用于复杂能源互联系统的韧性评估方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于复杂能源互联系统的韧性评估方法，包括如下步骤：步骤1：分析能源互联系统在典型极端事件下的动态过程，获得在典型极端事件下能源互联系统及能源互联系统下设子系统的功能函数特征，所述子系统包括故障子系统和非故障子系统；步骤2：基于所述能源互联系统及子系统的功能函数特征，建立能源互联系统韧性评价指标体系，所述韧性评价指标包括故障子系统对非故障子系统的感染指标、非故障子系统对故障子系统的反馈指标；步骤3：通过抽样方法确定所述能源互联系统的典型极端事件场景及其概率；步骤4：通过仿真方法获得各个典型极端事件下，能源互联系统及下设子系统的功能函数曲线；基于功能函数曲线，计算获得能源互联系统韧性评价指标的值。

【技术实现步骤摘要】
用于复杂能源互联系统的韧性评估方法
本专利技术涉及一种用于复杂能源互联系统的韧性评估方法。
技术介绍
为缓解化石能源枯竭与环境污染问题，新一代能源系统将形成以电-气互联为主干能源骨架、辅以大量可再生能源、末端多能源综合供给的多主体格局，是一个具备智能化、市场化、扁平化特征的复杂能源互联系统。该系统能够通过子系统和能源间的耦合提高能源综合利用效率和应用灵活性，同时也会由于其多主体分散决策以及子系统的互联、互济，使其在面对安全威胁时变得更加脆弱，甚至产生涌现性效应。近年来，世界范围内不断频发的大面积停电事件告诉我们：随着电网规模的扩大，大停电发生概率也会不断增加，并非一直是小概率事件。为降低大面积停电造成的损失，在研究极端事件发生后系统的调整和修复过程，提出了“韧性”的概念，用于评估系统的抵抗、适应和修复能力，并通过评估优化韧性提升的技术措施。因此，针对复杂能源互联系统的特点，研究其韧性及影响要素，对未来能源体系构建和市场机制制定都具有重要意义。与本专利技术最相关的现有技术是，有学者提出基于系统在灾难后的动态响应曲线(功能曲线)，将韧性指标定义为系统功能损害部分与时间的积分。现有技术存在的不足之处在于，现有韧性评估对象均是单个系统，即使是互联系统也被假定为各子系统能够统一、协调决策。而复杂能源互联系统在市场条件下，具有多主体、分布自治、独立决策的特点，使其动态响应机制更加复杂，在面临大扰动时存在出现涌现性的风险。如何在反映多决策机制下各子系统的动态关联性及反馈作用，并深入挖掘影响韧性的关键因素成为韧性评估的难点。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提供用于复杂能源互联系统的韧性评估方法，能够基于各子系统的动态关联性及反馈作用，实现对系统韧性更为有效的评估。实现本专利技术目的的技术方案：一种用于复杂能源互联系统的韧性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：分析能源互联系统在典型极端事件下的动态过程，获得在典型极端事件下能源互联系统及能源互联系统下设子系统的功能函数特征，所述子系统包括故障子系统和非故障子系统；步骤2：基于所述能源互联系统及子系统的功能函数特征，建立能源互联系统韧性评价指标体系，所述韧性评价指标包括故障子系统对非故障子系统的感染指标、非故障子系统对故障子系统的反馈指标；步骤3：通过抽样方法确定所述能源互联系统的典型极端事件场景及其概率；步骤4：通过仿真方法获得各个典型极端事件下，能源互联系统及下设子系统的功能函数曲线；基于功能函数曲线，计算获得能源互联系统韧性评价指标的值。进一步地，步骤1中，所述系统功能函数为，系统可满足负荷占总负荷需求的比例，对于含多类负荷的系统，功能函数值按每类负荷经济价值进行加权计算，式中，σk(t)表示t时刻可满足k类负荷占k类负荷总需求的比例；εk为k类负荷经济价值因子；F(t)为复杂能源互联系统的功能函数值。进一步地，步骤2中，所述韧性评价指标包括吸收能力指标，通过如下公式获得，Eabsorption＝td-tD＝Δt式中，Eabsorption为故障系统的吸收能力；td为故障系统开始出现功能损失的时刻；tD为恶意攻击发生的时刻；Δt为故障系统维持功能平稳的时长。进一步地，步骤2中，所述韧性评价指标包括适应能力指标，通过如下公式获得，式中，Eadaptation为系统的适应能力；FA(td)为故障系统初次调整后的功能函数值；FA(t0)为系统正常时的功能函数值。进一步地，步骤2中，所述韧性评价指标包括初始感染深度指标，通过如下公式获得，式中，Einfection,0为系统的初始感染深度；Finf,0(t)为初始感染后系统的功能函数；F(td)为td时刻系统的功能函数值；F(tf)为tf时刻系统的功能函数值；tf为出现反馈的时刻；tr为故障系统开始修复时刻；对于未出现反馈作用的场景可以认为tf＝+∞。进一步地，步骤2中，所述韧性评价指标包括反馈次数与反馈感染深度指标，通过如下公式获得，式中，Nfeedback演化过程中出现的反馈次数；Einfection为系统的反馈感染深度；nm→n代表子系统m对子系统n产生扰动激励的次数；对于未出现反馈的场景，Nfeedback＝0且Einfection＝0。进一步地，步骤2中，所述韧性评价指标包括感染链长度与演化速度指标，通过如下公式获得，其中，Rinfection为系统的感染链长度；Edeteriorate为系统的演化速度；NB为集合B中总子系统数；nB为集合B中受感染的子系统数；t0为系统正常运行的时刻；tm为系统功能函数下降到最低点的时刻；F(t0)为t0时刻(系统正常时)系统的功能函数值；F(tm)为tm时刻系统的功能函数值；ΔFloss为系统在演化全过程中的功能损失。进一步地，步骤2中，所述韧性评价指标包括修复能力与恢复水平指标，通过如下公式获得，Erepair为系统的修复能力；Lrepair为系统的恢复水平；te为通过元件修复系统重新达到稳定的时刻；tr为系统开始修复时刻。进一步地，步骤2中，所述韧性评价指标包括综合韧性指数指标，通过如下公式获得，其中，E为系统的综合韧性指数；Δt为故障系统维持功能平稳的时长。进一步地，步骤4中，计算每一个典型极端事件场景下的韧性评价指标，结合各个场景的概率，求出韧性评价指标的期望值，每个韧性评价指标可由下式计算：式中，P(s)为场景s发生的概率；r(s)为故障场景s下的韧性评价指标；Ω为典型极端事件场景集合；R为各韧性评价指标的最终期望值。本专利技术具有的有益效果：本专利技术将复杂能源互联系统下设的子系统划分为故障子系统和非故障子系统两类，为表达子系统间故障感染、转移和循环反馈的演化特征，系统韧性评价指标体系中，设定故障子系统对非故障子系统的感染指标、非故障子系统对故障子系统的反馈指标，从而构建面向复杂能源互联的韧性评估指标体系，实现对系统韧性更为有效的评估。本专利技术所述的系统功能函数为，系统可满足负荷占总负荷需求的比例，对于含多类负荷的系统，功能函数值按每类负荷经济价值进行加权计算，式中，σk(t)表示t时刻可满足k类负荷占k类负荷总需求的比例；εk为k类负荷经济价值因子；F(t)为复杂能源互联系统的功能函数值。现有技术中，功能函数一般通过系统容量、正常运行的元件数量、供能功率或效率等特征作为功能函数的度量标准，本专利技术中将系统可满足负荷占总负荷需求作为度量，使得系统韧性评估根据科学性、准确性。本专利技术韧性评价指标包括初始感染深度指标，初始感染深度Einfection,0通过如下公式获得，式中，Einfection,0为系统的初始感染深度；Finf,0(t)为初始感染后系统的功能函数；F(td)为td时刻系统的功能函数值；F(tf)为tf时刻系统的功能函数值；tf为出现反馈的时刻；tr为故障本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于复杂能源互联系统的韧性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：分析能源互联系统在典型极端事件下的动态过程，获得在典型极端事件下能源互联系统及能源互联系统下设子系统的功能函数特征，所述子系统包括故障子系统和非故障子系统；/n步骤2：基于所述能源互联系统及子系统的功能函数特征，建立能源互联系统韧性评价指标体系，所述韧性评价指标包括故障子系统对非故障子系统的感染指标、非故障子系统对故障子系统的反馈指标；/n步骤3：通过抽样方法确定所述能源互联系统的典型极端事件场景及其概率；/n步骤4：通过仿真方法获得各个典型极端事件下，能源互联系统及下设子系统的功能函数曲线；基于功能函数曲线，计算获得能源互联系统韧性评价指标的值。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于复杂能源互联系统的韧性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：分析能源互联系统在典型极端事件下的动态过程，获得在典型极端事件下能源互联系统及能源互联系统下设子系统的功能函数特征，所述子系统包括故障子系统和非故障子系统；
步骤2：基于所述能源互联系统及子系统的功能函数特征，建立能源互联系统韧性评价指标体系，所述韧性评价指标包括故障子系统对非故障子系统的感染指标、非故障子系统对故障子系统的反馈指标；
步骤3：通过抽样方法确定所述能源互联系统的典型极端事件场景及其概率；
步骤4：通过仿真方法获得各个典型极端事件下，能源互联系统及下设子系统的功能函数曲线；基于功能函数曲线，计算获得能源互联系统韧性评价指标的值。


2.根据权利要求1所述的用于复杂能源互联系统的韧性评估方法，其特征在于：步骤1中，所述系统功能函数为，系统可满足负荷占总负荷需求的比例，对于含多类负荷的系统，功能函数值按每类负荷经济价值进行加权计算，



式中，σk(t)表示t时刻可满足k类负荷占k类负荷总需求的比例；εk为k类负荷经济价值因子；F(t)为复杂能源互联系统的功能函数值。


3.根据权利要求1所述的用于复杂能源互联系统的韧性评估方法，其特征在于：步骤2中，所述韧性评价指标包括吸收能力指标，通过如下公式获得，
Eabsorption＝td-tD＝Δt
式中，Eabsorption为故障系统的吸收能力；td为故障系统开始出现功能损失的时刻；tD为恶意攻击发生的时刻；Δt为故障系统维持功能平稳的时长。


4.根据权利要求1所述的用于复杂能源互联系统的韧性评估方法，其特征在于：步骤2中，所述韧性评价指标包括适应能力指标，通过如下公式获得，



式中，Eadaptation为系统的适应能力；FA(td)为故障系统初次调整后的功能函数值；FA(t0)为系统正常时的功能函数值。


5.根据权利要求1所述的用于复杂能源互联系统的韧性评估方法，其特征在于：步骤2中，所述韧性评价指标包括初始感染深度指标，通过如下公式获得，



式中，Einfection,0为系统的初始感染深度；Finf,0(t)为初始感染后系统的功能函数；F(td)为td时刻系统的功能函数值；F(tf)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文霞，黄钰辰，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11