极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升方法技术

本公开提供了一种极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升方法，结合极端天气对配电网的致灾机理，模拟其扰动过程；分析配电网元件在极端天气扰动下的脆弱性，建立元件故障率模型；基于时变故障率曲线，生成配电网的概率性故障场景，获得扰动过程中配电网的相继故障位置及故障时刻；模拟综合能源系统在配电网故障后的响应过程，模拟过程中采用配电网最优负荷削减策略，以配电网优先保证重要负荷供电的原则为目标，通过多能协调对配电网供电进行支撑，确定最优协调方案，以提升配电网弹性。

Flexible lifting method of distribution network based on multi energy coordination in extreme weather

【技术实现步骤摘要】
极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升方法
本公开属于配电网弹性协调
，涉及一种极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。全球气候剧烈变化导致极端天气灾害频发，给配电网的安全稳定运行带来极大威胁，往往导致大规模停电事故并造成严重的社会和经济损失。因此，要求配电网不仅要在正常运行条件下向用户持续提供安全、可靠、优质、经济的电能，更要在极端天气扰动下具备一定的抗灾能力以保障电能的持续稳定供应，称之为弹性。配电网弹性用于反映在小概率-高损失的极端事件中，配电网最小化灾害影响范围、保证关键负荷持续供电并迅速恢复断电负荷的能力。考虑到气候异常的强烈影响，预计未来此类极端天气事件的频率和严重性将会持续增加，采取相应措施提升配电网弹性显得尤为重要。在能源危机和环境污染双重背景下，综合能源系统(integratedenergysystem，IES)凭借其优越的能量利用效率和可再生能源消纳能力取得了飞速发展。在IES中，配电网与供热系统、天然气系统通过燃气轮机(gasturbine，GT)、热电联产机组(combinedheatandpowerunit，CHP)、燃气锅炉(gasboiler，GB)等一系列能量转换设备紧密耦合，实现了电、热、气等多种能源形式的灵活转换和协调互补，赋予了配电网更多灵活有效的故障应对策略。在综合能源背景下，极端天气扰动使配电网大面积停电时，可基于多能协调利用紧密耦合的其他能源形式支撑配电网故障后电能供应，减小负荷损失并加速恢复过程，为配电网弹性提升提供了新的思路。因此，深入研究极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升方法具有重要意义。但据专利技术人了解，目前，配电网弹性提升方法存在以下问题：(1)最常见的是改造高强度线路或架空线入地电缆化等元件强化策略，但配电网改造经费有限使得此类措施不能大面积实施，限制了弹性提升效果。其他通过灾后紧急控制和恢复控制提升弹性的研究多停留在理论分析层面，缺乏应用背景；(2)没有考虑综合能源背景下其他紧密耦合的能源系统对配电网故障及恢复过程的供电支撑作用，忽略了多能协调在配电网弹性提升上的巨大潜力；(3)没有考虑多种能源系统不同的动态特性，不能准确模拟故障后多能协调支撑供电的过程。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了一种极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升方法，本公开考虑多种能源不同的动态特性，通过模拟了配电网故障后综合能源系统中其他紧密耦合的能源相互协调支撑供电的过程，并对其进行优化，实现了配电网弹性的有效提升。根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：一种极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升方法，包括以下步骤：(1)结合极端天气对配电网的致灾机理，模拟其扰动过程；(2)分析配电网元件在极端天气扰动下的脆弱性，建立元件故障率模型；(3)基于时变故障率曲线，生成配电网的概率性故障场景，获得扰动过程中配电网的相继故障位置及故障时刻；(4)模拟综合能源系统在配电网故障后的响应过程，模拟过程中采用配电网最优负荷削减策略，以配电网优先保证重要负荷供电的原则为目标，通过多能协调对配电网供电进行支撑，确定最优协调方案，以提升配电网弹性。作为可选择的实施方式，所述步骤(1)中，以台风为极端天气的代表，分析台风过境导致配电网线路大规模断线和倒杆的致灾过程。作为可选择的实施方式，所述步骤(1)中，利用Batts模型模拟台风过境过程，确定台风影响区域内各点的风速和风向，计算台风扰动作用在配电网导线与电杆上的风荷载大小和随之引起的导线截面张力与电杆杆身截面弯矩。作为可选择的实施方式，所述步骤(2)中，根据结构可靠性理论，当元件自身强度小于其承受的荷载效应时，判定元件发生脆弱性故障；配电网导线的抗拉强度和电杆的抗弯强度均服从正态分布，结合特定的强度概率密度函数构建元件故障率模型，得出元件脆弱性曲线。作为可选择的实施方式，所述步骤(3)中，配电网各线路的时变故障率曲线由台风过境过程中的时变风速曲线与配电线路脆弱性曲线相结合得到，风速为其中传递关联关系的中间变量。作为可选择的实施方式，所述步骤(3)中，采用基于状态抽样的概率性方法生成配电网故障场景：在台风过境期间的所有时刻，对配电网中的所有线路重复抽样过程，以确定配电网的相继故障地点和对应的故障发生时间。所述步骤(4)中，在综合能源系统中，假设在台风极端天气下仅配电网发生故障，而管道不遭受破坏，配电网通过燃气轮机、热电联产机组、燃气锅炉能量转换单元与供热系统、天然气系统紧密耦合。所述步骤(4)中，在配电网发生故障后，综合能源系统中的能量转换单元作为备用电源通过气电转换和多种能源需求协调为配电网中因故障与主网隔离的孤岛供电，减少负荷损失以提高配电网弹性，考虑负荷重要性程度，基于配电网最优负荷削减模型，模拟多能协调支撑供电的过程。所述步骤(4)中，在分析多能协调支撑供电的过程时，考虑电、热、气三种能源系统不同的动态特性，其中，配电网采用准稳态模型，供热系统采用稳态模型，天然气系统采用准动态模型。所述步骤(4)中，以配电网在台风扰动过程中的负荷损失量为评价指标，量化评估配电网弹性的效果，确认最优方案。一种极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升系统，包括：扰动模型构建模块，被配置为结合极端天气对配电网的致灾机理，模拟其扰动过程；脆弱性分析模块，被配置为分析配电网元件在极端天气扰动下的脆弱性，建立元件故障率模型；故障场景分析模块，被配置为基于时变故障率曲线，生成配电网的概率性故障场景，获得扰动过程中配电网的相继故障位置及故障时刻；协调支撑模拟模块，被配置为模拟综合能源系统在配电网故障后的响应过程，模拟过程中采用配电网最优负荷削减策略，以配电网优先保证重要负荷供电的原则为目标，通过多能协调对配电网供电进行支撑，确定最优协调方案，以提升配电网弹性。一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升方法的步骤。一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升方法的步骤。与现有技术相比，本公开的有益效果为：(1)本公开将极端天气下配电网弹性提升与综合能源背景相结合，利用紧密耦合的其他能源系统为故障配电网供电，不需要增加额外设备投资，应用前景好；(2)本公开考虑了多种能源系统不同的动态特性，更准确地跟踪了故障后多能协调支撑供电的过程，符合实际运行情况；(3)本公开有效地减少了配电网在承受极端天气扰动过程中的负荷损失量，配电网弹性提升效果好，综合能源能量利用率高，充分挖掘了多能协调在配电网弹性提升上的巨大潜力。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升方法，其特征是：包括以下步骤：/n(1)结合极端天气对配电网的致灾机理，模拟其扰动过程；/n(2)分析配电网元件在极端天气扰动下的脆弱性，建立元件故障率模型；/n(3)基于时变故障率曲线，生成配电网的概率性故障场景，获得扰动过程中配电网的相继故障位置及故障时刻；/n(4)模拟综合能源系统在配电网故障后的响应过程，模拟过程中采用配电网最优负荷削减策略，以配电网优先保证重要负荷供电的原则为目标，通过多能协调对配电网供电进行支撑，确定最优协调方案，以提升配电网弹性。/n

【技术特征摘要】
20191029 CN 20191103809891.一种极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)结合极端天气对配电网的致灾机理，模拟其扰动过程；
(2)分析配电网元件在极端天气扰动下的脆弱性，建立元件故障率模型；
(3)基于时变故障率曲线，生成配电网的概率性故障场景，获得扰动过程中配电网的相继故障位置及故障时刻；
(4)模拟综合能源系统在配电网故障后的响应过程，模拟过程中采用配电网最优负荷削减策略，以配电网优先保证重要负荷供电的原则为目标，通过多能协调对配电网供电进行支撑，确定最优协调方案，以提升配电网弹性。


2.如权利要求1所述的一种极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升方法，其特征是：所述步骤(1)中，以台风为极端天气的代表，分析台风过境导致配电网线路大规模断线和倒杆的致灾过程。


3.如权利要求1所述的一种极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升方法，其特征是：所述步骤(1)中，利用Batts模型模拟台风过境过程，确定台风影响区域内各点的风速和风向，计算台风扰动作用在配电网导线与电杆上的风荷载大小和随之引起的导线截面张力与电杆杆身截面弯矩。


4.如权利要求1所述的一种极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升方法，其特征是：所述步骤(2)中，根据结构可靠性理论，当元件自身强度小于其承受的荷载效应时，判定元件发生脆弱性故障；配电网导线的抗拉强度和电杆的抗弯强度均服从正态分布，结合特定的强度概率密度函数构建元件故障率模型，得出元件脆弱性曲线。


5.如权利要求1所述的一种极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升方法，其特征是：所述步骤(3)中，配电网各线路的时变故障率曲线由台风过境过程中的时变风速曲线与配电线路脆弱性曲线相结合得到，风速为其中传递关联关系的中间变量；
或，所述步骤(3)中，采用基于状态抽样的概率性方法生成配电网故障场景：在台风过境期间的所有时刻，对配电网中的所有线路重复抽样过程，以确定配电网的相继故障地点和对应的故障发生时间。


6.如权利要求1所述的一种极端天气下基于多...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文，邱吉福，杨天佑，李志泰，陈明，安树怀，魏振，时翔，史蕾玚，孙振海，杜雅昕，张婷婷，徐建春，
申请(专利权)人：山东大学，国网山东省电力公司青岛供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37