[发明专利]一种考虑供需双侧灵活性的综合能源系统可靠性分析方法

说明书

本发明公开了一种考虑供需双侧灵活性的综合能源系统可靠性分析方法，包括：基于设备的物理模型与能源替代效应，建立综合能源用户的灵活性模型；基于连续性与动量特性方程以及线性化技术，建立天然气系统的潮流动态特性模型；根据离散时间域上的马尔可夫过程，建立系统元件的运行可靠性模型，并生成“向前看”的综合能源系统紧急状态协同管理技术；通过时序蒙特卡洛法对运行可靠性模型求解过程进行运行可靠性评估。本发明可以为系统日前机组组合、设备投切、运行方案制定和紧急故障管理提供决策帮助；能够更加实时、准确的反应综合能源系统在运行时段的可靠性；通过利用综合能源用户的灵活性，使得该方法能够有效保障用户的可靠用能。

技术领域

本发明涉及综合能源系统可靠性分析的技术领域，尤其涉及一种考虑供需双侧灵活性的综合能源系统可靠性分析方法。

背景技术

面对全球气候变化、环境风险、能源资源约束等挑战，协同利用电力、天然气、热力等不同能源形式，成为提高能源利用效率，助力早日实现“碳中和”与“碳达峰”的蓝图的有效途径之一，在此背景下，综合能源系统的概念蓬勃发展。根据覆盖的地域尺度不同，综合能源系统可以分为两种形式，在传输侧，由电力系统与天然气系统通过燃气机组耦合，构成电力天然气联合系统；在需求侧，综合能源用户通过热电联产机组和电热泵等设备，综合利用来自传输侧的电力和天然气，来满足其电、冷、热的终端需求。

尽管如此，多种能源形式的互赖互济也为综合能源系统的可靠运行带来了挑战。例如在2017年8月15日，中国台湾，由于人员操作失误，大潭发电厂的天然气供应被切断，从而进一步的造成了4GW的电力供应缺额，给人民的生命财产安全造成了巨大的损失；2021年2月13日至2月17日，美国得州，极寒天气导致了最大达20GW的电力负荷切除以及大面积供热中断，影响用户超过480万；其中非常重要的原因之一就是低温造成的天然气井口冻结，从而影响天然气供应。

传统电力系统的可靠性评估技术在过去的几十年内得到了长足的发展，但是当涉及到和其他能源系统耦合时的可靠性分析，还处于起步阶段。其主要表现在以下几个方面：与传统电力系统不同，传输侧的天然气的潮流模型在运行时间尺度上由偏微分方程组描述，因此，与传统电力系统的瞬时响应不同，天然气在传输分配过程中的能量潮流的时间常数较大，当系统状态发生突变时，例如元件故障，潮流在运行时段的暂态过程不可忽略；多种能源形式的接入为需求侧带来了很大的灵活性，在单一的电力系统中，电力负荷的需求仅能够通过电力来满足，相较之下在综合能源系统中，用户的负荷需求同时包含电、冷、热等不同能源形式，且之间相互耦合；例如，制热的需求可以既由电热空调或热泵消耗电力来实现，也可通过区域供热系统，即通过电热联产机组消耗天然气来实现。因此，该能源的互补替代效应给需求侧无论是在正常运行、需求响应亦或是紧急状态运行时带来了巨大灵活的策略优化空间，但也为其和综合能源传输系统的配合与可靠运行带来了不确定性。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：传统技术方案中能源的互补替代效应给需求侧无论是在正常运行、需求响应亦或是紧急状态运行时带来了巨大灵活的策略优化空间，但也为其和综合能源传输系统的配合与可靠运行带来了不确定性。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于设备的物理模型与能源替代效应，建立综合能源用户的灵活性模型；基于连续性与动量特性方程以及线性化技术，建立天然气系统的潮流动态特性模型；根据所述综合能源用户的灵活性模型和天然气系统的潮流动态特性模型，以及离散时间域上的马尔可夫过程，建立系统元件的运行可靠性模型，并生成“向前看”的综合能源系统紧急状态协同管理技术；通过时序蒙特卡洛法对所述运行可靠性模型求解过程进行运行可靠性评估。