[发明专利]考虑光热热电联产与电锅炉的电-气-热互联系统风险评估方法

权利要求书

1.一种考虑光热热电联产与电锅炉的电-气-热互联系统风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立基于耦合元件STCHP和EB装置的能流模型

1-1)STCHP和EB的多能流模型

建立STCHP的多能流模型方程式如下：

Φ_SF,k＝η_SF,kS_SF,kR,k＝1,2,...,N_b(1)

Φ_STCHP,k+F_STCHP,kGHV＝P_STCHP,k/η_STCHP,k,k＝1,2,...,N_b(2)

P_STCHP,k＝H_STCHP,k/ν_STCHP,k,k＝1,2,...,N_b(3)

H_STCHP,k＝Φ_STCHP,k+S_SH,k-S_EH,k,k＝1,2,...,N_b(4)

S_SH,kS_EH,k＝0,k＝1,2,...,N_b(5)

式中，式(1)为聚光集热装置的光热转换关系式；式(2)和(3)为热电联产机组消耗天然气、光热与输出电功率和热功率的关系式；式(4)为STCHP的供热功率、输出热功率与储热的关系式；式(5)为储热的工作模式方程；其中，Φ_SF,k、S_SF,k、η_SF,k为STCHPk聚光集热装置的吸收热功率、镜场面积和工作效率；R为光照辐射度；P_STCHP,k、F_STCHP,k、Φ_STCHP,k为STCHPk的有功出力、消耗气流量和供热功率；v_STCHP,k、η_STCHP,k、H_STCHP,k为STCHPk的热电比、转化效率和输出热功率；S_SH,k、S_EH,k为储热装置的储热功率、放热功率；GHV为天然气的高热值；N_b为STCHP的数目；

EB的电热转换关系满足如下方程式：

Φ_EB,k＝η_EB,kP_EB,k,k＝1,2,...,N_eb(6)

式中，P_EB,k、Φ_EB,k、η_EB,k为EBk的有功出力、供热功率和转化效率；N_eb为EB的数目；

1-2)基于耦合元件STCHP和EB能流模型

在电力系统、天然气系统、热力系统以及各耦合元件的数学模型基础上，将风电场弃风功率ΔP_W,i、光伏电场弃光电功率ΔP_PV,i引入电力系统功率平衡方程，构建考虑EB和STCHP的电-气-热互联系统能流模型：

其中，式(7)、(8)分别是电力系统有功、无功平衡方程，式(9)是天然气系统流量平衡方程,式(10)是热力系统节点热功率平衡方程，式(11)是热力-水力环路方程，式(12)和式(13)是热力系统负荷节点温度平衡方程；其中，θ_i、V_i为电力系统节点i的电压相角和电压幅值；P_G,i、P_GAS,i、P_STCHP,i、P_CHP,i为电力系统节点i的非燃气机组、GFG、STCHP和CHP的有功出力；Q_G,i、Q_GAS,i、Q_STCHP,i、Q_CHP,i为电力系统节点i的非燃气机组、GFG、STCHP和CHP的无功出力；P_D,i、Q_D,i为电力系统节点i的有功功率和无功功率；P_W,i、Q_W,i为电力系统节点i风电场的有功和无功功率；P_PV,i、Q_PV,i为电力系统节点i光伏电站的有功和无功功率；ΔP_W,i、ΔP_PV,i为电力系统节点i风电场的弃风功率、光伏电站的弃光电功率；P_EB,i为电力系统节点i的EB消耗电功率；Q_C,i为电力系统节点i的并联无功补偿器输出无功功率；G_ij、B_ij为电力系统节点导纳矩阵的第i行第j列元素的实部和虚部；π_i和π_j为天然气系统节点i和j的节点气压；F_G,i、F_D,i为天然气系统节点i的气源注入气流和节点气负荷；F_GAS,i、F_CHP,i、F_STCHP,i、F_GB,i为天然气系统节点i的燃气机组、CHP、STCHP和燃气锅炉的消耗天然气气流；C_r、τ_r为天然气系统压缩机r流过的流量和消耗的流量；A_ir、E_ir、T_ir为天然气节点-管道关联矩阵、节点-压缩机关联矩阵和节点-压缩机入口节点关联矩阵的第i行第r列元素；s_ij、k_r为天然气管道r的气流方向和管道常数；Φ_D,i、Φ_G,i、Φ_CHP,i、Φ_STCHP,i、Φ_GB,i、Φ_EB,i为热力系统节点i的热负荷、燃煤热源、CHP、STCHP、燃气锅炉和EB的供热功率；M_h、k_h为热力系统供热管道h的流量和阻力系数；T_s,i、T_r,i和T_s,f、T_r,f分别为热力系统节点i和节点f的供水、回水温度；B_lh为热力系统回路供热管道关联矩阵第l行第h列元素；A_s,ef、A_r,ef为热力系统供水和回水网络结构矩阵第e行第f列元素；D_ih为热力系统节点-供热管道关联矩阵中第i行第h列元素；b_s,e、b_r,e为热力系统供水温度和回水温度相关系数；k_h为热力系统供热管道h的阻力系数；SHC为水的比热容；N_{n_e}、N_{n_g}、N_{n_h}、N_f分别为电力系统节点、天然气系统节点、热力系统节点和热力系统网络回路的数目；本步骤所提基于耦合元件STCHP和EB的能流模型(1)-(13)是一组非线性方程组，根据给定的运行条件，采用牛顿法有效求解该模型的状态变量x＝[θ_i,V_i,π_m,,M_h,T_s,T_r]^T；

(2)弃风弃光和电/气/热负荷削减综合最小优化模型

建立考虑弃风弃光和电/气/热负荷削减综合最小优化模型来实现该目标；

2-1)目标函数

式中，前一括号代表系统电/气/热负荷削减量之和，后一括号代表系统弃风、弃光电量之和；其中，C_e,i是电负荷节点i的负荷削减变量；C_g,i是气负荷节点i的负荷削减变量；C_h,i是热力系统节点i的热负荷削减变量；ΔP_W,i是风电场i的弃风变量；ΔP_PV,i是光伏电场i的弃光变量；λ_e,i为表征各电负荷重要性的权重因子，λ_g,i为表征各气负荷重要性的权重因子，λ_h,i为表征各热负荷重要性的权重因子，λ_w,i为表征各风电场弃风严重性的权重因子，λ_pv,i为表征光伏电场弃光电严重性的权重因子；N_{d_e}是电负荷节点的总数，N_{d_g}是气负荷节点的总数，N_{d_h}是热负荷节点的总数，N_w是风电场的总数，N_pv是光伏电场的数目；

2-2)等式约束

构建如下等式约束：

式中，热力系统的热力-水力环路方程、供水/回水温度平衡方程均与步骤(1)能流模型中的相同，耦合元件的各变量仍满足式(1)-(6)；

2-3)不等式约束

构建如下不等式约束：

x_min≤x≤x_max(19)

式中，x＝[C_e,i，C_g,i，C_h,i，ΔP_W,i，ΔP_PV,i，P_STCHP,i，Q_STCHP,i，S_SH,k，S_EH,k，P_EB,i，F_GB,i，P_GAS,i，Q_GAS,i，P_CHP,i，Q_CHP,i，P_G,i，Q_G,i，F_G,i，Φ_G,i，Φ_CHP,i，Φ_STCHP,i，Φ_GB,i，Φ_EB,i，V_i，π_i，T_s,i，T_r,i，T_l，R_r，M_h]^T；其中，T_l是输电线路l流过的功率；R_r是压缩机支路r的压缩比；

(3)表征弃风弃光严重性和可靠性水平的风险评估指标

3-1)弃风/弃光电量不足期望指标

EWPA为系统弃风期望值(MW)，该指标用以反映系统中弃风现象的严重程度；EPVA为弃

光电期望值(MW)，该指标用以反映系统中弃光电现象的严重程度；以上指标的表达式为：

式中，P(x)为系统状态x的概率；G₁、G₂分别为出现弃风、弃光电现象的状态集合；ΔP_W(x)、ΔP_PV(x)分别为系统状态x的弃风量、弃光电量，以上计算公式如下：

3-2)电力/气量/热力不足期望指标

EEDHN为系统电力不足期望值(MW)，该指标用以反映系统中对电负荷的供应水平；

EGDHN为气量不足期望值(MW)，该指标用以反映系统中对气负荷的供应水平；EHDHN为热力不足期望值(MW)，该指标用以反映系统中对热负荷的供应水平；以上指标的表达式为：

式中，P(x)为系统状态x的概率；G₃为出现电负荷削减的状态集合；G₄为出现气负荷削减的状态集合；G₅为出现热负荷削减的状态集合；C_e(x)为系统状态x的电负荷削减量，C_g(x)为系统状态x的气负荷削减量，C_h(x)为系统状态x的热负荷削减量，以上计算公式如下：

(4)考虑STCHP和EB的电-气-热互联系统风险评估步骤

完成以上3个步骤的工作之后，就基于构建的数学模型进行系统风险评估。