基于电气联合优化潮流的电-气联合系统可靠性判断方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电气联合优化潮流的电‑气联合系统可靠性判断方法。通过多状态模型对电力‑天然气联合系统的设备可靠性进行建模，通过电气联合优化潮流构建电力‑天然气联合系统中电力和天然气的能量双向流动和能量优化配置，通过时序蒙特卡洛法利用目标函数及其约束条件对电力‑天然气联合系统的各个可能的状态均进行仿真处理，获得电力‑天然气联合系统的可靠性参数，根据可靠性参数判断是否可靠，进而采取措施提高保障电‑气联合系统的可靠性。本发明专利技术在考虑电气联合优化潮流的情况下准确判断电力‑天然气联合系统的可靠性，从而能帮助调度机构提高电力‑天然气联合系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于电气联合优化潮流的电-气联合系统可靠性判断方法
本专利技术涉及一种电网系统可靠性处理保障方法，特别是涉及了一种基于电气联合优化潮流的电-气联合系统可靠性判断方法，属于综合能源系统运行以及可靠性分析领域。
技术介绍
天然气作为一种高效，清洁的化石燃料，在近些年来得到了广泛的使用。根据中国电力企业联合会发布的报告，2016年，燃气机组的发电电量达到了1.833×108MWh，和2015年相比，同期增长了12.81％。另外，随着电转气技术的成熟，过剩的电力可以利用电转气设备，通过电解水过程转化为氢气或进一步甲烷化后，注入天然气传输系统中，从而实现了电力系统和天然气系统之间能量的双向流动。因此，电力系统和天然气系统的耦合关系被进一步加深，电力-天然气联合系统随之产生出。现有的可靠性判断方法主要用于传统的电力系统，而不能直接用于电力-天然气联合系统。这是因为电力系统和天然气系统的深度耦合，为维持电力-天然气联合系统的可靠性带来了新的挑战，主要表现在以下三个方面：第一，由天然气系统故障所引发的天然气供给不足，将会通过燃气机组引起电力系统的电力供给不足，即天然气系统的故障将会影响电力系统的可靠性，反之亦然；第二，电力系统和天然气系统之间的能量的双向流动，使得通过电气联合优化潮流实现电力系统和天然气系统之间的能量优化配置，从而进一步提高电力-天然气联合系统的可靠性。但是基于电气联合优化潮流的电力-天然气联合系统可靠性判断方法，目前还研究甚少。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中的问题，本专利技术提供了一种电气联合优化潮流的电-气联合系统可靠性判断方法，解决了在考虑电力系统和天然气系统之间的能量优化配置的情况下，电力-天然气联合系统可靠性判断的技术问题。本专利技术采用以下技术方案：本专利技术首先通过多状态模型对电力-天然气联合系统的设备可靠性进行建模，通过电气联合优化潮流构建电力-天然气联合系统中电力和天然气的能量双向流动和能量优化配置，最后通过时序蒙特卡洛法进行仿真，从而求解获得电力-天然气联合系统的可靠性值。所述的电力-天然气联合系统主要由多个节点连接构成，节点分为纯电力节点、纯天然气节点、电力-天然气节点的三类，且由纯电力节点和电力-天然气节点构成了广义电力节点，由纯天然气节点和电力-天然气节点构成了广义天然气节点；纯电力节点之间、纯电力节点和电力-天然气节点之间以及电力-天然气节点之间通过电力线路连接，纯天然气节点之间、纯天然气节点和电力-天然气节点之间以及电力-天然气节点之间通过天然气管道连接；实际系统中，只与电力线路连接的节点为纯电力节点，只与电力线路连接的节点为纯电力节点。节点中具有燃气机组、非燃气机组、天然气源和电转气设备的四类设备并且连接有天然气负荷和电力负荷，纯电力节点包括电力负荷和非燃气机组的其中之一及以上，纯天然气节点包括天然气负荷和天然气源的其中之一及以上，同时纯电力节点、纯天然气节点均可不包括任何设备。电力-天然气节点包括电力负荷和非燃气机组的之一或者两者且包含天然气负荷和天然气源的之一或者两者，或包含燃气机组和电转气设备的之一或者两者。燃气机组和电转气设备分别用于消耗天然气产生电力和消耗电力产生天然气，燃气机组和电转气设备均属于能量耦合设备；非燃气机组和天然气气源分别用于产生电力和产生天然气。通常，燃气机组连接在电力负荷和天然气气源之间，电转气设备连接在天然气负荷和非燃气机组之间。电力负荷是指消耗电力的负载设备，天然气负荷是指消耗天然气的负载设备。电转气设备由多个电转气模组并列运行，同一节点的所有燃气机组聚合成为一个燃气机组等效体，电转气模组具有两状态，两状态为“正常工作”和“完全失效”的两种状态，燃气机组和电转气设备具有多状态，燃气机组等效体具有多状态，多状态为介于“正常工作”和“完全失效”两种状态之间的中间多个状态。由燃气机组和电转气设备的不同状态排列组合构成电力-天然气联合系统所有可能具有的状态；传统的对设备进行可靠性建模的方法，只考虑其产生电力和产生天然气。针对能量耦合设备，其电力和天然气的产生分别与该设备的天然气和电力消耗有关。在本专利技术中，能量耦合设备的多状态模型分别还考虑了天然气和电力的输入。方法主要包括以下步骤：1)通过多状态模型对电力-天然气联合系统的设备可靠性进行建模包括燃气机组的可靠性多状态模型的建立和电转气设备的可靠性多状态模型的建立。1.1)建立燃气机组的可靠性多状态模型，处理获得燃气机组等效体的可调度发电容量；燃气机组的可靠性多状态模型包含控制性和随机性，控制性体现在燃气机组的实际发电量被限制在其发电容量之内，随机性体现在其发电容量是由燃气机组的随机故障和修复决定的。最终，燃气机组的可靠性多状态模型表征为，燃气机组的发电容量随着故障下降不同的水平。1.1.1)燃气机组的发电容量受限于燃气机组的天然气供给状况，而天然气的供给状况可能受到天然气系统中电转气设备的随机故障及天然气源的产气量的影响。首先，采用以下公式根据燃气机组j在时刻t的发电量处理得到燃气机组j在时刻t的天然气供给量其中，aj、bj和cj分别为燃气机组j的第一、第二、第三热效率系数，Hg是天然气的热值；j表示燃气机组的序数；e表示电力，g表示天然气，gfu表示燃气机组；1.1.2)燃气机组的可调度发电容量是由其随机的故障和修复，以及天然气的供给状况共同决定的，因此，采用以下公式处理获得燃气机组j在状态下的可调度发电容量其中，代表由天然气供给状况决定的燃气机组j的天然气供给上限，为该燃气机组j在状态下的发电容量，表示电力-天然气节点i中燃气机组j的状态序数，表示电力-天然气节点i中燃气机组j的状态总数；该燃气机组j在时刻t的随机的发电容量可表达为根据燃气机组j所有可能的状态建立的燃气机组j的发电容量集合中的一个元素。具体表达为其中，为该燃气机组在状态下的发电容量。，表达为例如，具体实施中，对于一个现实中存在的燃气机组，它的共有4个状态，序号为1，2，3，4。在这4个状态下对应的发电容量分别为575MW，482MW，247MW和0MW。那么其发电容量的集合表达为{575,482,247,0}MW，其在时刻t下的状态若为序号则改状态下的发电容量1.1.3)采用以下公式处理获得由电力-天然气节点i所拥有的燃气机组聚合成为的燃气机组等效体的可调度发电容量其中，i表示所有节点的序数，表示电力-天然气节点i的燃气机组等效体在状态下的发电容量，表示电力-天然气节点i中的状态序数，j表示电力-天然气节点i中燃气机组的序数，表示电力-天然气节点i所拥有的燃气机组的总数量；Egfu表示燃气机组等效体；电力-天然气节点i中的燃气机组等效体状态是根据该燃气机组等效体所包含的燃气机组的状态的组合获得。该燃气机组j在时间t的可调度发电容量为在时刻t下根据该燃气机组等效体所包含的燃气机组的状态的组合及其相应的可调度发电容量建立的燃气机组等效体的可调度发电容量集合中的一个元素，表达为例如，具体实施中，电力-天然气节点i上的燃气机组等效体包含2个燃气机组。这两个燃气机组分别包含3个可能的状态，即其可调度发电容量分别为{0，1，2}MW。那么，该燃气机组等效体的可调度发电容量的集合可表示为{0，1，2，3，4}MW。那么该燃气机组等效体在时刻t本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电气联合优化潮流的电‑气联合系统可靠性判断方法，其特征在于：首先通过多状态模型对电力‑天然气联合系统的设备可靠性进行建模，通过电气联合优化潮流构建电力‑天然气联合系统中电力和天然气的能量双向流动和能量优化配置，最后通过时序蒙特卡洛法进行仿真，从而求解获得电力‑天然气联合系统的可靠性值。

【技术特征摘要】
1.一种电气联合优化潮流的电-气联合系统可靠性判断方法，其特征在于：首先通过多状态模型对电力-天然气联合系统的设备可靠性进行建模，通过电气联合优化潮流构建电力-天然气联合系统中电力和天然气的能量双向流动和能量优化配置，最后通过时序蒙特卡洛法进行仿真，从而求解获得电力-天然气联合系统的可靠性值。2.根据权利要求1所述的一种电气联合优化潮流的电-气联合系统可靠性判断方法，其特征在于：所述的电力-天然气联合系统主要由多个节点连接构成，节点分为纯电力节点、纯天然气节点、电力-天然气节点的三类；纯电力节点之间、纯电力节点和电力-天然气节点之间以及电力-天然气节点之间通过电力线路连接，纯天然气节点之间、纯天然气节点和电力-天然气节点之间以及电力-天然气节点之间通过天然气管道连接；节点中具有燃气机组、非燃气机组、天然气源和电转气设备的四类设备并且连接有天然气负荷和电力负荷，纯电力节点包括电力负荷和非燃气机组的其中之一及以上，纯天然气节点包括天然气负荷和天然气源的其中之一及以上，电力-天然气节点包括电力负荷、非燃气机组、天然气负荷、天然气源、燃气机组和电转气设备的其中之一及以上，同时纯电力节点、纯天然气节点均可不包括任何设备；电转气设备由多个电转气模组并列运行，同一节点的所有燃气机组聚合成为一个燃气机组等效体，电转气模组具有两状态，两状态为“正常工作”和“完全失效”的两种状态，燃气机组和电转气设备具有多状态，燃气机组等效体具有多状态，多状态为介于“正常工作”和“完全失效”两种状态之间的中间多个状态。由燃气机组和电转气设备的不同状态排列组合构成电力-天然气联合系统所有可能具有的状态。3.根据权利要求1所述的一种电气联合优化潮流的电-气联合系统可靠性判断方法，其特征在于：所述方法主要包括以下步骤：1)通过多状态模型对电力-天然气联合系统的设备可靠性进行建模1.1)建立燃气机组的可靠性多状态模型，处理获得燃气机组等效体的可调度发电容量；1.1.1)首先，采用以下公式根据燃气机组j在时刻t的发电量处理得到燃气机组j在时刻t的天然气供给量其中，aj、bj和cj分别为燃气机组j的第一、第二、第三热效率系数，Hg是天然气的热值；j表示燃气机组的序数；1.1.2)采用以下公式处理获得燃气机组j在状态下的可调度发电容量其中，代表由天然气供给状况决定的燃气机组j的天然气供给上限，为该燃气机组j在状态下的发电容量，表示电力-天然气节点i中燃气机组j的状态序数，表示电力-天然气节点i中燃气机组j的状态总数；1.1.3)采用以下公式处理获得由电力-天然气节点i所拥有的燃气机组聚合成为的燃气机组等效体的可调度发电容量其中，i表示所有节点的序数，表示电力-天然气节点i的燃气机组等效体在状态下的可调度发电容量，表示电力-天然气节点i中的状态序数，j表示电力-天然气节点i中燃气机组的序数，表示电力-天然气节点i所拥有的燃气机组的总数量；1.1.4)采用以下公式处理获得时刻t由电力-天然气节点i所拥有的燃气机组聚合成为的燃气机组等效体的发电量Pie,Egfu(t)和天然气供给量Pig,Egfu(t)：1.2)建立电转气模组的可靠性多状态模型，处理获得电转气设备的可调度发电容量；1.2.1)采用以下公式处理获得根据电转气模组j在时刻t的电力供给量获得电转气模组j在时刻t的产气量其中，为电转气的能量转化效率，Hg是天然气的热值；j表示电转气模组的序数；1.2.2)采用以下公式处理获得电转气模组j在状态下的可调度产气容量其中，代表由电力供给状况决定的电转气模组j的电力供给上限，，表示电转气模组j在状态下该电转气模组的产气容量，表示电转气模组j的状态序数，表示电力-天然气节点i的电转气设备中电转气模组j的状态总数；1.2.3)采用以下公式处理获得电力-天然气节点i的电转气设备在状态hptg下的可调度产气容量：其中，i表示电力-天然气节点的序数，表示电力-天然气节点i的电转气设备在状态下的可调度产气容量，j表示电力-天然气节点i的电转气设备中...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁一，王盛，叶承晋，邵常政，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33