一种考虑气热惯性的综合能源系统可靠性评估方法技术方案

本发明专利技术综合能源系统领域，具体涉及一种考虑气热惯性的综合能源系统可靠性评估方法，计及综合能源系统气热慢动态特征蕴含的丰富灵活性，本发明专利技术包括：搭建计及气热惯性的综合能源系统可靠性评估模型；分析气热惯性对于综合能源系统可靠性评估结果的影响；研究不同关键设备节点对于综合能源系统长期稳定可靠运行的重要性。本发明专利技术为目前综合能源系统可靠性评估提供了新思路。估提供了新思路。估提供了新思路。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑气热惯性的综合能源系统可靠性评估方法


[0001]本专利技术涉及综合能源系统领域，具体涉及一种考虑气热惯性的综合能源系统可靠性评估方法。

技术介绍

[0002]综合能源系统具有电气热多能互补特性，能够促进能源高效利用、提高可再生能源消纳能力。但同时，综合能源系统中多能耦合增加了运行复杂性与不确定性，给系统安全可靠运行带来挑战，因此有必要充分挖掘综合能源系统灵活性，通过协调优化保障运行可靠性与安全性。相比传统电力系统，多能耦合的综合能源系统中，气热系统的慢动态特性蕴含着丰富的灵活性，将有助于提高系统运行可靠性。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种考虑气热惯性的综合能源系统可靠性评估方法，为综合能源系统可靠性评估提供了新思路。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种考虑气热惯性的综合能源系统可靠性评估方法，包括如下步骤：
[0005](1)建立计及气热惯性的综合能源系统可靠性评估模型，具体包括：
[0006]1)提取综合能源系统气热惯性特性；
[0007]2)提出两种不同追求目标情况下，可靠性评估模型目标函数；
[0008]3)根据综合能源系统实际运行情况，提出可靠性评估模型约束条件；
[0009](2)建立计及气热惯性的综合能源系统可靠性评估流程，具体包括：
[0010]1)负荷及光伏年数据生成；
[0011]2)元件年状态生成；
[0012]3)最优切负荷优化；
[0013]4)可靠性评估指标计算；
[0014](3)分析气热惯性对于综合能源系统可靠性评估结果的影响，具体包括：
[0015]1)以切负荷最小为目标下气热惯性对综合能源系统可靠性评估分析；
[0016]2)与运行成本最下为目标下气热惯性对综合能源可靠性评估影响分析；
[0017]3)研究不同关键设备节点对于综合能源系统长期稳定可靠运行的重要性；
[0018]进一步，步骤(1)具体为：
[0019]1)提取综合能源系统气热惯性特性：
[0020]综合能源系统中热能具有惯性特征，一方面，由于传输管道较长，热源与热负荷间存在几分钟到几小时的热时滞；另一方面，热负荷可在舒适度区间内运行，即使热源处停止供热，热负荷也能在长时间内维持舒适温度。由此，热源供热瞬间变化时，由于热管道时滞、热负荷惯性存在，热负荷温度变化相对滞后，可在一定时间内维持舒适温度。
[0021]综合能源系统中天然气具有惯性特征，天然气管存具有负反馈调节特性：气负荷
增加/减少时，传输管道释放/存储管存，管道压强下降/上升，管存减少/增多，输入流量增加/减少。气管道末端压强与热负荷温度类比，气管存与热管道时滞、热负荷惯性类比，则负荷需求瞬间变化时，由于气管存在，管道末端压强变化相对滞后，可在一定时间内维持适宜压强。
[0022]综上，综合能源系统外部供需瞬间变化时，由于缓冲空间存在，系统状态变化相对滞后，可在一定时间内维持可接受状态，气热惯性能够为外部提供一定时间尺度的功率支撑。
[0023]2)提出两种不同追求目标情况下，可靠性评估模型目标函数：
[0024]第一种情况下，追求削减的各类负荷量最少。以评估周期内(1日为一个完整调度周期，等分为24个时段)系统总供能量最大、切负荷量最小为目标函数，其中k表示时段数。
[0025][0026][0027]式中：P
L
为IES总供能量；为时段k综合能源系统总供电能量；为时段k综合能源系统总供热能量；P
LC
为综合能源系统总切负荷量；为时段k综合能源系统电负荷预测出力；为时段k综合能源系统热负荷预测出力。
[0028]第二种情况下，将负荷削减赔偿费用、气热惯性出力费用纳入成本，追求运行成本最低。以评估周期内(1日为一个完整调度周期，等分为24个时段)系统运行成本最低为目标函数，其中k表示时段数。
[0029][0030]式中：C为综合能源系统总成本；C
E
、C
G
、C
GR
、C
HR
、C
EC
、C
HC
分别为电网出力成本、气网出力成本、气惯性出力成本、热惯性出力成本、电负荷削减赔偿成本、热负荷削减赔偿成本；c
G
、c
GR
、c
HR
、c
EC
、c
HC
分别为电网单位出力成本、气网单位出力成本、气惯性单位出力成本、热惯性单位出力成本、电负荷单位削减赔偿成本、热负荷单位削减赔偿成本。
[0031]3)根据综合能源系统实际运行情况，提出可靠性评估模型约束条件：
[0032]a.电热功率约束
[0033]电功率平衡如下：
[0034][0035][0036]式中：为时段k光伏发电预测出力，η
T
为变压器运行效率，为时段k外部电网供能，为时段k电热联产机组(CHP)提供的电能，为时段k储电放能，为时段k综合能源系统实际供应电负荷，为时段k综合能源系统电负荷预测出力，为时段k电锅炉输入电能，为时段k储电充能，分别为外部电网供能状态、CHP工作状态、储电放能状态、电锅炉工作状态、储电供能状态。
[0037]热功率平衡如下：
[0038][0039][0040]式中：为时段k电锅炉输出热能，为时段k CHP提供的热能，为时段k燃气锅炉输出热能,为时段k储热放能，为时段k综合能源系统实际供应热负荷，为时段k综合能源系统热负荷预测出力，为时段k储电充能，为时段k热惯性功率支撑；为时段k热惯性功率支撑；分别为电锅炉工作状态、燃气锅炉工作状态、储热放能状态、储热供能状态。
[0041]b.能量供应侧约束
[0042]供电约束如下：
[0043][0044]式中：和分别为外部电网输入最小值、最大值；和分别为外部电网输入的上下爬坡率限制。
[0045]供气约束如下：
[0046][0047]式中：和分别为外部气网输入最小值、最大值；和分别为外部气网输入的上下爬坡率限制。
[0048]c.能量转换侧及储能约束
[0049]CHP约束如下：
[0050][0051]式中：为时段k外部电网供能；为时段k气惯性功率支撑；为时段k输入CHP的功率；为时段k输入燃气锅炉的功率；分别为CHP机组产生电能、热能的效率；和分别为CHP输入功率上下限；和分别为CHP输入功率的上下爬坡率限制。
[0052]电锅炉约束如下：
[0053][0054]式中：η
EB
为电锅炉效率；和分别为电锅炉输入功率上下限；和分别为电锅炉输入功率的上下爬坡率限制。
[0055]燃气锅炉约束如下：
[0056][0057]式中：η
GB
为燃气锅炉效率；和分别为燃气锅炉输入功率上下限；和分别为燃气锅炉输入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑气热惯性的综合能源系统可靠性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立计及气热惯性的综合能源系统可靠性评估模型，具体包括：1)提取综合能源系统气热惯性特性；2)提出两种不同追求目标情况下，可靠性评估模型目标函数；3)根据综合能源系统实际运行情况，提出可靠性评估模型约束条件；(2)建立计及气热惯性的综合能源系统可靠性评估流程，具体包括：1)负荷及光伏年数据生成；2)元件年状态生成；3)最优切负荷优化；4)可靠性评估指标计算；(3)分析气热惯性对于综合能源系统可靠性评估结果的影响，具体包括：1)以切负荷最小为目标下气热惯性对综合能源系统可靠性评估分析；2)与运行成本最下为目标下气热惯性对综合能源可靠性评估影响分析；3)研究不同关键设备节点对于综合能源系统长期稳定可靠运行的重要性。2.根据权利要求1所述的一种考虑气热惯性的综合能源系统可靠性评估方法，其特征在于，步骤(1)具体为：1)提取综合能源系统气热惯性特性：综合能源系统中热能具有惯性特征，一方面，由于传输管道较长，热源与热负荷间存在几分钟到几小时的热时滞；另一方面，热负荷可在舒适度区间内运行，当热源供热瞬间变化时，由于热管道时滞、热负荷惯性存在，热负荷温度变化相对滞后，可在一定时间内维持舒适温度；综合能源系统中天然气具有惯性特征，天然气管存具有负反馈调节特性：气负荷增加/减少时，传输管道释放/存储管存，管道压强下降/上升，管存减少/增多，输入流量增加/减少，气管道末端压强与热负荷温度类比，气管存与热管道时滞、热负荷惯性类比，则负荷需求瞬间变化时，由于气管存在，管道末端压强变化相对滞后，可在一定时间内维持适宜压强；综上，综合能源系统外部供需瞬间变化时，由于缓冲空间存在，系统状态变化相对滞后，可在一定时间内维持可接受状态，气热惯性能够为外部提供一定时间尺度的功率支撑；2)提出两种不同追求目标情况下，可靠性评估模型目标函数：第一种情况下，追求削减的各类负荷量最少，以评估周期内系统总供能量最大、切负荷量最小为目标函数，其中k表示时段数；量最小为目标函数，其中k表示时段数；式中：P
L
为IES总供能量；为时段k综合能源系统总供电能量；为时段k综合能源系统总供热能量；P
LC
为综合能源系统总切负荷量；为时段k综合能源系统电负荷预测
出力；为时段k综合能源系统热负荷预测出力；第二种情况下，将负荷削减赔偿费用、气热惯性出力费用纳入成本，追求运行成本最低，以评估周期内系统运行成本最低为目标函数，其中k表示时段数；式中：C为综合能源系统总成本；C
E
、C
G
、C
GR
、C
HR
、C
EC
、C
HC
分别为电网出力成本、气网出力成本、气惯性出力成本、热惯性出力成本、电负荷削减赔偿成本、热负荷削减赔偿成本；c
G
、c
GR
、c
HR
、c
EC
、c
HC
分别为电网单位出力成本、气网单位出力成本、气惯性单位出力成本、热惯性单位出力成本、电负荷单位削减赔偿成本、热负荷单位削减赔偿成本；3)根据综合能源系统实际运行情况，提出可靠性评估模型约束条件：a.电热功率约束电功率平衡如下：电功率平衡如下：式中：为时段k光伏发电预测出力，η
T
为变压器运行效率，为时段k外部电网供能，为时段k电热联产机组提供的电能，为时段k储电放能，为时段k综合能源系统实际供应电负荷，为时段k综合能源系统电负荷预测出力，为时段k电锅炉输入电能，为时段k储电充能，分别为外部电网供能状态、电热联产机组工作状态、储电放能状态、电锅炉工作状态、储电供能状态；热功率平衡如下：热功率平衡如下：式中：为时段k电锅炉输出热能，为时段kCHP提供的热能，为时段k燃气锅炉输出热能,为时段k储热放能，为时段k综合能源系统实际供应热负荷，为时段k综合能源系统热负荷预测出力，为时段k储电充能，为时段k热惯性功率支撑；k热惯性功率支撑；分别为电锅炉工作状态、燃气锅炉工作状态、储热放能状态、储热供能状态；
b.能量供应侧约束供电约束如下：式中：和分别为外部电网输入最小值、最大值；和分别为外部电网输入的上下爬坡率限制；供气约束如下：式中：和分别为外部气网输入最小值、最大值；和分别为外部气网输入的上下爬坡率限制；c.能量转换侧及储能约束电热联产机组约束如下：式中：为时段k外部电网供能；为时段k气惯性功率支撑；为时段k输入电热联产机组的功率；为时段k输入燃气锅炉的功率；分别为电热联产机组机组产生电能、热能的效率；和分别为电热联产机组输入功率上下限；和分别为CHP输入功率的上下爬坡率限制；电锅炉约束如下：式中：η
EB
为电锅炉效率；和分别为电锅炉输入功率上下限；和分别为电锅炉输入功率的上下爬坡率限制；燃气锅炉约束如下：
式中：η
GB
为燃气锅炉效率；和分别为燃气锅炉输入功率上下限；和分别为燃气锅炉输入功率的上下爬坡率限制；储电约束如下：式中：分别为电储能放电功率上下限；分别为电储能放电功率上下限；分别为电储能充电功率上下限；为电储能容量；δ
ES
为电储能能量损失率；η
ES,charge
和η
ES,discharge
分别为电储能充放电效率；分别为电储能容量上下限；储热约束如下：式中：分别为热储能放热功率上下限；分别为热储能放热功率上下限；分别为热储能充热功率上下限；为热储能容量；δ
HS
为热储能能量损失率；η
HS...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱姚培，缪蔡然，王琦，汤奕，黄允凯，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：