[发明专利]一种多能耦合系统实时风险评估方法

权利要求书

1.一种多能耦合系统实时风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)从多能耦合系统的能量管理系统中，获得多能耦合系统的当前状态估计结果Ψ_se，所述Ψ_se的参数包括：多能耦合系统中电网节点的电压幅值和电网支路的有功功率，多能耦合系统中热网和或冷网节点压力、热网和或冷网节点温度、热网和或冷网支路流量，多能耦合系统中天然气网节点压力和天然气网支路流量；

(2)从多能耦合系统的能量管理系统中，获得多能耦合系统中电网、热网和或冷网、天然气网的安全运行约束集合Ψ_sc，包括：多能耦合系统中电网节点电压幅值允许最大值、电网节点电压幅值允许最小值、电网支路有功功率允许最大值和电网支路有功功率允许最小值，多能耦合系统中热网和或冷网节点压力允许最大值、热网和或冷网节点压力允许最小值、热网和或冷网节点温度允许最大值、热网和或冷网节点温度允许最小值、热网和或冷网支路流量允许最大值、热网和或冷网支路流量允许最小值，多能耦合系统中天然气网节点压力允许最大值、天然气网节点压力允许最小值、天然气网支路流量允许最大值和天然气网支路流量允许最小值；

(3)从多能耦合系统的能量管理系统中，获得多能耦合系统中各类元件的故障概率，所述各类元件包括：多能耦合系统中电网发电机、线路、变压器，多能耦合系统中热网和或冷网管道，多能耦合系统中天然气网管道，多能耦合系统中燃气、热电联产机组、电锅炉、热泵、溴化锂吸收式制冷机、电制冷机；

(4)根据步骤(1)的当前状态估计结果Ψ_se和步骤(2)的安全运行约束集合Ψ_sc，进行判断：

(4-1)若当前状态估计结果Ψ_se中所有参数均满足Ψ_sc中对应的安全运行约束，则进入步骤(5)；

(4-2)若当前状态估计结果Ψ_se中存在不满足Ψ_sc中对应安全运行约束的参数，则判定该多能耦合系统当前处于紧急状态，风险评估方法结束；

(5)从多能耦合系统的能量管理系统中获取预想事故集并作为当前预想事故集Ω；

(6)对当前预想事故集Ω进行判断：

(6-1)若当前预想事故集Ω为空集，则进入步骤(11)；

(6-2)若当前预想事故集Ω为非空集合，则从当前预想事故集Ω中任意取出一个预想事故，形成该预想事故下的多能耦合系统多能流方程组，包括：

(6-2-1)多能耦合系统的电网潮流方程：

其中，Pⁱ为电网中节点i的注入有功功率，Qⁱ为电网中节点i的注入无功功率，θ_i、θ_j分别为节点i的电压相角和节点j的电压相角，U_i、U_j分别为节点i的电压幅值和节点j的电压幅值，G_ij为电网节点导纳矩阵Y第i行、第j列元素的实部，B_ij为电网节点导纳矩阵Y第i行、第j列元素的虚部；

(6-2-2)多能耦合系统的热网或冷网水力方程：

Bh_f＝0

其中，A为热网或冷网中的节点-支路关联矩阵，B为热网或冷网中基本回路-支路关联矩阵，为热网或冷网支路的质量流量，为热网或冷网节点的注入的质量流量，h_f为热网或冷网支路的压降，K为热网或冷网支路的阻抗系数，||为取绝对值；

(6-2-3)多能耦合系统中的热网或冷网热力方程：

其中，Φ为热网或冷网节点的注入热功率，C_p为热网或冷网介质水的比热容，T_S为热网或冷网中节点供水侧的温度，T_O为热网或冷网节点回水侧的温度，T_start为热网或冷网支路起点处的温度，T_end为热网或冷网支路终点处的温度，T_a为热网或冷网支路所在的环境温度，L为热网或冷网支路管道长度，λ为热网或冷网支路管道单位长度的传热系数，为流出节点的介质水质量流量，为流入节点的介质水质量流量，T_out为流出节点的介质水温度，T_in为流入节点的介质水的温度；

(6-2-4)多能耦合系统中的天然气网水力方程：

其中，f_km为天然气网中的第k个节点和第m个节点之间的管道中天然气体积流量，p_k，p_m分别为第k个节点的压强和第m个节点的压强，D^km、L^km分别为第k个节点和第m个节点之间管道km的管道直径和管道长度，F为天然气管道内壁的摩擦系数，F由公式计算得到，E_f为天然气管道的效率系数，Re为雷诺数，由公式Re＝ρvd/μ计算得到，ρ为天然气密度，v为天然气流速，μ为天然气黏性系数，d为特征长度，γ_G为天然气比重，T_a为天然气平均温度，T_n、p_n分别为天然气标准状态下的温度和压力，Z_g为天然气平均可压缩系数；当时，sgn_p(p_k,p_m)＝1，当时，sgn_p(p_k,p_m)＝-1；

(6-2-5)多能耦合系统中的天然气网压缩机能量消耗方程：

其中，p_f、p_e分别为天然气网中压缩机首端节点的压强和末端节点的压强，BHP为压缩机的能耗，为该压缩机入口的体积流量，η_c为压缩机的总效率，c_k为压缩机的多变系数；

(6-2-6)多能耦合系统中天然气网的节点体积流量平衡方程：

A_Gf＝L，

其中，A_G为天然气网的节点-支路关联矩阵，f为天然气网的支路体积流量，L为天然气网的节点注入体积流量；

(6-2-7)多能耦合系统中的燃气轮机耦合方程：

其中，f_Tur为燃气轮机的燃气体积流量，P_Tur为燃气轮机的有功功率，A、B和C分别为燃气轮机的燃气三次项系数、二次项系数和一次项系数；

(6-2-8)多能耦合系统中背压式热电联产机组出力特性方程：

其中，c_CHP为背压式热电联产机组的热电比，Φ_CHP为背压式热电联产机组的热功率，P_CHP为背压式热电联产机组的有功功率；

(6-2-9)多能耦合系统中抽凝式热电联产机组出力特性方程：

其中，F_in为抽凝式热电联产机组的燃料输入速率，η_e为抽凝式热电联产机组的效率，Z为抽凝式热电联产机组的电热比，Φ_CHP为抽凝式热电联产机组的热功率，P_CHP为抽凝式热电联产机组的有功功率；

(6-2-10)多能耦合系统中热泵电热转换方程：

其中，c_h,p为热泵的电热转换效率，Φ_h,p为热泵的热功率，P_h,p为热泵消耗的有功功率；

(6-2-11)多能耦合系统中电锅炉电热转换方程：

其中，c_h,b为电锅炉的电热转换效率，Φ_h,b为电锅炉的热功率，P_h,b为电锅炉消耗的有功功率；

(6-2-12)多能耦合系统中溴化锂吸收式制冷机组热冷转换方程：

其中，c_h,a为溴化锂吸收式制冷机的热冷转换效率，Φ_c,a为溴化锂吸收式制冷机的冷功率，Φ_h,a为溴化锂吸收式制冷机消耗的热功率；

(6-2-13)多能耦合系统中电制冷机电冷转换方程：

其中，c_h,c为电制冷机的电冷转换效率，Φ_c,c为电制冷机的冷功率，P_h,c为电制冷机消耗的有功功率；

(7)利用牛顿拉夫逊法，求解步骤(6)的多能耦合系统多能流方程组，得到该预想事故下的多能耦合系统的多能流计算结果Ψ_c，所述Ψ_c的参数包括：电网节点电压幅值、电网支路有功功率、热网和或冷网节点压力、热网和或冷网节点温度、热网和或冷网支路流量、天然气网节点压力和天然气网支路流量；

将该预想事故从当前预想事故集Ω中删除，得到更新后的当前预想事故集Ω；

(8)根据步骤(7)的多能流计算结果Ψ_c和步骤(2)的安全运行约束集合Ψ_sc进行判断：

(8-1)若Ψ_c中所有参数均满足Ψ_sc中对应的安全运行约束，则该预想事故下多能耦合系统每种类型的风险值均为0，然后重新返回步骤(6)；

(8-2)若Ψ_c中存在不满足Ψ_sc中对应安全运行约束的参数，则进入步骤(9)；

(9)计算该预想事故下多能耦合系统不同类型风险值，具体如下：

(9-1)多能耦合系统电网线路功率越限风险：

其中，Risk_{old_line}为电网线路功率越限风险值，S_k为预想事故，为该预想事故在t时刻出现的概率，P_max为电网支路有功功率上限，P为电网支路有功功率；

(9-2)多能耦合系统电网节点电压偏移风险：

其中，Risk_{vio_vol}为多能耦合系统电网节点电压偏移风险值，V_max为电网节点电压上限，V_min为电网节点电压下限，U为电网节点电压幅值；

(9-3)多能耦合系统热网或冷网管道流量越限风险：

其中，Risk_{old_mass}为多能耦合系统热网或冷网管道流量越限风险值，m_max为热网或冷网支路流量上限，m为多能耦合系统热网或冷网支路质量流量；

(9-4)多能耦合系统热网或冷网节点压力越限风险：

其中，Risk_{old_pre}为多能耦合系统热网或冷网节点压力越限风险值，pa_max为热网或冷网节点压力上限，pa为热网或冷网节点压力；

(9-5)多能耦合系统热网或冷网节点温度偏移风险：

其中，Risk_{vio_tem}为多能耦合系统热网或冷网节点温度偏移风险值，T_max为热网或冷网节点温度上限，T_min为热网或冷网节点温度下限，T为热网或冷网节点温度；

(9-6)多能耦合系统电网失电负荷风险：

其中，Risk_{Loss_pl}为多能耦合系统电网失电负荷风险值，P_{loss_load}为电网失负荷的有功功率；

(9-7)多能耦合系统热网失热负荷风险：

其中，Risk_{Loss_hl}为多能耦合系统热网失热负荷风险值，Φ_{loss_hl}为热网失热负荷的有功功率；

(9-8)多能耦合系统冷网失冷负荷风险：

其中，Risk_{Loss_cl}为多能耦合系统冷网失冷负荷风险值，Φ_{loss_cl}为冷网失冷负荷的有功功率；

(10)重新返回步骤(6)；

(11)输出每种预想事故对应的多能耦合系统不同类型风险值，包括：

每种预想事故对应的电网线路功率越限风险值，每种预想事故对应的电网线路功率越限风险值，每种预想事故对应的电网节点电压偏移风险值，每种预想事故对应的热网和或冷网管道流量越限风险值，每种预想事故对应的热网和或冷网管道节点温度偏移风险值，每种预想事故对应的热网和或冷网节点压力越限风险值，每种预想事故对应的电网失电负荷风险值，每种预想事故对应的热网失热和或冷网失冷负荷风险值，风险评估方法结束。