计及热网延时和居民承受力的城市供能可靠性监测方法技术

本发明专利技术公开了一种计及热网延时和居民承受力的城市供能可靠性监测方法，包括：根据城市能源系统结构和初始运行条件，构建城市能源系统准稳态模型；结合城市能源系统结构和状态枚举技术，获取城市供能可靠性监测需要的系统故障状态空间集；将供热系统故障前后的条件输入到城市能源系统准稳态仿真模型，得到电

【技术实现步骤摘要】
计及热网延时和居民承受力的城市供能可靠性监测方法


[0001]本专利技术涉及城市能源系统领域，尤其涉及一种计及热网延迟和居民承受力的城市供能可靠性监测方法。

技术介绍

[0002]随着能源转型的进行，热电联产和电驱动热源(如电锅炉)在城市能源供应中的比例不断提升，由此导致了不同能源系统集成度的增加。以电力/燃气/热能为代表的多能源系统集成在提升能效的同时，不同系统之间的交互影响也给城市能源服务带来了众多新的问题。
[0003]供能可靠性的变化是受上述能源系统集成影响的重要问题之一。一方面，多能源系统协调运行可以实现多系统互济，提高城市供能系统可靠性。通过使用本地燃气发电机或燃气锅炉，用户可以在不依赖电网或热网的情况下满足自身的电/热需求，进而提高城市能源系统的可靠性；另一方面，一个系统的突发事件将威胁到所有其他系统的运行。电网故障可能会导致热源失去电力供应，影响热力系统供能，而燃气管道故障则可能导致与之相连的热电联产机组停运，同时影响电/热系统的供能。在间歇式可再生能源供能比例不断提升的背景下，有必要研究供能可靠性的监测技术，以保障城市能源供应安全。
[0004]不同于功率、压力等直接可量测信息，可靠性是一个系统性特征，对其监测需要综合考虑城市供能系统中多方面因素，实现指标的间接获取。传统城市供能可靠性监测技术侧重于热电联产、热泵等耦合单元带来的多系统级联效应，技术上主要是基于稳态潮流计算的负荷损失提取相应的可靠性数据。由于热网的传输延迟，某一时刻的热源供热量实际上是在满足几十分钟到几个小时后的用热需求，这导致了电网和热网调度时间尺度的不一致。此外，由于建筑物维护结构的热惯性，室内温度的变化需要经过一段时间的下降过程，这使得建筑物可以看作是城市能源系统的蓄热装置；供热管网的延时动态以及用户对于室内温度变化接受区间也会影响供热系统的运行调度，进而影响城市能源系统的可靠性。针对这一问题，已有研究已将燃气管网、热网、以及建筑物热动态等多方面引入到城市供能系统可靠性计算中，以提升可靠性监测结果的准确性。
[0005]然而，城市能源系统的可靠性监测仍然存在挑战。不同于电力系统在发生故障后会立即出现电力负荷损失，对供热系统来说，更常见的是供热质量下降(室温缓慢下降)，进而影响人体舒适度。特别需要注意的是，室内温度低于安全下界并持续一段时间以上会威胁到人的生命安全，其影响要远高于缺失能量的成本。由此导致了供能系统故障恢复过程中潜在的可靠性大幅度下降，这一非线性变化过程在现有可靠性监测技术中尚未有效考虑。
[0006]随着热电联产等多能耦合装置的应用推广，城市电力、燃气和供热系统之间的交互水平不断提升，任意一个系统的故障都可能会影响所有其他系统的能源供给，而具有大惯性且流量依赖动态特征的供热系统则行为更加复杂，且由于热负荷损失对用户的影响会随着温度下跌而产生非线性变化。因此，亟须需一种新的城市供能可靠性监测技术，支撑城
市供能系统的运行调度决策和安全监控。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种计及供热延迟和居民承受力的城市供能可靠性监测方法，本专利技术在已有可靠性监测技术中综合考虑了管网传输延迟、建筑物热惯性以及室内温度的舒适度区间和安全范围；本专利技术将不同类型资源的可调控能力和不同室内温度对用户的非线性影响考虑到城市供能系统优化调度中，以提升可靠性监测精度和结果的合理性，填补了传统城市供能可靠性监测中对于低温环境影响下用户生命安全考量的缺失，详见下文描述：
[0008]一种计及热网延时和居民承受力的城市供能可靠性监测方法，所述方法包括：
[0009]利用能源集线器模型和传统电
‑
气
‑
热稳态网络模型求解城市能源系统稳态潮流，获得由能源中心耦合的电力/燃气/供热系统的初始运行条件；
[0010]根据城市能源系统结构和所述初始运行条件，构建城市能源系统准稳态模型；
[0011]结合城市能源系统结构和状态枚举技术，获取城市供能可靠性监测需要的系统故障状态空间集；
[0012]将供热系统故障前后的条件输入到城市能源系统准稳态仿真模型，得到电
‑
气
‑
热系统故障前后状态，以及供热系统和建筑物温度变化过程；
[0013]根据人体对建筑物室内温度舒适度和安全约束，构建广义负荷损失分段计量权重，并计算融合能源供应和人体温度接受度的等效负荷损失；
[0014]结合不同故障发生概率和负荷损失，计算可靠性指标，即期望缺供能源服务。
[0015]其中，所述城市能源系统准稳态仿真模型为：
[0016][0017]其中，x
e
,x
g
,x
h
分别代表电力、燃气和供热系统的状态变量，y
e
,y
g
,y
h
分别代表电力、燃气和供热系统的代数变量，u
eh
代表能源枢纽描述的耦合单元的控制变量，f
e
(
·
),f
g
(
·
)分别代表电力、燃气的动态模型，f
hh
(
·
)和f
ht
(
·
)代表区域供热系统的水力和热力子系统模型，和代表供热系统热动态变量和传输延迟动态变量。
[0018]进一步地，所述可靠性指标为：
[0019][0020][0021]其中，P(S)是状态S的概率，n
s
是状态S中故障元件的数量，n是元件的总数，U
i
是状态S中元件i的不可用率，S
x
是系统故障状态空间集，C(S)表示在状态S中的负荷损失，T0为时间间隔，EEENS为城市综合能源系统可靠性分析指标。
[0022]其中，所述计算融合能源供应和人体温度接受度的等效负荷损失为：
[0023][0024][0025]其中，Φ
i
代表节点i的热负荷，t
fault
代表故障持续时间，c
w
代表水的比热，代表通过节点i的质量流量，和代表节点i的供水温度和出口温度，R
b
代表建筑物的热损失系数，代表建筑物的计算热损失下限，sgn(
·
)代表符号函数，c
heat
代表分段热损失系数，T
b
为故障前节点b温度。
[0026]进一步地，所述分段热损失系数c
heat
为：
[0027][0028]其中，和分别代表建筑物舒适温度的最小值和最大值，T
b
和代表适应居民生活的建筑物温度及其安全下界，c
mior
,c
low
和c
high
分别代表对城市能源供应可靠性不同影响下的热损失权重。
[0029]本专利技术提供的技术方案的有益效果是：
[0030]1、本专利技术为城市本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及热网延时和居民承受力的城市供能可靠性监测方法，其特征在于，所述方法包括：利用能源集线器模型和传统电
‑
气
‑
热稳态网络模型求解城市能源系统稳态潮流，获得由能源中心耦合的电力/燃气/供热系统的初始运行条件；根据城市能源系统结构和所述初始运行条件，构建城市能源系统准稳态模型；结合城市能源系统结构和状态枚举技术，获取城市供能可靠性监测需要的系统故障状态空间集；将供热系统故障前后的条件输入到城市能源系统准稳态仿真模型，得到电
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气
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热系统故障前后状态，以及供热系统和建筑物温度变化过程；根据人体对建筑物室内温度舒适度和安全约束，构建广义负荷损失分段计量权重，并计算融合能源供应和人体温度接受度的等效负荷损失；结合不同故障发生概率和负荷损失，计算可靠性指标，即期望缺供能源服务。2.根据权利要求1所述的一种计及热网延时和居民承受力的城市供能可靠性监测方法，其特征在于，所述城市能源系统准稳态仿真模型为：其中，x
e
,x
g
,x
h
分别代表电力、燃气和供热系统的状态变量，y
e
,y
g
,y
h
分别代表电力、燃气和供热系统的代数变量，u
eh
代表能源枢纽描述的耦合单元的控制变量，f
e
(
·
),f
g
(
·
)分别代表电力、燃气的动态模型，f
hh
(
·
)和f
ht
(
·
)代表区域供热系统的水力和...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宪东，朱彧姝，侯恺，贾宏杰，李娇，王磊，张力栋，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：