一种计及用户热耐受度的区域综合能源系统韧性提升方法技术方案

本发明专利技术公开了一种计及用户热耐受度的区域综合能源系统韧性提升方法，包括以下步骤：考虑建筑物的室内环境和用户热耐受度的耦合关系模型；对恢复阶段区域综合能源系统RIES的动态特性进行剖析，基于已有的电

【技术实现步骤摘要】
一种计及用户热耐受度的区域综合能源系统韧性提升方法


[0001]本专利技术涉及综合能源系统韧性提升研究
，尤其是涉及一种计及用户热耐受度的区域综合能源系统韧性提升方法。

技术介绍

[0002]近年来，能源短缺与环境污染备受关注，积极推进能源的高效利用与低碳化发展成为电力行业发展的必然趋势，区域综合能源系统(Regional Integrated Energy System，RIES)可将电、气、热等多种能源耦合运行，提升了能源利用的高效性和经济性，是未来能源系统的重要发展趋势。然而，近年来极端天气的频繁出现对RIES的可靠、安全提出了新的挑战，例如，2021年2月，极端寒冷天气伴随着热量供应中断导致美国111名德克萨斯人死亡；2022年2月“尤妮斯”给法国带来风暴潮，低温天气造成26人受伤等。由此可见，极端灾害导致的RIES供能中断对居民生命健康造成了威胁，导致患病甚至死亡的风险也在提高，鉴于此，为高效地评估极端自然灾害对RIES的影响规律，降低极端灾害对RIES的影响，各国学者和相关能源单位提出了韧性这一概念。
[0003]在RIES的韧性提升方面，已建立以负荷削减量为主的韧性指标体系，目前现有技术中提出了基于影响增量的大电网韧性快速评估方法，有效解决了极端灾害下多重不确定因素造成的计算量爆炸问题；提出了三阶段韧性机组模型，通过协调预防、应急和恢复三个阶段来提高电力系统对台风事件的韧性，改进了电气互联系统最优负荷削减算法，提高了韧性评估的速度和精确度；提出了基于多能协调的恢复资源分配策略，以提高相互依存基础设施的韧性，将惩罚成本和恐慌心理新概念纳入灾后应急救援决策研究，构建了政企协议应急救援决策模型，在社会层面实现了灾后的高效应急救援。由上述研究成果已知，虽然已有很多系统韧性评估及提升的研究且提出了相应的改善措施，包括切除原有故障的设备或者检修停运、临时新设备投运等方法，在采用这些改善措施后RIES可恢复运行，但计及电
‑
气
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热耦合系统的韧性提升研究较为匮乏，尤其是考虑用户舒适度以及耐受度的相关研究仍属空白，对于极端自然灾害造成的热网负荷削减和建筑物内用户生命健康安全情况并无相应的韧性提升措施。
[0004]由于供热质量降低进而影响建筑物室内用户热舒适度的情况较为普遍，韧性提升的方法受到室温影响较大，尤其是如何提升极低室内温度对居民生命健康的威胁程度，未形成统一的室内温度评估指标和与室温相关联的韧性提升方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种计及用户热耐受度的区域综合能源系统韧性提升方法，针对上述问题，重点关注极端低温环境下RIES系统供暖问题，构造“经济惩罚成本”来度量灾民遭受低温而影响生命健康的实际代价，更大限度地保障了RIES故障后居民室内生活环境，提升了灾后恢复的高效性和准确性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种计及用户热耐受度的区域综合能源系统韧性
提升方法,包括以下步骤：
[0007]S1、考虑建筑物的室内环境和用户热耐受度的耦合关系模型，引入计及用户热耐受度的不同室温区间；
[0008]S2、对恢复阶段区域综合能源系统RIES的动态特性进行剖析，基于已有的电
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气
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热多时间尺度能源系统的功能需求，描绘不同室温区间所对应的经济惩罚成本，提出故障发生阶段时段的韧性提升方案。
[0009]优选的，所述步骤S2中包括：
[0010]S21、设定极端事件来临前的场景下RIES的经济成本计算公式；
[0011]S22、设定RIES故障恢复阶段的经济惩罚成本计算公式；
[0012]S23、提出故障发生阶段全时段RIES的韧性提升方案。
[0013]优选的，所述步骤S21包括：
[0014]极端事件来临前的场景下RIES的经济成本计算公式
[0015][0016]式中：C
before
表示总经济成本，t表示某一时刻，t
N
表示总评估时间，表示电力子系统总运行成本，表示天然气子系统总运行成本，表示热力子系统总运行成本，i表示区域综合能源系统节点，I
E
表示电力子系统节点个数，I
G
表示天然气子系统节点个数，I
H
表示热力子系统节点个数；
[0017]各子系统负荷平衡表达式为
[0018][0019]式中：表示电力子系统出力大小，表示天然气子系统出力大小，表示热力子系统出力大小，右侧各参数表示各个设备出力，GB表示燃气锅炉，EB表示电锅炉，CHP表示热电联产机组，PV表示光伏机组；η表示组件的效率；cm是CHP的热功率比，表示t时刻光伏电出力大小，表示t时刻热电联产机组电出力大小，表示t时刻热电联产机组气出力大小，表示t时刻电锅炉电出力大小，表示t时刻燃气锅炉气出力大小。
[0020]根据式(2)，将式(1)中的各子系统经济成本定义为
[0021][0022]式中：表示t时刻下的电价，表示t时刻下的气价；表示t时刻下的光伏运维成本；
[0023]其中，各设备的经济成本描述为
[0024][0025]整理得，经济优化模型(1)表示为
[0026][0027]各设备约束为
[0028][0029][0030][0031]式中：表示CHP设备t时刻气出力值，表示EB设备t时刻电出力值，表示GB设备t时刻电出力值，表示CHP设备出力最大值，表示EB设备出力最大值，表示GB设备出力最大值；
[0032][0033][0034]式中：表示电力的购买力，P
E_grid,max
表示电力的购买力界限，表示天然气的购买力，G
G_grid,max
表示天然气的购买力界限。
[0035]优选的，所述步骤S22包括：
[0036]根据不同室温温度下的经济惩罚成本确定分段经济惩罚成本定义式
[0037][0038]式中：表示实时室内温度，T
max
表示室内正常温度，T
min
表示供能需达到的最低温度，T
lim
表示室内极限温度；
[0039]根据不同室温温度下的经济惩罚成本结合公式(1)，设立作为经济惩罚成本，故障恢复阶段的目标函数表达式为
[0040][0041]式中：表示故障运行场景t时刻下的经济惩罚成本，表示故障结束后灾后恢复场景中t时刻下i节点所需的额外热出力经济成本，表示故障运行场景t时刻下的总经济成本，表示恢复阶段各时刻所需的电运行总经济成本，表示恢复阶段各时刻所需的气运行总经济成本，表示恢复阶段各时刻所需的热运行总经济成本，表示恢复阶段为提升室温所需的额外设备出力值；
[0042]其中，表达式为
[0043][0044]式中：表示实时室内温度，表示非故障场景下t时刻的运行经济成本；
[0045]表达式为：
[0046][00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及用户热耐受度的区域综合能源系统韧性提升方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、考虑建筑物的室内环境和用户热耐受度的耦合关系模型，引入计及用户热耐受度的不同室温区间；S2、对恢复阶段区域综合能源系统RIES的动态特性进行剖析，基于已有的电
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热多时间尺度能源系统的功能需求，描绘不同室温区间所对应的经济惩罚成本，提出故障发生阶段时段的韧性提升方案。2.根据权利要求1所述的一种计及用户热耐受度的区域综合能源系统韧性提升方法，其特征在于，所述步骤S2中包括：S21、设定极端事件来临前的场景下RIES的经济成本计算公式；S22、设定RIES故障恢复阶段的经济惩罚成本计算公式；S23、提出故障发生阶段全时段RIES的韧性提升方案。3.根据权利要求1所述的一种计及用户热耐受度的区域综合能源系统韧性提升方法，其特征在于，所述步骤S21包括：极端事件来临前的场景下RIES的经济成本计算公式式中：C
before
表示总经济成本，t表示某一时刻，t
N
表示总评估时间，表示电力子系统总运行成本，表示天然气子系统总运行成本，表示热力子系统总运行成本，i表示区域综合能源系统节点，I
E
表示电力子系统节点个数，I
G
表示天然气子系统节点个数，I
H
表示热力子系统节点个数；各子系统负荷平衡表达式为式中：表示电力子系统出力大小，表示天然气子系统出力大小，表示热力子系统出力大小，右侧各参数表示各个设备出力，GB表示燃气锅炉，EB表示电锅炉，CHP表示热电联产机组，PV表示光伏机组，η表示组件的效率，cm是CHP的热功率比，表示t时刻光伏电出力大小，表示t时刻热电联产机组电出力大小，表示t时刻热电联产机组气出力大小，表示t时刻电锅炉电出力大小，表示t时刻燃气锅炉气出力大小；根据式(2)，将式(1)中的各子系统经济成本定义为
式中：表示t时刻下的电价，表示t时刻下的气价；表示t时刻下的光伏运维成本；其中，各设备的经济成本描述为整理得，经济优化模型(1)表示为各设备约束为各设备约束为各设备约束为式中：表示CHP设备t时刻气出力值，表示EB设备t时刻电出力值，表示GB设备t时刻电出力值，表示CHP设备气出力最大值，表示EB设备电出力最大值，表示GB设备气出力最大值；GB设备气出力最大值；式中：表示电力的购买力，P
E_grid,max
表示电力的购买力界限，表示天然气的购买力，G
G_grid,max
表示天然气的购买力界限。4.根据权利要求1所述的一种计及用户热耐受度的区域综合能源系统韧性提升方法，其特征在于，所述步骤S22包括：根据不同室温温度下的经济惩罚成本确定分段经济惩罚成本定义式式中：表示实时室内温度，T
max
表示室内正常温度，T
min
表示供能需达到的最低温度，
T
lim
表示室内极限温度；根据不同室温温度下的经济惩罚成本结合公式(1)，设立作为经济惩罚成本，故障恢复阶段的目标函数表达式为式中：表示故障运行场景t时刻下的经济惩罚成本，表示故障结束后灾后恢复场景中t时刻下i节点所需的额外热出力经济成本，表示故障运行场景t时刻下的总经济成本，表示恢复阶段各时刻所需的电运行总经济成本，表示恢复阶段各时刻所需的气运行总经济成本，表示恢复阶段各时刻所需的热运行总经济成本，表示恢复阶段为提升室温所需的额外设备出力值；其中，表达式为式中：表示非故障场景下t时刻的运行经济成本；表达式为：式中：表示故障结束后灾后恢复场景中t时刻下所需的电锅炉额外热出力经济成本，表示故障结束...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯恺，杜洁，李强，刘泽宇，肖迁，李温静，刘迪，
申请(专利权)人：国网信息通信产业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：