多能源耦合和转换的综合能源系统多状态可靠性评估方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多能源耦合和转换的综合能源系统多状态可靠性评估方法。建立考虑多能源转换的多能源转换元件多状态可靠性模型，采用聚类算法可靠性聚合，并映射形成聚合多状态可靠性模型；建立考虑多能源耦合的多能源耦合元件多状态可靠性模型，再采用高斯近似和采样近似依次可靠性近似处理获得多状态近似可靠性模型；将聚合多状态可靠性模型和多状态近似可靠性模型，按照快速可靠性评估方法处理获得综合能源系统的可靠度，实现可靠性评估。本发明专利技术从时间以及精度上改进传统可靠性评估方法，减少了计算时间，快速有效地实现了系统可靠性的估计。靠性的估计。靠性的估计。

【技术实现步骤摘要】
多能源耦合和转换的综合能源系统多状态可靠性评估方法


[0001]本专利技术属于综合能源系统领域的一种系统可靠性提取方法，具体是涉及了一种考虑多能源耦合和转换的综合能源系统快速多状态可靠性评估方法。

技术介绍

[0002]综合能源系统是指一定区域内利用先进的物理信息技术和创新管理模式，整合区域内煤炭、石油、天然气、电能、热能等多种能源，实现多种异质能源子系统之间的协调规划、优化运行，协同管理、交互响应和互补互济。在满足系统内多元化用能需求的同时，要有效地提升能源利用效率，促进能源可持续发展的新型一体化的能源系统。
[0003]可靠性技术是在第二次世界大战后首先从航天工业和电子工业发展起来的，综合能源系统的任务是向用户提供源源不断、质量合格的能源，具体包含气能，热能、电能等。由于综合能源系统各种设备，包括能源耦合设备(例如热电联产机组，天然气机组，冷热电联产机组等)、能源传输设备(例如城市综合管理等)、断路器等一次设备及与之配套的二次设备，都会发生不同类型的故障，从而影响综合能源系统正常运行和对用户正常供能。综合能源系统故障，对能源企业、用户和国民经济某些环节，都会造成不同程度的经济损失。随着社会现代化进程的加快，生产和生活对各类气热冷电能源的依赖性也越来越大，而断停各类能源造成的损失也日益增大。因此，要求综合能源系统应有很高的可靠性。
[0004]可靠性评估是计算分析可能故障状态的概率与后果,得出反映系统可靠性水平的一系列指标。然而,在一个具有几百乃至上千个元件的实际系统中，可能发生的故障状态的数量巨大。由于计算时间与计算资源的限制,在实际评估中不可能对所有可能的故障状态进行评估。因此,状态枚举法仅筛选对系统可靠性贡献大的故障状态进行评估。最常用的选择方法是截止故障重数,即选择2重或3重以下故障状态,忽略更高重的故障状态。该方法的优点是所选状态的概率之和接近于1,且数量较少。但是,在实际系统中,由于元件的停运概率不同,一些高重故障会比低重故障的发生概率大。以具有71个元件的IEEE
‑
RTS系统为例,当元件采用2状态模型时,考虑N
‑
3的系统状态数量是57226,概率之和为0.95110503。实际上,概率较大的前57226个状态包括16786个0～3重故障状态和40440个4重～6重故障状态,概率之和为0.98976138。这些高重故障状态的概率大且后果严重,对系统的可靠性影响很大,而通过截止故障重数进行状态筛选会忽略掉这些大概率高重故障。由上可知，在可靠性分析中，状态选择的数量多上，保留或者删除，都会对最终结果造成很大的影响，这就意味着在系统的快速且较准确的可靠性分析是一个很有必要的研究方向。
[0005]目前的可靠性评估方法主要集中于电力系统可靠性分析，但是随着多种耦合能源的引入，仅能评估电能的电力系统可靠性分析不在适用于含有多能源耦合的综合能源系统可靠性分析，关于气、热、冷、电等多种能源需要同时在可靠性中得到体现了。所以本专利技术提出一种新的可靠性评估方法，可以用于计算考虑多能源耦合的综合能源系统可靠性。
[0006]与此同时，随着多种耦合能源的引入，多能源转换是综合能源系统的典型特征，不同能源可以通过多能源转换过程变成另一种能源，从而实现能源之间的复杂耦合。仅能评
估电能的电力系统可靠性分析不在适用于含有多能源转换过程的综合能源系统可靠性分析，关于气、热、冷、电等多种能源的转换耦合需要同时在可靠性中得到体现了。传统的可靠性评估方法无法对多能源转换多能源转换的综合能源系统可靠性进行评估，所以本专利技术提出一种新的可靠性评估方法，可以用于计算考虑多能源转换的综合能源系统可靠性。
[0007]现有部分算法可以用于计算综合能源系统的可靠性，但是这类算法都是把综合能源系统的运行看成是两个状态，即完全故障或者完美运行，并没有考虑综合能源系统的运行中间状态，从而由于对综合能源系统运行建模不充分，使得得到的可靠性模型无法精确反应综合能源系统的可靠性。所以本专利技术提出一种考虑多能源耦合和转换的综合能源系统多状态可靠性模型，将综合能源系统运行的多个中间状态考虑进系统的可靠性。
[0008]目前已有的算法计算综合能源系统的可靠性时，常常面临系统规模扩大，可靠性计算时间也急剧增加的难题，从而降低了可靠性评估的实用性，精确可靠性评估往往和快速计算不能同时满足，但从实际角度考虑，在系统运行中，一定范围内的误差时可以接受的，最重要的是尽可能快的得到满足精度要求的系统可靠性。所以本专利技术提出一种考虑多能源耦合和转换的综合能源系统快速多状态可靠性算法，使得综合能源系统的可靠性可以快速评估。
[0009]现有技术的缺点总结如下：
[0010]现有技术缺点1：传统可靠性计算的算法主要集中于电力系统可靠性分析，但是随着多种耦合能源的引入，仅能评估电能的电力系统可靠性分析不在适用于含有多能源转换的综合能源系统可靠性分析。
[0011]现有技术缺点2：传统可靠性计算的算法主要集中于电力系统可靠性分析，但是随着多种耦合能源的转换过程的复杂化，仅能评估电能的电力系统可靠性分析不在适用于含有多能源转换过程的综合能源系统可靠性分析。
[0012]现有技术缺点3：现有技术是把综合能源系统的运行看成是两个状态，即完全故障或者完美运行，并没有考虑综合能源系统的运行中间状态，从而由于对综合能源系统运行建模不充分，使得得到的可靠性模型无法精确反应综合能源系统的可靠性
[0013]现有技术缺点4：现有技术计算综合能源系统的可靠性时，常常面临系统规模扩大，可靠性计算时间也急剧增加的难题，从而降低了可靠性评估的实用性，精确可靠性评估往往和快速计算不能同时满足。

技术实现思路

[0014]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种考虑多能源耦合和转换的综合能源系统快速多状态可靠性评估方法，从时间以及精度上改进传统可靠性评估方法，减少了计算时间，快速有效地实现了系统可靠性的估计。
[0015]如图1所示，本专利技术的技术方案如下：
[0016]第一步：建立考虑多能源转换的综合能源系统的多能源转换元件多状态可靠性模型，并采用基于矩阵的通用生成函数的形式表征；采用聚类算法对多能源转换元件多状态可靠性模型进行可靠性聚合，并映射形成聚合多状态可靠性模型，并采用基于矩阵的通用生成函数的形式表征；
[0017]第二步：建立考虑多能源耦合的综合能源系统的多能源耦合元件多状态可靠性模
型，并采用多维通用生成函数的形式表征；再采用高斯近似和采样近似依次对多能源耦合元件多状态可靠性模型进行可靠性近似处理获得多状态近似可靠性模型，并采用近似多维通用生成函数的形式表征；
[0018]第三步：将聚合多状态可靠性模型和多状态近似可靠性模型，按照快速可靠性评估方法快速处理获得满足不同多能负荷需求下的综合能源系统的可靠度，实现可靠性评估。
[0019]具体实施，还可进一步利用可靠度建立可靠性约束条件进行综合能源系统的结构规划和备用优化调度，进而提高综合能源系统的可靠性。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多能源耦合和转换的综合能源系统多状态可靠性评估方法，其特征在于：第一步：建立考虑多能源转换的综合能源系统的多能源转换元件多状态可靠性模型，采用聚类算法对多能源转换元件多状态可靠性模型进行可靠性聚合，并映射形成聚合多状态可靠性模型；第二步：建立考虑多能源耦合的综合能源系统的多能源耦合元件多状态可靠性模型，再采用高斯近似和采样近似依次对多能源耦合元件多状态可靠性模型进行可靠性近似处理获得多状态近似可靠性模型；第三步：将聚合多状态可靠性模型和多状态近似可靠性模型，按照快速可靠性评估方法处理获得满足不同多能负荷需求下的综合能源系统的可靠度，实现可靠性评估。2.根据权利要求1所述的一种多能源耦合和转换的综合能源系统多状态可靠性评估方法，其特征在于：所述的综合能源系统等效为由多能源转换子系统和多能源耦合子系统串联组成的结构，多能源转换子系统由多能源转换元件并联组成，多能源耦合子系统由多能源耦合元件并联组成。3.根据权利要求1所述的一种多能源耦合和转换的综合能源系统多状态可靠性评估方法，其特征在于：所述第一步，具体为：S11、建立的多能源转换元件多状态可靠性模型中，多能源转换元件并联组成多能源转换子系统，每个多能源转换元件的状态用参数和C
i,j
表示，其中i表示多能源转换元件的序号，j表示状态的序号，表示多能源转换元件i处于状态j的概率，C
i,j
表示多能源转换元件i处于状态j时的能源转换矩阵，以表征输入和输出多能源转换元件i的能源参数之间的能源转换能力。S12、针对每个多能源转换元件，将多能源转换元件的所有状态均采用K
‑
means聚类算法进行聚合，使得多能源转换元件的共计s个原始状态被聚类为K个聚合集；经过K
‑
means聚类后，将多能源转换元件的能源转换能力表征为K个聚类能源转换矩阵及其对应概率及其对应概率式中，表示多能源转换元件i处于聚类状态j下的输入能源参数v到输出能源参数v
’
的能源转换能力。4.根据权利要求3所述的一种多能源耦合和转换的综合能源系统多状态可靠性评估方法，其特征在于：针对每一个聚合集a，每个聚合集a包含了K
a
个原始状态，即a表示聚合集的
序号，由聚合集a包含的所有原始状态组成一个聚合状态，以聚合集a包含的原始状态所对应的能源转换矩阵的平均值作为聚合状态的聚类能源转换矩阵以聚合集a包含的原始状态所对应的概率之和作为聚合状态的概率5.根据权利要求1所述的一种多能源耦合和转换的综合能源系统多状态可靠性评估方法，其特征在于：所述的第一步后，建立以下的聚合多状态可靠性模型为：式中，表示考虑多能源转换的多能源转换子系统采用矩阵通用生成函数表征的聚合多状态可靠性函数，G表示经过整理后的多能源转换子系统的所有聚合状态数，表示多能源转换子系统处于聚合状态j的概率，表示多能源转换子系统处于聚合状态j的聚类能源转换矩阵，n表示多能源转换子系统包含的多能源转换元件数；j
i
表示第i个多能源转换元件的聚合状态序号，i为多能源转换子系统包含的n
o
个多能源转换元件的序号，即n
o
表示多能源转换子系统包含的多能源转换元件数，表示第i个多能源转换元件在聚合状态为j
i
时的聚类能源转换矩阵，表示第i个多能源转换元件处于聚合状态j
i
的概率。6.根据权利要求1所述的一种多能源耦合和转换的综合能源系统多状态可靠性评估方法，其特征在于：所述第二步具体为：S21、建立的多能源耦合元件多状态可靠性模型中，多能源耦合元件并联组成多能源耦合子系统，每个多能源耦合元件的状态用参数p
i,j
和w
i,j
表示，p
i,j
表示多能源耦合元件i处于状态j的概率，w
i,j
表示多能源耦合元件i处于状态j时的输出出力；且每个多能源耦合元件的输出出力均用多种能源参数来表征，多能源耦合元件i处于状态j时的输出出力w
i,j
表征为其中表示多能源耦合元件i处于状态j时能源参数v对应的输出出力，v表示能源参数的序号；S22、采用高斯近似对多能源耦合元件多状态可靠性模型进行可靠性近似，将多能源耦合子系统的可靠性均近似为一个多维高斯函数，构成多状态高斯近似可靠性模型，如下：合子系统的可靠性均近似为一个多维高斯函数，构成多状态高斯近似可靠性模型，如下：合子系统的可靠性均近似为一个多维高斯函数，构成多状态高斯近似可靠性模型，如下：式中，表示多能源耦合子系统的输出出力分布概率密度函数；表示由V个能源参数表征的多能源耦合子系统输出出力，由V个能源参数表征的多能源耦合子系统输出出力，表示能源参数v对应的输出出力下多能源耦合子系统输出出力；μ
W1
表示多能源耦合子系统
包含的n个多能源耦合元件的输出出力的均值，包含的n个多能源耦合元件的输出出力的均...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡怡霜，丁一，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：