的上下限；

46、故障区内chp热功率为零，非故障区内chp的热功率在设定的安全运行上、下限值之间：

47、(3)区域供热系统中热泵热功率约束条件：

48、故障区内hb热功率为零，非故障区内hb的热功率在设定的安全运行上、下限值之间；

49、hb热功率和燃料消耗之间的关系：

50、

51、其中，为hb的燃料消耗量，γj为hb热功率与燃料消耗量的比值；

52、(3)区域供热系统中热网管道热量损失方程约束条件：

53、

54、其中，为热网管道始端循环水的可利用热功率,即供水管网中该管道始端工质流所含热功率与回水管网中对应工质流所含热功率之差，为管道始端及末端循环水的热功率损失；

55、(4)管道传输容量约束：断开/故障管道传输热功率为零，闭合管道传输热功率不允许超过其限值；

56、(5)节点热平衡约束条件：

57、

58、其中，表示热站k输出热功率，表示负荷j的热功率以及损失的热功率；

59、(6)节点失负荷约束：故障区内电负荷将全部失去，非故障区内节点失负荷量小于或等于节点负荷量。

60、依据上述实施例的方法，本技术通过设定智能软开关的运行约束和网络拓扑约束条件，实现了配电系统和区域供热系统的协同韧性提升；在电力系统运行模型的约束条件中，考虑了chp和dg的功率约束，以及节点失负荷约束，提高了电力系统的恢复能力；在区域供热系统运行模型的约束条件中，考虑了chp和hb的热功率约束，以及管道传输容量约束，提高了区域供热系统的恢复能力；通过利用内点法法求解目标函数和约束条件，得到了一种可行的电-热综合能源系统协同韧性提升策略，该策略可以实际应用于电-热综合能源系统韧性提升策略的制定。通过智能软开关的使用，提高电力系统的灵活性和可控性，从而在极端天气事件等紧急情况下，快速恢复电力供应，减少失负荷量，保证系统安全稳定运行