[发明专利]基于故障关联矩阵的园区综合能源系统可靠性计算方法

权利要求书

1.一种基于故障关联矩阵的园区综合能源系统可靠性计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)对于给定的园区综合能源系统，输入如下参数信息：设备参数，包括系统中各设备的类型、数量、额定容量、功率、以及设备的效率或能效比；系统拓扑参数，包括支路、设备、母线连接关系，联络开关位置；系统运行参数，包括各母线上负荷大小及负荷优先级、设备的优先启停顺序；系统故障参数，包括各设备的故障率、故障修复时间，故障后系统调度转供时间；

2)采用广度优先搜索算法，从源设备开始搜索设备、支路和母线，按搜索顺序对设备、支路、母线分别编号；对同一母线上的多条输出支路及同类型设备，编号时按支路负荷的优先级或设备的优先启停顺序从高到低排列；对母线进行层级划分，从源设备开始，能流每经过一条母线，则该条母线的层级增加一级；

3)将所有设备故障率、故障修复时间和母线负荷分别按编号顺序排列，建立设备故障率向量设备故障修复时间向量和母线负荷列向量P＝[P₁ P₂…P_k…P_b]^T，其中m为设备的总数，b为系统中的母线总数，分别表示设备i的故障率与故障修复时间；P_k表示母线k上的直供负荷；

4)根据步骤1)输入的设备参数、系统拓扑参数和系统运行参数，建立设备-输入支路关联矩阵C、各母线的母线-输入支路向量母线-输出支路矩阵支路能量转换系数矩阵L、母线间转供关系矩阵T；

5)根据输入的设备额定容量和步骤4)中得到的设备-输入支路矩阵C、母线-输入支路向量和母线-输出支路矩阵逐个设备计算当设备i故障时系统所有支路的最大供能能力向量形成设备故障时所有支路最大供能能力矩阵Z^max,end；具体如下：

(5.1)计算系统所有支路的容量约束向量V^c，包括；

(5.1.1)设系统中共有m台设备、n条支路、b条母线，其中转化设备m_ec台，源设备m_s台，储能设备m_es台；根据输入的设备参数信息，生成设备额定容量向量与储能设备最大存储能量向量是第i台设备的额定容量，是第l台储能设备的最大存储能量；

(5.1.2)生成源设备支路容量约束向量

式中，为向量的第j个元素，j为源设备i的输出支路；为源设备i的额定容量；

(5.1.3)生成储能设备支路容量约束向量

式中，为向量的第j个元素，j为储能设备l的输出支路；为储能设备l的额定容量；

(5.1.4)计算转化设备输入支路容量约束向量和输出支路容量约束向量

式中，C为设备-输入支路关联矩阵；S^r为设备额定容量向量；L为支路能量转换系数矩阵；

(5.1.5)生成负荷支路容量约束向量

式中，为向量的第j个元素，j为母线k上直供负荷支路；P_k为母线k的直供负荷大小；

(5.1.6)计算系统中所有支路的容量约束向量：

式中，V^c为系统所有支路的容量约束向量；为源设备支路容量约束向量；为储能设备支路容量约束向量；为转化设备输入支路、输出支路的容量约束向量；为负荷支路容量约束向量；

(5.2)当设备i出现故障，根据设备i类型对V^c进行修正得到包括：

(5.2.1)若设备i为转化设备，则对设备的额定容量向量S^r进行修正：

式中，为修正后的S^r中第i个元素；

则转化设备的输入支路的容量约束向量修正为：

输出支路的容量约束向量修正为：

式中，C为设备-输入支路关联矩阵；L为支路能量转换系数矩阵；

(5.2.2)若设备i为源设备，则对源设备的输出支路容量约束向量进行修正：

式中，为修正后的中第j个元素，j为源设备i的输出支路；

(5.2.3)对储能设备的输出支路容量约束向量进行修正，其中，

若设备i不为储能设备，则储能设备的输出支路容量约束向量修正为：

式中，为修正后的中第j_l个元素，j_l为储能设备l输出支路，E^sc(l)为储能设备l的最大存储能量，为设备i的故障修复时间；m_es为系统中储能设备总数；

若设备i为储能设备，则储能设备的输出支路容量约束向量修正为：

式中，为修正后的中第j_i个元素，j_i为储能设备i的输出支路；

(5.2.4)计算设备i故障时系统所有支路的设备容量约束向量

式中，分别为设备i故障时修正后的源设备输出支路、储能设备输出支路、转化设备输入支路和输出支路的设备容量约束向量；

(5.3)计算设备i故障时系统所有支路的最大供能能力向量包括：

(5.3.1)定义设备i故障时支路最大供能能力向量令

(5.3.2)设母线k的输出支路数为q_k，则母线k输出支路的母线容量分配约束向量为：

式中，‖·‖为对矩阵中小于零的元素取零；母线k的母线-输入支路向量，为母线k的母线-输出支路矩阵；为设备i故障时的所有支路设备容量约束向量；

(5.3.3)计算设备i故障时母线k的输出支路的最大供能能力向量

式中，为母线k的母线-输出支路矩阵；为母线k输出支路的母线容量分配约束向量；为设备i故障时的所有支路设备容量约束向量；

(5.3.4)计算设备i故障时母线k输出支路最大供能能力约束下的下级设备输出支路最大供能能力向量

式中，L为支路能量转换系数矩阵；为设备i故障时母线k的输出支路最大供能能力向量；

(5.3.5)设当前母线的层级为h，遍历该层级的所有母线，重复第(5.3.2)步至(5.3.4)步，在该层级所有母线遍历完成后更新支路的最大供能能力向量

式中，Ω_h为等级为h的母线集合；为设备i故障时母线k的输出支路最大供能能力向量；为设备i故障时母线k下级设备输出支路最大供能能力向量；

(5.3.6)重复第(5.3.2)步至(5.3.5)步，遍历系统中所有母线层级，计算设备i故障时系统所有支路的最大供能能力向量

式中，H为系统中母线层级总数；

(5.4)重复第(5.2)步至(5.3)步，遍历系统中所有设备，得到设备故障时所有支路最大供能能力矩阵

6)根据设备故障时支路最大供能能力矩阵Z^max,end，考虑故障后负荷的恢复与母线间的转供，建立设备故障时母线剩余供能能力矩阵F_A、母线转供负荷矩阵F_B、母线停供负荷矩阵F_C；

7)根据矩阵F_A、F_B、F_C与步骤3)得到的故障参数向量λ^d、U^d，计算园区综合能源系统各母线的可靠性指标，包括母线年均停供频率指标λ^b、年均停供时间指标U^b与期望缺供量指标EENS^b。