一种考虑供需双侧灵活性的综合能源系统可靠性分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑供需双侧灵活性的综合能源系统可靠性分析方法，包括：基于设备的物理模型与能源替代效应，建立综合能源用户的灵活性模型；基于连续性与动量特性方程以及线性化技术，建立天然气系统的潮流动态特性模型；根据离散时间域上的马尔可夫过程，建立系统元件的运行可靠性模型，并生成“向前看”的综合能源系统紧急状态协同管理技术；通过时序蒙特卡洛法对运行可靠性模型求解过程进行运行可靠性评估。本发明专利技术可以为系统日前机组组合、设备投切、运行方案制定和紧急故障管理提供决策帮助；能够更加实时、准确的反应综合能源系统在运行时段的可靠性；通过利用综合能源用户的灵活性，使得该方法能够有效保障用户的可靠用能。用能。用能。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑供需双侧灵活性的综合能源系统可靠性分析方法


[0001]本专利技术涉及综合能源系统可靠性分析的
，尤其涉及一种考虑供需双侧灵活性的综合能源系统可靠性分析方法。

技术介绍

[0002]面对全球气候变化、环境风险、能源资源约束等挑战，协同利用电力、天然气、热力等不同能源形式，成为提高能源利用效率，助力早日实现“碳中和”与“碳达峰”的蓝图的有效途径之一，在此背景下，综合能源系统的概念蓬勃发展。根据覆盖的地域尺度不同，综合能源系统可以分为两种形式，在传输侧，由电力系统与天然气系统通过燃气机组耦合，构成电力天然气联合系统；在需求侧，综合能源用户通过热电联产机组和电热泵等设备，综合利用来自传输侧的电力和天然气，来满足其电、冷、热的终端需求。
[0003]尽管如此，多种能源形式的互赖互济也为综合能源系统的可靠运行带来了挑战。例如在2017年8月15日，中国台湾，由于人员操作失误，大潭发电厂的天然气供应被切断，从而进一步的造成了4GW的电力供应缺额，给人民的生命财产安全造成了巨大的损失；2021年2月13日至2月17日，美国得州，极寒天气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑供需双侧灵活性的综合能源系统可靠性分析方法，其特征在于，包括：基于设备的物理模型与能源替代效应，建立综合能源用户的灵活性模型；基于连续性与动量特性方程以及线性化技术，建立天然气系统的潮流动态特性模型；根据所述综合能源用户的灵活性模型和天然气系统的潮流动态特性模型，以及离散时间域上的马尔可夫过程，建立系统元件的运行可靠性模型，并生成“向前看”的综合能源系统紧急状态协同管理技术；通过时序蒙特卡洛法对所述运行可靠性模型求解过程进行运行可靠性评估。2.如权利要求1所述的考虑供需双侧灵活性的综合能源系统可靠性分析方法，其特征在于：综合能源系统包括传输侧和需求侧，所述传输侧为电力天然气联合系统，所述需求侧为综合能源用户。3.如权利要求1所述的考虑供需双侧灵活性的综合能源系统可靠性分析方法，其特征在于：所述综合能源用户的灵活性由其运行的可行域决定，其约束条件包括，H[ei gi x
st
]
T
＝[d
el
‑
lc
el d
ht
‑
lc
ht d
cl
‑
lc
cl 01×8]
T
h
1h
+h
14
≥0≥0≥0≥0≥0x
st
≥00≤[lc
el lc
ht lc
cl
]≤[lc
el+ lc
ht+ lc
cl+
]其中，H[ei gi x
st
]
T
公式为综合能源用户的能量转换约束，H为能量转换矩阵，ei和gi为EH的电力和天然气消耗，x
st
＝[g
g1
,g
g2
,e
ee
,e
e3
,e
1e
,e
13
,h
1h
,h
14
,h
2h
,h
24
,c
3c
,h
3h
,c
4c
]为EH的状态变量，g
g1
为热电联产机组消耗天然气的功率，g
g2
为燃气机组消耗天然气的功率，e
ee
为电力天然气联合系统直接供应电力负荷的功率，e
e3
为电力天然气联合系统直接供应给电热泵的电功率，e
1e
为热电联产机组供应给电热泵的电功率，e
13
为热电联产机组供应电热泵
的电功率，h
1h
为热电联产机组供应热负荷的热功率，h
14
为热电联产机组供应吸收制冷机的热功率，h
2h
为燃气锅炉供应热负荷的热功率，h
24
为燃气锅炉供应吸收制冷机的热功率，c
3c
为电热泵供应冷负荷的冷功率，h
3h
为电热泵供应热负荷的热功率，c
4c
为吸收制冷机供应冷负荷的冷功率，d
el
、d
ht
和d
cl
分别为EH的电、热、冷负荷的需求，el、ht和cl分别代表电力、热和冷三种能源类型，lc和lc
+
分别代表各能源类型负荷削减量及其上限，γ为电热泵的运行模式，γ＝1代表工作在制热模式，γ＝0代表制冷模式，COP
3h
为电热泵制热的能效系数，COP
3c
为电热泵制冷的能效系数，COP4为吸收制冷机的能效系数，为热电联产机组的发电效率,为热电联产机组的产热效率,η2为燃气锅炉的效率，式h
1h
+h
14
≥0、≥0、组成了电热联产机组的运行域，其中，(E
A
,H
A
)、(E
B
,H
B
)、(H
C
,E
C
)和(H
D
,E
D
)分别为四个产热功率和发电功率的组合，组成了该电热联产机组的运行可行域的四个极点，和分别为燃气锅炉、电热泵和吸收制冷机的产热或制冷容量，和则分别为这些设备的最小产热或制冷功率。4.如权利要求1所述的考虑供需双侧灵活性的综合能源系统可靠性分析方法，其特征在于：所述建立天然气系统的潮流动态特性模型包括，对单个天然气管道内的天然气潮流的动态特性进行建模：定义在一个水平的天然气管道中，天然气的压缩系数为常数，且与外界无热量交换，通过以下的偏微分方程组来描述天然气潮流的连续性与动量特性：性与动量特性：其中，p和q分别为沿着天然气管道的气压和流量，为时间t和距离x的函数，B为气体等温波速，由气体状态方程计算，ρ0为标况下的天然气密度，D为天然气管道直径，A为管道横截面积，F为范宁传输系数；公式进一步在稳态运行点附近进行泰勒展开：其中，p
*
、q
*
为天然气的气压和潮流的函数进行泰勒展开的参考点，Δp＝p(x,t)
‑
p(x,0)、Δq＝q(x,t)
‑
q(x,0)为天然气的气压和潮流的函数在原稳态解基础上的增量；通过有限差分法，上式可以进一步化为：
其中，k为离散的时间步长的序数，Δx为空间维度的步长，和分别为天然气的潮流和气压在管道片段m上的参考点，泰勒展开的参考点的选取对计算结果的精度会造成影响，则选取暂态过程开始时刻，即t＝0时刻的稳态的初始状态p(x,0)和q(x,0)为参考点；将式离散化为：ΔxA(p
m+1,k+1
+p
m,k+1
‑
p
m+1,k
‑
p
m,k
)+Δtρ0B2(q
m+1,k+1
‑
q
m,k+1
+q
m+1,k
‑
q
m,k
)＝0其中，Δt为时间维度的步长；此外，节点气压在需求响应过程中需维持在一定的范围内：其中，和分别为节点i的气压的上下限；在建立所有管道的动态方程后，根据下式确定初始条件：在建立所有管道的动态方...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐学用，丁一，叶承晋，雷金勇，陈晓刚，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：