一种复杂网络理论综合能源脆弱性评估方法技术

本发明专利技术公开了一种复杂网络理论综合能源脆弱性评估方法，其包括如下步骤：基于耦合模型和拓扑模型，构建复杂网络模型，所述耦合模型基于综合能源系统耦合环节构建，所述拓扑模型基于综合能源系统拓扑结构构建；计算复杂网络模型中的带权重的线路介数，并对其进行修正；基于修正后的带权重的线路介数，计算带权重的节点介数；定义脆弱环节辨识指标；基于脆弱环节辨识指标，通过带权重的线路介数和带权重的节点介数辨识复杂网络的脆弱部分。重的节点介数辨识复杂网络的脆弱部分。重的节点介数辨识复杂网络的脆弱部分。

【技术实现步骤摘要】
一种复杂网络理论综合能源脆弱性评估方法


[0001]本专利技术涉及一种复杂网络理论综合能源脆弱性评估方法，属于综合能源系统防护


技术介绍

[0002]随着世界能源与环境问题的日益严峻，如何改变传统的供能模式，实现对能源的清洁高效利用成为人们研究的重点。综合能源系统集成了冷、热、电、气等多种能源，能够实现对多种能源的综合管理和统一调度，是未来能源供给体系发展的重要方向。脆弱性对于系统的安全经济运行影响巨大，脆弱环节故障往往会造成连锁性大面积事故。
[0003]复杂网络为综合能源系统的脆弱环节辨识提供了新的思路。目前已有学者运用复杂网络思想对电力系统进行相关研究。大型电网的脆弱性评估算法以及多项评价电网故障程度的指标已应用于电网安全性分析。虽然复杂网络理论已经较为成熟地用于电力系统研究，但鲜有学者将其应用于综合能源系统的脆弱性分析中。并且当前研究中应用到综合能源系统的脆弱环节辨识的指标只考虑了网络的拓扑结构，仍没有考虑供能设备的出力对网络的影响。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种复杂网络理论综合能源脆弱性评估方法，解决了现有技术中综合能源系统脆弱环节辨识度低、不精确的问题。
[0005]为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：
[0006]一种复杂网络理论综合能源脆弱性评估方法，包括如下步骤：
[0007]基于耦合模型和拓扑模型，构建复杂网络模型，所述耦合模型基于综合能源系统耦合环节构建，所述拓扑模型基于综合能源系统拓扑结构构建；
[0008]计算复杂网络模型中的带权重的线路介数，并对其进行修正；
[0009]基于修正后的带权重的线路介数，计算带权重的节点介数；
[0010]定义脆弱环节辨识指标；
[0011]基于脆弱环节辨识指标，通过带权重的线路介数和带权重的节点介数辨识复杂网络的脆弱部分。
[0012]进一步地，前述耦合环节建模过程包括构建包含电、气、热网耦合关系的能源集线器模型，能源集线器模型包括I型能源集线器模型、II型能源集线器模型和III型能源集线器模型；
[0013]I型能源集线器模型的数学表达形式为：
[0014][0015]式中，L
e1
和L
h1
分别表示第一电力负荷和第一热力负荷，P
e1
和P
g1
分别表示第一电力供给和第一天然气供给，η
T
表示变压器的效率，η
AC
表示空调系统的能量转换效率，υ
e,T
与
υ
e,AC
分别表示变压器、空调系统与集线器拓扑有关的调度因子，η
GF
‑
h
表示燃气锅炉的能源转化效率，υ
e,T
+υ
e,AC
＝1；
[0016]II型能源集线器模型的数学表达形式为：
[0017][0018]式中，L
g2
和L
h2
分别表示第二电力负荷和第二热力负荷，P
e2
和P
h2
分别表示第二电力供给和第二天然气供给，η
C
表示压缩机的效率，υ
e,C
表示压缩机与集线器拓扑有关的调度因子，υ
e,H
表示电加热器与集线器拓扑有关的调度因子，η
H
表示电加热器的能源转化效率，η
HE
表示换热器的能源转化效率，υ
e,C
+υ
e,H
＝1；
[0019]III型能源集线器模型的数学表达形式为：
[0020][0021]式中，L
e3
和L
h3
分别表示第三电力负荷和第三热力负荷，P
h3
和P
g3
分别表示第一热力供给和第三天然气供给，η
MT
‑
h
表示微型燃气轮机的热效率，η
MT
‑
e
表示燃气轮机的电效率。
[0022]进一步地，前述拓扑结构建模的过程为对综合能源系统进行简化，简化步骤包括：
[0023]将中间设备简化为节点，节点类型包括供能设备、负荷节点和中间节点，中间设备包括发电机、热源、气源、储气罐、负荷、能源集线器各元器件、变电站；
[0024]将支路简化成无权无向边，支路包括输电线、输气管道、热网供回水管道；
[0025]单独将供回水管道简化成一条边。
[0026]进一步地，前述基于耦合模型和拓扑模型，构建的复杂网络模型为：
[0027]G＝(V,E)，
[0028]其中V＝{供能节点，中间节点，负荷节点}是网络的节点集合，E＝{e
ij
}是网络的边的集合，A＝{a
ij
}是网络的邻接矩阵，且否则，a
ij
＝0。
[0029]进一步地，前述带权重的线路介数计算步骤包括：
[0030][0031]其中，W
k
为不同能网下相应供能设备k计算出的能量流密度，S
w
为到负荷的最短路径经过线路(i，j)的供能设备的序号集合，W
e
为电网能量流密度，W
h
为热网能量流密度，W
g
为天然气能量流密度；
[0032]计算潮流容量比：
[0033][0034]其中，η
(i，j)
代表线路(i，j)的的潮流容量比，P
(i，j)
表示线路潮流，C
(i，j)
表示线路潮流的容量大小；
[0035]基于前述公式，最终得到带权重的线路介数：
[0036][0037]其中，η
k
为线路承担来自设备k的潮流容量比，S
w
为到负荷的最短路径经过线路(i，j)的供能设备的序号集合。
[0038]进一步地，前述电网能量流密度W
e
、热网能量流密度W
h
和天然气能量流密度W
g
的计算公式为：
[0039]W
e
＝P
[0040]其中，W
e
代表折算出的电网能量流密度，P表示线路起始点的有功功率；
[0041]W
h
＝cq
h
T
[0042]其中，W
h
代表折算出的热网能量流密度，C表示水的比热容，q
h
表示该线路上流过的水的质量流量，T表示线路起始点的温度；
[0043]W
g
＝ε
g
H0q
g
[0044]其中，W
g
代表折算出的天然气能量流密度，H0表示天然气的热值，q
g
表示该线路上流过天本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂网络理论综合能源脆弱性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：基于耦合模型和拓扑模型，构建复杂网络模型，所述耦合模型基于综合能源系统耦合环节构建，所述拓扑模型基于综合能源系统拓扑结构构建；计算复杂网络模型中的带权重的线路介数，并对其进行修正；基于修正后的带权重的线路介数，计算带权重的节点介数；定义脆弱环节辨识指标；基于脆弱环节辨识指标，通过带权重的线路介数和带权重的节点介数辨识复杂网络的脆弱部分。2.根据权利要求1所述的一种复杂网络理论综合能源脆弱性评估方法，其特征在于，所述耦合环节建模过程包括构建包含电、气、热网耦合关系的能源集线器模型，所述能源集线器模型包括I型能源集线器模型、II型能源集线器模型和III型能源集线器模型；所述I型能源集线器模型的数学表达形式为：式中，L
e1
和L
h1
分别表示第一电力负荷和第一热力负荷，P
e1
和P
g1
分别表示第一电力供给和第一天然气供给，η
T
表示变压器的效率，η
AC
表示空调系统的能量转换效率，υ
e,T
与υ
e,AC
分别表示变压器、空调系统与集线器拓扑有关的调度因子，η
GF
‑
h
表示燃气锅炉的能源转化效率，υ
e,T
+υ
e,AC
＝1；所述II型能源集线器模型的数学表达形式为：式中，L
g2
和L
h2
分别表示第二电力负荷和第二热力负荷，P
e2
和P
h2
分别表示第二电力供给和第二天然气供给，η
C
表示压缩机的效率，υ
e,C
表示压缩机与集线器拓扑有关的调度因子，υ
e,H
表示电加热器与集线器拓扑有关的调度因子，η
H
表示电加热器的能源转化效率，η
HE
表示换热器的能源转化效率，υ
e,C
+υ
e,H
＝1；所述III型能源集线器模型的数学表达形式为：式中，L
e3
和L
h3
分别表示第三电力负荷和第三热力负荷，P
h3
和P
g3
分别表示第一热力供给和第三天然气供给，η
MT
‑
h
表示微型燃气轮机的热效率，η
MT
‑
e
表示燃气轮机的电效率。3.根据权利要求2所述的一种复杂网络理论综合能源脆弱性评估方法，其特征在于，所述拓扑结构建模的过程为对综合能源系统进行简化，所述简化步骤包括：将中间设备简化为节点，所述节点类型包括供能设备、负荷节点和中间节点，所述中间设备包括发电机、热源、气源、储气罐、负荷、能源集线器各元器件、变电站；将支路简化成无权无向边，所述支路包括输电线、输气管道、热网供回水管道；单独将供回水管道简化成一条边。4.根据权利要求3所述的一种复杂网络理论综合能源脆弱性...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑涛，柳纲，张辰微，杨宇峰，程炜，金玉龙，周志成，肖徐兵，陈康，孙刚，司云强，郑强，黄奎安，王颖，张凯锋，
申请(专利权)人：国电南瑞南京控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：