[发明专利]一种区域能源互联网供能可靠性评估方法

权利要求书

1.一种区域能源互联网供能可靠性评估方法，其特征在于，该方法考虑了电-气耦合与站间协同，具体包括以下步骤：

(1)采集数据；

(2)建立考虑用户需求响应的供能可靠性评估指标；包括建立电气、热冷的需求响应模型与可靠性评估指标；其中，

所述建立电气、热冷的需求响应模型具体包括：电、气负荷需求响应模型如下：

电、气柔性负荷均包括可平移负荷和可削减负荷：

1)可平移负荷模型如下式：

式中，P_t’和P_t分别表示可转移负荷转移前后t时段的负荷量；μ_t’,t和δ_t’,t表示转入和转出的状态，取值为1表示有转入和转出；ΔP_t^tr为单次转移的能量；T表示评估周期，t表示转移前的时刻，t’表示转移后的时刻；

2)可削减负荷模型如下式：

式中，表示削减负荷后的负荷量，P_t表示削减负荷前的负荷量；ΔP^cut_t表示单次削减负荷量，σ表示削减的状态，取值为1表示t时刻发生削减；

总柔性负荷削减量为：

刚性电、气负荷削减量为考虑总柔性负荷削减后，仍需削减的负荷量；

冷、热负荷需求响应模型如下：

用户通过调用建筑物虚拟储能来参与需求响应；

当建筑室内温度保持恒定时，制冷/采暖设备t时刻的输出功率Q_sta(t)采用如下公式计算：

Q_sta(t)＝hf(T_in(t)-T₁(t))+(λK_cf_c+0.278c_wρ_wV₀n(t))·(T_in(t)-T_out(t)) (4)

式中，T_in(t)为t时刻室内温度；T_out(t)为t时刻室外温度；T₁(t)为t时刻围护结构的内表面温度；h为围护结构的对流换热系数；f为围护结构的内表面积；λ为室外风侵入附加率；K_c为外门传热系数；f_c为外门面积；0.278为单位换算系数；c_w为室外空气比热；ρ_w为室外空气密度；V₀为建筑内空气体积；n(t)为t时段换气次数；

当建筑室内温度变化时，制冷/采暖设备t时刻的输出功率Q_dyn(t)如下：

式中，c₀为室内空气比热；ρ₀为室内空气密度；以制冷场景为例，当Q_dyn(t)小于或等于0时，制冷机组处于工作状态；当Q_dyn(t)大于0时，室外环境温度较低，制冷机组处于停机状态；

建筑虚拟储能的等效蓄放能功率可由室温变化前后制冷/采暖设备的输出功率差值计算得到，如下所示：

Q_vir(t)＝Q_dyn(t)-Q_sta(t) (7)

式中，Q_vir(t)为t时刻建筑虚拟储能的等效蓄放能功率，正值表示储能，负值表示放能；

所述可靠性评估指标包括电、气、热、冷的柔性缺供能期望、刚性缺供能期望、柔性缺供能时长和刚性缺供能时长；

所述柔性缺供能期望的计算方法如下：

式中，elec、gas、heat和cold分别表示电、气、热、冷；N表示抽样总数，i,j表示第j次抽样所得到第i种场景，m表示第m个能源站，M表示能源站的个数，T表示蒙特卡洛模拟时长，LOEE表示缺供能期望，a表示柔性指标；

所述刚性缺供能期望的计算方法如下：

式中，b表示刚性指标；

所述柔性缺供能时长的计算方法如下：

式中，SAIDI表示缺供能时长，表示第j次抽样m个能源站中柔性电负荷缺供时长的最大值；

所述刚性缺供能时长的计算方法如下：

式中，表示第j次抽样m个能源站中刚性电负荷缺供时长的最大值；

(3)开始蒙特卡洛模拟循环，使得各能源站按照正常运行策略运行，得到正常运行时的各机组的功率曲线；

(4)蒙特卡洛模拟实现供能系统故障，各能源站按照故障时最优负荷削减策略运行；

所述最优负荷削减策略包括能源站内部负荷削减策略和能源站站间协同策略；所述能源站内部负荷削减策略包括配电网故障和天然气管网故障时的负荷削减策略；

配电网故障的判断方法具体为：

E_e-c,b(t)＝(L_c(t)-C_vir,out(t)-C_ac(t)-C_v,out(t))/COP_e-c (24)

所述天然气管网故障的判断方法具体为：

式中，L_c(t)、L_h(t)分别表示原有冷、热负荷量；E_e-c,b(t)、E_e-h,b(t)分别表示满足刚性冷、热负荷需要的电量；F_CHP-h,b(t)和F_gb-h,b(t)分别表示通过CHP机组和燃气锅炉满足刚性等效热负荷所需要的天然气量；E_e-c,b(t)、H_h-c,b(t)表示满足刚性冷负荷所需要的等效电和热量；H_e-h(t)表示电锅炉的产热量；C_ec(t)和C_ac(t)分别表示电制冷机和吸收式制冷机的产冷量；H_vir,out(t)和C_vir,out(t)分别表示建筑物虚拟储能的放热、放冷量；H_CHP(t)表示CHP机组的产热量；H_gb(t)表示燃气热泵的产热量；α表示故障发生时能够孤岛运行的能源站集合；β表示故障发生时不能独立运行的能源站集合；E_CHP(t)表示热电联产机组的产电量；E_re(t)表示可再生能源装置的发电量，E_v,out(t)、H_v,out(t)、C_v,out(t)分别表示储电、储热、储冷装置的放能量；E_b(t)表示刚性电负荷量；η_ac、η_CHP和η_gb分别表示吸收式制冷机、CHP机组和燃气锅炉的效率；COP_e-c表示电制冷机的效率；COP_e-h表示电锅炉的热电比；

所述能源站站间协同策略通过构建区域能源互联网最优负荷削减模型来实现；所述区域能源互联网最优负荷削减模型包括目标函数和约束条件；

所述目标函数具体为：

式中，t_off表示供能系统故障时长，和表示第m个能源站在t时刻的等效刚性缺供电量和天然气量，其计算方式如下：

式中，X表示能通过站间协同满足刚性负荷的能源站集合，Y表示不能通过站间协同满足刚性负荷的能源站集合，β＝X∪Y；E_z,in(t)和F_z,in(t)分别表示从其他能源站转入的电量和天然气量；E_u-m(t)、F_u-m(t)和ε_u-m(t)表示能源站u和m之间的协同电量、天然气量和协同状态，E_u-m(t)和F_u-m(t)转出为正，转入为负，ε_u-m(t)为1表示能源站之间发生了能量的转入/出；τ_u-m(t)表示能源站u和m之间的连通状态，连通为1，不连通为0；为能源站u和m之间的协同能力，为1表示能源站u和m运行情况使得二者能够相互协同；U表示可以与能源站m进行站间协同的能源站个数；F_f-h,b表示通过所有设备满足刚性等效热负荷所需要的天然气量；

所述约束条件包括能源站内部约束、供能系统约束和能源站之间相互协同的约束；所述能源站内部约束具体为：

1)机组出力约束

式中，P_m,r(t)表示第m个能源站内的设备r在t时刻的出力；和分别表示其出力下限和上限；

2)机组爬坡速率约束

式中，和分别表示第m个能源站内设备r的常规爬坡速率最大上限和最小下限；

3)储能设备约束

储能设备需要满足储能状态约束与充放能功率约束

式中，v表示储能设备，分别为储能装置v的最小和最大储存容量；分别为储能装置的最小和最大充电功率；分别为储能装置最小和最大放电功率；γ_v,c(t)、γ_v,d(t)分别为储能装置在时段t的启停状态，由0-1变量表示，γ_v,c(t)取1表示充电、γ_v,d(t)取1表示放电；

所述供能系统约束包括配电网的潮流约束和天然气管网的潮流约束；

所述配电网的潮流约束包括节点功率平衡约束，节点电压、支路功率约束；

所述天然气管网的潮流约束包括节点流入与流出的流量守恒约束，节点气压、压缩机变比与管道流量约束；

所述能源站之间相互协同的约束具体为：

1)协同能量约束

式中，和表示协同能量上限，由能源站m和u之间的供能线路决定；

2)能量平衡约束

式中，E_CHP(t)表示热电联产机组的产电量；E_b(t)、H_b(t)、C_b(t)和F_b(t)分别表示刚性纯电、热和冷负荷量，M表示所有与能源站m相互协同的能源站个数，E_r(t)表示可再生能源发电量，P_v,out(t)表示储能装置的放电量；P_u-m(t)和F_u-m(t)表示能源站u和m之间的协同电量和天然气量；E_e-c,b(t)、E_e-h,b(t)分别表示满足刚性冷、热负荷需要的电量；C_e-c(t)和C_ac(t)表示电制冷机和吸收式制冷机的产冷量；C_vir,out(t)和H_vir,out(t)表示建筑物虚拟储能的放冷量和放热量；F_P2G(t)表示P2G设备的产气量；H_e-h(t)表示电锅炉的产热量；H_h-c,b(t)表示满足刚性冷负荷所需要的等效热量；H_CHP(t)表示CHP机组的产热量；H_gb(t)表示燃气热泵的产热量；

(5)供能系统故障结束后，各能源站按照故障修复策略运行；

各能源站按照故障修复策略运行，具体包括：

1)电、气负荷的恢复策略

故障修复时的电、气负荷量如下：

式中，L_e(t)和L_f(t)分别表示原有的纯电和纯气负荷量，t_re表示修复时长；

2)冷、热负荷的恢复策略

故障修复时的冷、热负荷量如下：

L'_hc(t)＝L_hc(t)+HC_vir,in(t) (45)

式中，L_hc(t)表示原有的冷、热负荷量，HC_vir,in(t)表示建筑物虚拟储能所需的冷、热量；

(6)计算区域能源互联网可靠性指标，得到可靠性评估结果；具体包括：计算区域能源互联网可靠性指标包括利用蒙特卡洛模拟结合故障影响分类方法，其中在蒙特卡洛模拟中里采用马尔科夫两状态模型来描述供能系统中各元件状态，供能系统中各元件正常运行时间和故障持续时间采用指数分布，各元件从正常状态运行到故障状态的持续时间为：

式中，λ_k为第k类元件的故障率；K为元件总数；ω_k为[0,1]区间均匀分布的随机数；

各元件的故障持续时间为：

式中，μ_k为第k类元件的修复率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的数据包括区域能源互联网供能系统中各设备故障率、修复时间，各能源站机组出力曲线，各能源站电、气、冷、热负荷需求曲线，各能源站分布式电源典型出力曲线；

采集数据的具体内容包括将区域能源互联网分为终端用户层、能源站层和供能系统层，并统计不同典型日各层级的负荷数据和机组出力数据；在终端用户层，统计的数据包括一年中不同典型日的电、气、冷、热负荷数据，用户能参与需求响应的电和气负荷数据，以及用户舒适度区间数据；在能源站层，统计各机组的机组参数，所述机组包括燃气三联供机组、电锅炉、燃气锅炉、电制冷机、P2G设备、储能装置；在供能系统层，统计供能系统中各设备故障率、修复时间。