CN109377008A - 电热耦合的综合能源系统风险评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种电热耦合的综合能源系统风险评估方法，包括步骤：S1：设定电热耦合的综合能源系统的故障概率；S2：计算电热耦合的综合能源系统潮流；S3：建立电热耦合的综合能源系统风险的计算模型；S4：计算各子风险值；并对各子风险值进行大小排序，得到最大子风险值，作为电热耦合的综合能源系统风险指标值；S5：将风险指标值与风险等级划分标准模型进行比对，得到电热耦合的综合能源系统风险等级；本发明考虑到电热耦合的综合能源系统内部的拓扑结构和电热耦合关系，建立多维度风险评估指标体系和完善的电热耦合综合能源系统的风险评估模型，提高了对电热耦合的综合能源系统风险评估的准确性，使风险评估结果更贴近实际情况。
Description
技术领域
本发明涉及综合能源领域，具体涉及一种电热耦合的综合能源系统风险评估方法。
背景技术
能源是社会和经济发展的动力和基础。由于传统化石能源日益枯竭，提高能源利用效率、开发新能源、加强可再生能源的综合利用成为解决社会经济发展过程中的能源需求增长与能源紧缺之间矛盾的必然手段。近年来，国家积极推动综合能源系统的建设。在此基础上，催生出集成了供电、供热和供气等系统的综合能源系统(integrated energysystem,IES)。综合能源系统对提高社会能源利用效率、促进可再生能源规模化开发、提高社会基础设施利用率和能源供应安全具有重要意义。而另一方面，由于大量分布式能源和柔性负荷的接入，也给系统运行的安全性带来了新的考验：气象条件中的日照、风力、温度、湿度、降雨等因素对分布式能源以及温控性负荷具有影响；能量路由器等电力电子装置的接入使综合能源系统的运行状态复杂多变，潮流更加难以掌控；电动汽车等冲击负荷的随机接入使用电负荷特性发生变化，负荷侧的不确定性也随之增强。同时用户对供电质量、可靠性等要求的日益提高，对综合能源系统的潮流控制及优化调度运行提出了新的要求。因此，亟需建立完善的综合能源系统风险评估体系，充分感知IES运行状态和潜在运行风险，为系统未来运行能力的提升奠定基础。而具体针对电热耦合的综合能源系统风险评估，主要存在两类问题：一、未能考虑综合能源系统内部的拓扑结构，忽略了管道可能出现的故障，而在实际中管道出现故障的概率要远大于设备停运的概率；二、未考虑多能能源的耦合关系，忽略了由于多能网络耦合引起的连锁反应，造成风险被低估。
因此，需要提出一种电热耦合的综合能源系统风险评估方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种电热耦合的综合能源系统风险评估方法，考虑到电热耦合的综合能源系统内部的拓扑结构和电热耦合关系，建立多维度风险评估指标体系和完善的电热耦合综合能源系统的风险评估模型，提高了对电热耦合的综合能源系统风险评估的准确性，使风险评估结果更贴近实际情况。
本发明提供一种电热耦合的综合能源系统风险评估方法，
包括步骤：
S1：设定电热耦合的综合能源系统的故障概率；
S2：计算电热耦合的综合能源系统潮流；
S3：建立电热耦合的综合能源系统风险的计算模型；
S4：将电热耦合的综合能源系统的故障概率和潮流计算结果带入电热耦合的综合能源系统风险的计算模型，计算得到各子风险值；并对各子风险值进行大小排序，得到最大子风险值，作为电热耦合的综合能源系统风险指标值；
S5：建立风险等级划分标准模型，将风险指标值与风险等级划分标准模型进行比对，得到电热耦合的综合能源系统风险等级。
进一步，所述电热耦合的综合能源系统风险包含线路功率越限子风险、线路电压偏移子风险、管道温度偏移子风险、管道流量越限子风险、管道压力越限子风险、电力不足子风险、供热不足子风险、温度不达标子风险和压强不达标子风险。
进一步，所述电热耦合的综合能源系统风险的计算模型包括线路功率越限子风险计算模型、线路电压偏移子风险计算模型、管道温度偏移子风险计算模型、管道流量越限子风险计算模型、管道压力越限子风险计算模型、电力不足子风险计算模型、供热不足子风险计算模型、温度不达标子风险计算模型和压强不达标子风险计算模型；
所述线路功率越限子风险计算模型为：
其中，R1表示线路功率越限风险；Ei表示第i个线路故障事件；Pr(Ei)表示第i个线路故障事件的发生概率，即线路故障概率；表示第i个线路故障事件中线路的实际传输功率；Pmax为线路传输功率上限；表示取与0之中，值最大一个；
所述线路电压偏移子风险计算模型为：
其中，R2表示线路电压偏移风险；Ei表示第i个线路故障事件；Pr(Ei)表示第i个线路故障事件的发生概率，即线路故障概率；为第i个线路故障事件中的节点电压，Vmin为节点电压最低允许值，Vmax为节点电压最高允许值；表示取与0之中，值最大一个；表示取与0之中，值最大一个；
所述管道温度偏移子风险计算模型为：
其中，R3表示管道温度偏移风险；Si表示第i个管道故障事件；Pg(Si)表示第i个管道故障事件的发生概率，即管道故障概率；表示第i个管道故障事件中的管道温度，所述管道温度包括管道始端节点的供给温度和管道末端节点的返回温度；Tmin表示管道温度最低允许值；Tmax表示管道温度最高允许值；表示取与0之中，值最大一个；表示取与0之中，值最大一个；
所述管道流量越限子风险计算模型为：
其中，R4表示管道流量越限风险，Si表示第i个管道故障事件；Pg(Si)表示第i个管道故障事件的发生概率，即管道故障概率；表示第i个管道故障事件中的管道流量，所述管道流量包括管道始端和末端节点的蒸汽流量；mmax为管道流量最高允许值；表示取与0之中，值最大一个；
所述管道压力越限子风险计算模型为：
其中，R5表示管道压力越限风险，Si表示第i个管道故障事件；Pg(Si)表示第i个管道故障事件的发生概率，即管道故障概率；表示第i个管道故障事件中的管道压力，所述管道压力包括管道始端压力和管道末端压力；Pamin表示管道压力最低允许值，Pamax表示管道压力最高允许值；表示取与0之中，值最大一个；表示取与0之中，值最大一个。
进一步，所述电力不足子风险计算模型为：
其中，R6表示电力不足风险，Ai表示第i个设备故障事件；Pd(Ai)表示第i个设备故障事件的发生概率，即设备实时故障概率；LP表示基态电负荷；表示第i个设备故障事件中实际供给的电负荷；表示对与0之中，值最大一个值进行平方运算；
所述供热不足子风险计算模型为：
其中，R7表示供热不足风险，Ai表示第i个设备故障事件；Pd(Ai)表示第i个设备故障事件的发生概率，即设备实时故障概率；LH表示基态热负荷，表示第i个设备故障事件中实际供给的热负荷；表示对与0之中，值最大一个值进行平方运算；
所述温度不达标子风险计算模型为：
其中，R8表示温度不达标风险，Ai表示第i个设备故障事件；Pd(Ai)表示第i个设备故障事件的发生概率，即设备实时故障概率；表示第i个设备故障事件中用户处的温度；表示用户端的温度上限；T表示用户端的温度下限；表示取与0之中，值最大一个；表示取与0之中，值最大一个；
所述压力不达标子风险计算模型为：
其中，R9表示压力不达标风险，Ai表示第i个设备故障事件；Pd(Ai)表示第i个设备故障事件的发生概率，即设备实时故障概率；表示第i个设备故障事件中的用户端压强；表示用户端的压力上限；Pa表示用户端的压力下限；表示取与0之中，值最大一个；表示取与0之中，值最大一个。
进一步，所述风险等级划分标准模型为
当子风险指标值>1.79×10-5，则电热耦合的综合能源系统风险等级为高风险；
当2.39×10-6≤子风险指标值≤1.79×10-5，则电热耦合的综合能源系统风险等级为中等风险；
当子风险指标值<2.39×10-6，则电热耦合的综合能源系统风险等级为低风险。
5.根据权利要求1所述电热耦合的综合能源系统风险评估方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：
S21：热力系统潮流的计算，具体如下：
S211：建立以蒸汽为热媒的热力系统潮流的计算模型，具体如下：
设定有向图G＝(V,E)表示热力系统，其中V代表热力系统节点集合，E代表热力系统管道集合；
根据在热力系统网络中进入节点的蒸汽流量等于流出该节点的蒸汽流量和该节点冷凝消耗的的蒸汽流量之和，且管道始端和末端的蒸汽流量相等，建立流量连续性方程，所述流量连续方程为：
其中，me,1表示管道e的始端流量；me,2表示管道e的末端流量；mv表示节点v的注入蒸汽流量；I(v)表示节点v的入边集合；O(v)表示节点v的出边集合；me,d表示管道e蒸汽的冷凝量；
根据热媒在热力系统管道流动过程中，需克服管道壁做功，产生压强损失，建立压强损失方程，所述压强损失方程为：
其中，pe,1、pe,2分别为管道e的始、末端蒸汽压强，fe为管道e的摩擦系数，de为管道e的直径，Se为管道e的横截面积，为管道e蒸汽的平均密度，表示管道e平均蒸汽流量，ve表示管道e的蒸汽流速。
根据在热力系统网络中，热能的转移保持能量守恒，建立热力系统的能量守恒方程，所述能量守恒方程包括管道向外界环境散热能量守恒方程、节点热媒混合能量守恒方程和热源节点和热负荷节点换热的能量守恒方程，所述管道向外界环境散热能量守恒方程为：
其中，He,1为管道e的始端的焓值；He,2为管道e的末端的焓值；le为管道e的长度；de为管道e的直径；Se为管道e的横截面积；λ为各管道的热传导系数；为管道e蒸汽的平均温度；TB为环境温度；为管道e因蒸汽流量损失而降低的焓；为管道e因蒸汽冷凝放热而增加的焓；所述热源节点为具有外部热源进行热量输入的节点，所述热负荷节点为没有外部热源进行热量输入的节点；
所述节点热媒混合能量守恒方程为：
其中，Tv,s、Tv,o分别表示节点v的供给温度和返回温度；δv,s、δv,o是取值为0,1的指示变量，当mv＞0时，δv,s＝1，δv,o＝0；当mv≤0时δv,s＝0，δv,o＝1；Tv,s、Tv,o分别表示节点v的供给温度和返回温度；I(v)表示节点v的入边集合；O(v)表示节点v的出边集合；
所述热源节点与热负荷节点换热的能量守恒方程为：
Cpmv(Tv,s-Tv,o)+Hpmv＝Φv (5-3)
其中，Cp为水的比热容；mv表示节点v的注入蒸汽流量；Tv,s、Tv,o分别表示节点v的供给温度和返回温度；Hp为水的汽化热；Φv为节点v的注入功率；
根据对于热力系统网络中任一节点，该节点所有出边的始端蒸汽温度应当相等且等于该节点的返回温度，建立节点出口等温方程，所述节点出口等温方程为：
其中，ei表示与节点v相连的第i条管道；表示与节点v相连的第i条管道ei的始端温度，Tv,s表示节点v的供给温度。
S212：利用热力系统潮流的计算模型，并采用前推回代法计算热力系统潮流；
S22：建立电热耦合设备模型，计算电热耦合设备的电功率；
S23：建立电力系统潮流的计算模型，计算电力系统潮流，得到电热耦合的综合能源系统的各节点电压、各设备实际供给的电负荷和各线路的实时传输功率。
进一步，所述步骤S212包括步骤：
S2121：初始化热力系统各节点的供给温度和返回温度，以及各管道蒸汽冷凝量；
S2122：进行前推运算，计算各管道末端节点的出口蒸汽流量、各管道流量以及热平衡节点的注入蒸汽流量，具体如下：
各管道末端节点的出口蒸汽流量的计算：当管道末端节点为热负荷节点时，将步骤S121初始化节点的供给温度和返回温度，以及该热负荷节点的负荷功率，带入热源节点与热负荷节点换热的能量守恒方程(5-3)，计算该管道末端节点的出口蒸汽流量；
当管道末端节点为不包含热平衡节点的热源节点时，将步骤S121初始化节点的供给温度和返回温度，以及该热源节点的供热功率带入热源节点与热负荷节点换热的能量守恒方程(5-3)，计算得到该管道末端节点的出口蒸汽流量；
各管道流量以及热平衡节点的注入蒸汽流量的计算：所述管道流量包括管道的始端流量和末端流量；将管道末端节点的出口蒸汽流量作为节点的注入蒸汽流量，带入流量连续方程(3-1)和(3-2)，同时带入初始化的管道蒸汽冷凝量，计算得到各管道的始端流量和末端流量，以及热平衡节点的注入蒸汽流量；其中，管道末端节点为热负荷节点或不包含热平衡节点的热源节点；其中，所述热平衡节点是指外部热源热量输入为未知量的热源节点；
S2123：进行回代运算，以各热源节点为起点，沿热功率流向，依次计算各节点的蒸汽压强，以及各热负荷节点的供给温度和返回温度；管道始端节点的蒸汽压强与管道始端的蒸汽作用面积相乘得到管道始端压力，管道末端节点的蒸汽压强与管道末端的蒸汽作用面积相乘得到管道末端压力；用户端节点的蒸汽压强与用户端的蒸汽作用面积相乘得到用户端压力；
S2124：将管道末端节点的出口蒸汽流量作为节点的注入蒸汽流量，将初始化的热源节点供给温度、节点的注入蒸汽流量和热源节点的供热功率带入热源节点与热负荷节点换热的能量守恒方程(5-3)，计算得到热源节点的返回温度，其中，热源节点的返回温度中的各热平衡节点的返回温度即为各设备用户处的温度；
S2125：判断步骤S2122至步骤S2124的计算结果是否满足收敛条件，
若满足，则输出步骤S2122至步骤S2124的计算结果，
若不满足，则返回步骤S2121。
进一步，所述步骤S2123具体包括：
各节点的蒸汽压强的计算：以各热源节点为起始节点，测量得到起始节点的蒸汽压强、各管道蒸汽的平均密度、各管道平均蒸汽流量和各管道的蒸汽流速，将起始节点的蒸汽压强作为以起始节点为始端的管道的始端蒸汽压强，带入压强损失方程(4)，沿热功率流向，带入相应管道的蒸汽的平均密度、平均蒸汽流量和蒸汽流速，依次计算得到各节点的蒸汽压强；
各热负荷节点的供给温度和返回温度的计算：以各热源节点为起始节点，沿热功率流向，测量得到环境温度、各管道蒸汽的平均温度和各管道的始端温度，将管道末端节点的出口蒸汽流量作为节点的注入蒸汽流量，将环境温度、管道蒸汽的平均温度、管道的始端温度、管道的蒸汽冷凝量、热负荷节点的蒸汽压强、节点的注入蒸汽流量带入管道向外界环境散热能量守恒方程(5-1)、节点热媒混合能量守恒方程(5-2)和节点出口等温方程(6)，计算得到热负荷节点的供给温度和返回温度。
进一步，所述步骤S22包括步骤：
S221：根据热力系统潮流计算结果，计算热力系统网络中的热平衡节点的供热功率；
S222：建立电热耦合设备模型；
S223：将热平衡节点的供热功率带入电热耦合设备模型，计算电热耦合设备的电功率。
进一步，所述步骤S222中所述电热耦合设备模型为：
其中，Φ'为电热耦合设备产生的热功率，即热平衡节点的供热功率；P'为电热耦合设备产生或消耗的电功率；R为电热耦合设备的热电比。
进一步，因管道e因蒸汽流量损失而降低的焓的计算公式为：
其中，me,d为管道e蒸汽冷凝量，pe,2为管道e末端的蒸汽压强；
因管道e因蒸汽冷凝放热而增加的焓的计算公式为：
其中，me,d为管道e蒸汽冷凝量，γe为蒸汽的潜热系数。
本发明的有益效果：本发明考虑到电热耦合的综合能源系统内部的拓扑结构和电热耦合关系，建立多维度风险评估指标体系和完善的电热耦合综合能源系统的风险评估模型，提高了对电热耦合的综合能源系统风险评估的准确性，使风险评估结果更贴近实际情况。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的一种电热耦合的综合能源系统风险评估方法，包括步骤：
S1：设定电热耦合的综合能源系统的故障概率；所述故障概率包括设备故障事件的发生概率、线路故障事件的发生概率和管道故障事件的发生概率；综合能源系统由各类能源生产设备、能源存储设备、能源转换设备及各类能源网络作为基本单元组成，设备停运、线路故障及管道故障是系统失效的根本原因。设备停运往往由恶劣天气、老化失效、运行状态、偶然事件等因素引起，在实时风险评估中一般以实时设备故障概率表征设备停运的可能性，即所述设备故障事件的发生概率为实时设备故障概率。设备故障事件的发生概率的确定方法为：首先，根据设备的历史故障情况由线性回归分析得到故障率和各类影响设备发生故障的因素之间的函数关系式，随着历史故障记录的增加，回归参数的估计将越准确；然后，再把各类影响设备的因素实时值代入函数关系式得到设备实时故障率；最后，由泊松分布得到个设备故障事件的发生概率。由于热力系统的运行方式相对固定，且管网铺设在地下，受天气影响小，其故障率主要由线路或管道自身属性例如：管壁厚度、材质等，和役龄决定，可取工程实践系统中的典型统计数据作为线路或管道实时故障率。根据设备、线路和管道实时故障率，即可计算经状态选取得到的每个综合能源系统预想事故的发生概率，即得到设备故障事件、线路故障事件和管道故障事件的发生概率。具体地，设某一综合能源系统预想事故中发生停运的设备集为Ω，当前系统共包含N个设备，其停运概率分别为P1,P2,...,PN，则理论上该设备故障事件的预想事故发生的概率Pr应为：
其中，i表示发生停运的设备，j表示未发生停运的设备。
由于设备停运概率一般很小，因此对预想事故发生概率的主要影响部分为前半部分，因此可用下式计算预想事故发生的概率，即设备故障事件发生概率为：
同理，可以得到线路故障事件的发生概率Pr和管道故障事件的发生概率Pg。
S2：计算电热耦合的综合能源系统潮流；
S3：建立电热耦合的综合能源系统风险的计算模型；
S4：将电热耦合的综合能源系统的故障概率和潮流计算结果带入电热耦合的综合能源系统风险的计算模型，计算得到各子风险值；并对各子风险值进行大小排序，得到最大子风险值，作为电热耦合的综合能源系统风险指标值；所述潮流计算结果包括各节点电压、各设备实际供给的电负荷和各线路的实时传输功率、各用户端压力、各设备用户处的温度、电热耦合设备模型的热负荷、管道始端和末端节点的蒸汽流量等参数。
S5：建立风险等级划分标准模型，将风险指标值与风险等级划分标准模型进行比对，得到电热耦合的综合能源系统风险等级。本实施例中，以风险值最高的子风险作为整个电热耦合的综合能源系统风险指标来判断分析电热耦合的综合能源系统风险大小，以进行后续调整和改进工作。通过上述方法，考虑到电热耦合的综合能源系统内部的拓扑结构和电热耦合关系，建立多维度风险评估指标体系和完善的电热耦合综合能源系统的风险评估模型，提高了对电热耦合的综合能源系统风险评估的准确性，使风险评估结果更贴近实际情况。通过建立电热耦合的综合能源系统风险的计算模型和风险等级划分标准模型，形成电热耦合的综合能源系统的风险指标体系，方便对电热耦合的综合能源系统进行风险评估。
本实施例中，在步骤S1之前还包括根据电热耦合的综合能源系统的日前调度计划、光伏预测及负荷预测来准备用于预生成电热耦合的综合能源系统的运行方式和电热耦合的综合能源系统潮流计算的输入数据，此为现有技术在此不赘述。在步骤S2之前还包括根据得到的输入数据，来对电热耦合的综合能源系统的运行方式进行预生成，然后根据设定电热耦合的综合能源系统的故障概率，利用N-1条件来生成确定性网架结构，判断预生成的电热耦合的综合能源系统是否解列，若不解列，则计算该N-1条件下整体电热耦合的综合能源系统的电热潮流；若解列，则分别计算该N-1条件下，各解列电热耦合的综合能源系统的电热潮流，此为现有技术在此不赘述。
所述电热耦合的综合能源系统风险包含线路功率越限子风险、线路电压偏移子风险、管道温度偏移子风险、管道流量越限子风险、管道压力越限子风险、电力不足子风险、供热不足子风险、温度不达标子风险和压强不达标子风险。其中，功率越限子风险、线路电压偏移子风险、管道温度偏移子风险、管道流量越限子风险和管道压力越限子风险属于电热耦合的综合能源系统的运行风险；电力不足子风险、供热不足子风险、温度不达标子风险和压强不达标子风险属于电热耦合的综合能源系统的供能风险。所述运行风险与电热耦合的综合能源系统的运行人员相关，运行人员可根据计算得到的运行风险对电热耦合的综合能源系统进行调整和改进；所述供能风险与电热耦合的综合能源系统的用户相关，用户可根据计算得到的功能风险对系统的用能计划进行调节，启动需求侧管理等相应手续。
所述电热耦合的综合能源系统风险的计算模型包括线路功率越限子风险计算模型、线路电压偏移子风险计算模型、管道温度偏移子风险计算模型、管道流量越限子风险计算模型、管道压力越限子风险计算模型、电力不足子风险计算模型、供热不足子风险计算模型、温度不达标子风险计算模型和压强不达标子风险计算模型。风险定义为风险发生概率与其严重程度乘积，如下式所示：
式中，Xf是系统的运行方式；Ei'是第i个故障；Pr'(Ei')是故障Ei'发生的概率；S(Ei',Xf)是在Xf的运行方式下发生第i个故障后系统的严重程度；R(Xf)是系统在Xf运行方式下的运行风险指标。
由(9)式拓展，得到各子风险计算模型具体如下：
所述线路功率越限子风险计算模型为：
其中，R1表示线路功率越限风险；Ei表示第i个线路故障事件；Pr(Ei)表示第i个线路故障事件的发生概率，即线路故障概率；表示第i个线路故障事件中线路的实际传输功率；Pmax为线路传输功率上限，为已知参数，可根据经验设定；表示取与0之中，值最大一个，表示因线路功率越限发生故障后电热耦合的综合能源系统的严重程度；
所述线路电压偏移子风险计算模型为：
其中，R2表示线路电压偏移风险；Ei表示第i个线路故障事件；Pr(Ei)表示第i个线路故障事件的发生概率，即线路故障概率；为第i个线路故障事件中的节点电压，Vmin为节点电压最低允许值，为已知参数，可根据经验设定，Vmax为节点电压最高允许值，为已知参数，可根据经验设定；表示取与0之中，值最大一个；表示取与0之中，值最大一个；表示因线路电压偏移发生故障后电热耦合的综合能源系统的严重程度；
所述管道温度偏移子风险计算模型为：
其中，R3表示管道温度偏移风险；Si表示第i个管道故障事件；Pg(Si)表示第i个管道故障事件的发生概率，即管道故障概率；表示第i个管道故障事件中的管道温度，所述管道温度包括管道始端节点的供给温度和管道末端节点的返回温度；Tmin表示管道温度最低允许值，为已知参数，可根据经验设定；Tmax表示管道温度最高允许值，为已知参数，可根据经验设定；表示取与0之中，值最大一个；表示取与0之中，值最大一个；本实施例中，将管道始端节点的供给温度和管道末端节点的返回温度分别带入(1-3)中进行计算，取计算结果中值最大的一个作为管道温度偏移子风险值；表示因管道温度偏移发生故障后电热耦合的综合能源系统的严重程度；
所述管道流量越限子风险计算模型为：
其中，R4表示管道流量越限风险，Si表示第i个管道故障事件；Pg(Si)表示第i个管道故障事件的发生概率，即管道故障概率；表示第i个管道故障事件中的管道流量，所述管道流量包括管道始端和末端节点的蒸汽流量；mmax为管道流量最高允许值，为已知参数，可根据经验设定；表示取与0之中，值最大一个；在本实施例中，将管道始端和末端节点的蒸汽流量分别作为管道流量带入(1-4)式进行计算，取计算结果中值最大的作为管道流量越限子风险值；表示因管道流量越限发生故障后电热耦合的综合能源系统的严重程度；
所述管道压力越限子风险计算模型为：
其中，R5表示管道压力越限风险，Si表示第i个管道故障事件；Pg(Si)表示第i个管道故障事件的发生概率，即管道故障概率；表示第i个管道故障事件中的管道压力，所述管道压力包括管道始端压力和管道末端压力；Pamin表示管道压力最低允许值，为已知参数，可根据经验设定，Pamax表示管道压力最高允许值，为已知参数，可根据经验设定；表示取与0之中，值最大一个；表示取与0之中，值最大一个。本实施例中，将管道始端压力和管道末端压力分别带入(1-5)式进行计算，取计算结果中值最大的作为管道压力越限子风险值；表示因管道压力越限发生故障后电热耦合的综合能源系统的严重程度；
所述电力不足子风险计算模型为：
其中，R6表示电力不足风险，Ai表示第i个设备故障事件；Pd(Ai)表示第i个设备故障事件的发生概率，即设备实时故障概率；LP表示基态电负荷，为已知参数，可根据经验设定；表示第i个设备故障事件中实际供给的电负荷；表示对与0之中，值最大一个值进行平方运算；表示因电力不足发生故障后电热耦合的综合能源系统的严重程度；
所述供热不足子风险计算模型为：
其中，R7表示供热不足风险，Ai表示第i个设备故障事件；Pd(Ai)表示第i个设备故障事件的发生概率，即设备实时故障概率；LH表示基态热负荷，为已知参数，可根据经验设定，表示第i个设备故障事件中实际供给的热负荷；表示对与0之中，值最大一个值进行平方运算；表示因供热不足发生故障后电热耦合的综合能源系统的严重程度；
所述温度不达标子风险计算模型为：
其中，R8表示温度不达标风险，Ai表示第i个设备故障事件；Pd(Ai)表示第i个设备故障事件的发生概率，即设备实时故障概率；表示第i个设备故障事件中用户处的温度；表示用户端的温度上限，为已知参数，可根据经验设定；T表示用户端的温度下限，为已知参数，可根据经验设定；表示取与0之中，值最大一个；表示取与0之中，值最大一个；表示因温度不达标发生故障后电热耦合的综合能源系统的严重程度；
所述压力不达标子风险计算模型为：
其中，R9表示压力不达标风险，Ai表示第i个设备故障事件；Pd(Ai)表示第i个设备故障事件的发生概率，即设备实时故障概率；表示第i个设备故障事件中的用户端压强；表示用户端的压力上限，为已知参数，可根据经验设定；Pa表示用户端的压力下限，为已知参数，可根据经验设定；表示取与0之中，值最大一个；表示取与0之中，值最大一个；表示因压力不达标发生故障后电热耦合的综合能源系统的严重程度；通过上述方法，建立考虑到电热耦合的综合能源系统内部的拓扑结构和电热耦合关系，建立多维度风险计算模型，全面对电热耦合的综合能源系统存在的风险进行评估，能够提高风险评估的精度和范围，适用范围更广，更具实用性。
所述风险等级划分标准模型为
当子风险指标值>1.79×10-5，则电热耦合的综合能源系统风险等级为高风险；
当2.39×10-6≤子风险指标值≤1.79×10-5，则电热耦合的综合能源系统风险等级为中等风险；
当子风险指标值<2.39×10-6，则电热耦合的综合能源系统风险等级为低风险。
完善的电热耦合综合能源系统的风险评估模型，提高了对电热耦合的综合能源系统风险评估的准确性，使风险评估结果更贴近实际情况。所述高风险是指电热耦合的综合能源系统发生故障的概率高，电热耦合的综合能源系统不具备短期和长期正常工作的能力；所述中等风险是指电热耦合的综合能源系统发生故障的概率较为频繁，电热耦合的综合能源系统不具备长期正常工作的能力，需要对电热耦合的综合能源系统进行调整和改进；所述低风险是指电热耦合的综合能源系统发生故障的概率低，电热耦合的综合能源系统具备长期正常工作的能力。
所述步骤S2具体包括：
S21：热力系统潮流的计算，具体如下：
S211：建立以蒸汽为热媒的热力系统潮流的计算模型，具体如下：
设定有向图G＝(V,E)表示热力系统，其中V代表热力系统节点集合，E代表热力系统管道集合；
根据在热力系统网络中进入节点的蒸汽流量等于流出该节点的蒸汽流量和该节点冷凝消耗的的蒸汽流量之和，且管道始端和末端的蒸汽流量相等，建立流量连续性方程，所述流量连续方程为：
其中，me,1表示管道e的始端流量；me,2表示管道e的末端流量；mv表示节点v的注入蒸汽流量；I(v)表示节点v的入边集合；O(v)表示节点v的出边集合；me,d表示管道e蒸汽的冷凝量；
本实施例中，考虑到蒸汽在管道传输过程中易发生冷凝现象导致热媒量的损失，建立流量连续方程，相较于传统的将热水作为热媒的流量连续方程直接套用到以蒸汽作为热媒的流量连续方程，其计算结果更接近实际情况，具有更高的精度，适用范围更广。
根据在热力系统网络中，热能的转移保持能量守恒，建立热力系统的能量守恒方程。在热力系统网络中，热能的转移有三种形式，一是管道向外界散热，二是节点热媒的混合，三是热源节点与热负荷节点的换热，故所述能量守恒方程包括管道向外界环境散热能量守恒方程、节点热媒混合能量守恒方程和热源节点和热负荷节点换热的能量守恒方程，所述管道向外界环境散热能量守恒方程为：
其中，pe,1、pe,2分别为管道e的始、末端蒸汽压强，fe为管道e的摩擦系数，de为管道e的直径，Se为管道e的横截面积，为管道e蒸汽的平均密度，表示管道e平均蒸汽流量，ve表示管道e的蒸汽流速。
根据在热力系统网络中，热能的转移保持能量守恒，建立热力系统的能量守恒方程，所述能量守恒方程包括管道向外界环境散热能量守恒方程、节点热媒混合能量守恒方程和热源节点和热负荷节点换热的能量守恒方程，所述管道向外界环境散热能量守恒方程为：
其中，He,1为管道e的始端的焓值；He,2为管道e的末端的焓值；le为管道e的长度；de为管道e的直径；Se为管道e的横截面积；λ为各管道的热传导系数；为管道e蒸汽的平均温度；TB为环境温度；为管道e因蒸汽流量损失而降低的焓；为管道e因蒸汽冷凝放热而增加的焓；所述热源节点为具有外部热源进行热量输入的节点，所述热负荷节点为没有外部热源进行热量输入的节点；所述热源节点为具有外部热源进行热量输入的节点，所述热负荷节点为没有外部热源进行热量输入的节点；本实施例中，考虑了蒸汽与热水的不同之处在于蒸汽传输热量的过程中存在冷凝，蒸汽的冷凝产生两种效应。第一，凝结的水经排水管道排出，导致流量的损失，使得蒸汽的焓降低。第二，冷凝过程中蒸汽释放热量，使得蒸汽的焓增加，相对于传统的利用热水管网模型来直接计算蒸汽管网的热力系统潮流，精度更高，误差更小，适用范围更广，对于根据热力系统潮流计算结果来分析电热联合系统具有更强的实际意义。本实施例中，以热水为热媒的热力系统网络的管道向外界环境散热能量守恒方程，可由将(5-1)式中的管道e因蒸汽流量损失而降低的焓和管道e因蒸汽冷凝放热而增加的焓设定为0得到，具体为
故以热水为热媒和以蒸汽为热媒的热力系统网络中的管道向外界环境散热能量守恒方程可共用(5-1)式。
所述节点热媒混合能量守恒方程为：
其中，Tv,s、Tv,o分别表示节点v的供给温度和返回温度；δv,s、δv,o是取值为0,1的指示变量，当mv＞0时，δv,s＝1，δv,o＝0；当mv≤0时δv,s＝0，δv,o＝1；Tv,s、Tv,o分别表示节点v的供给温度和返回温度；I(v)表示节点v的入边集合；O(v)表示节点v的出边集合；
所述热源节点与热负荷节点换热的能量守恒方程为：
Cpmv(Tv,s-Tv,o)+Hpmv＝Φv (5-3)
其中，Cp为水的比热容；mv表示节点v的注入蒸汽流量；Tv,s、Tv,o分别表示节点v的供给温度和返回温度；Hp为水的汽化热；Φv为节点v的注入功率；
根据对于热力系统网络中任一节点，该节点所有出边的始端蒸汽温度应当相等且等于该节点的返回温度，建立节点出口等温方程，所述节点出口等温方程为：
其中，ei表示与节点v相连的第i条管道；Tei,1表示与节点v相连的第i条管道ei的始端温度，Tv,s表示节点v的供给温度。本实施例中，管道中注入蒸汽的一端为始端，管道中流出蒸汽的一端为末端，管道的始端和末端分别与其他管道相连，在管道的始端位置处任选一点，该点可以是始端横截面的中心点，测量该点处的蒸汽温度，将该温度作为管道始端温度，在管道末端位置处任选一点，该点处的蒸汽温度即管道末端温度，当存在一个节点位于管道始端时，该节点作为管道的始端节点，当存在一个节点位于管道的末端时，该节点作为管道的末端节点。本实施例中，以蒸汽为热媒的热力系统潮流的计算模型同样适用于以热水为热媒的热力系统潮流计算。本实施例中，电热耦合的综合能源系统具体是指，由分布于一个区域内的电力系统、热力系统和作为耦合环节的多能源转换设备组成的系统。其中，多能源转换设备，为电热耦合设备包括电锅炉或热电联产技术(Combined Heat and Power，CHP)机组。电力系统将电能从电源侧传输到负荷侧；热力系统由热源、供热网络、回热网络和热负荷构成，在工业园区中，蒸汽是一种更为常见的供热煤质，高温蒸汽将热量从热源经供热管道输送到热负荷处，通过换热器将热能传输给用户后转变为低温热水，再经回热管道流回热源。CHP机组、燃气锅炉、电锅炉等设备可以实现不同能源之间的灵活转换。
S212：利用热力系统潮流的计算模型，并采用前推回代法计算热力系统潮流；实际生产中，热力系统网络为辐射状结构，且热功率单方向流动，类似于电力系统中的配电网，热力系统潮流计算也可采用前推-回代的方法，这样简化了传统热力系统潮流计算的规模，在保证计算精度同时，提高了计算效率。
S22：建立电热耦合设备模型，计算电热耦合设备的电功率；
S23：建立电力系统潮流的计算模型，计算电力系统潮流，得到电热耦合的综合能源系统的各节点电压、各设备实际供给的电负荷和各线路的实时传输功率。本实施例中，采用牛顿-拉夫逊法计算电力系统潮流数据，所述电力系统潮流的计算模型为：
其中，Pi、Qi表示节点注入的有功功率与无功功率，ei、fi表示节点电压的实部和虚部，Gij、Bij为节点导纳矩阵相应元素的实部和虚部。电力系统潮流计算就是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态的计算，潮流计算的目标是求取电力系统在给定运行方式下的节点电压和功率分布。本实施例利用牛顿-拉夫逊法，借助计算机进行辅助迭代计算，即先给定初值，然后通过不断迭代，计算电力系统潮流数据。由于牛顿-拉夫逊法是现有技术在此不赘述。通过上述方法，利用热力系统网络为辐射状结构，且热功率单方向流动类似电力系统中的配电网的特性，将前推-回代法推广到热力系统潮流计算中，简化了电热联合系统的潮流计算，在基于蒸汽供热的热力系统潮流的计算模型中加入了蒸汽冷凝现象的修正量，能够正确分析电热联合系统中的热力系统的潮流，提高了电热联合系统输出数据的可靠性和精度，且考虑到电/热/蒸汽系统的耦合互动关系，使计算结果更加准确且符合实际。
所述步骤S212包括步骤：
S2121：初始化热力系统各节点的供给温度和返回温度，以及各管道蒸汽冷凝量；
S2122：进行前推运算，计算各管道末端节点的出口蒸汽流量、各管道流量以及热平衡节点的注入蒸汽流量，具体如下：
各管道末端节点的出口蒸汽流量的计算：当管道末端节点为热负荷节点时，将步骤S121初始化节点的供给温度和返回温度，以及该热负荷节点的负荷功率，带入热源节点与热负荷节点换热的能量守恒方程(5-3)，计算该管道末端节点的出口蒸汽流量；
当管道末端节点为不包含热平衡节点的热源节点时，将步骤S121初始化节点的供给温度和返回温度，以及该热源节点的供热功率带入热源节点与热负荷节点换热的能量守恒方程(5-3)，计算得到该管道末端节点的出口蒸汽流量；
各管道流量以及热平衡节点的注入蒸汽流量的计算：所述管道流量包括管道的始端流量和末端流量；将管道末端节点的出口蒸汽流量作为节点的注入蒸汽流量，带入流量连续方程(3-1)和(3-2)，同时带入初始化的管道蒸汽冷凝量，计算得到各管道的始端流量和末端流量，以及热平衡节点的注入蒸汽流量；其中，管道末端节点为热负荷节点或不包含热平衡节点的热源节点；其中，所述热平衡节点是指外部热源热量输入为未知量的热源节点；本实施例中，当热力系统的管道末端节点为不包含热平衡节点的热源节点时，将该管道末端节点的供热功率作为该管道末端节点的输出功率；当热力系统的管道末端节点为热负荷节点时，将该管道末端节点的负荷功率作为该管道末端节点的输出功率；由于该管道末端节点为该管道相邻的后续管道的始端节点，故该管道末端节点的输出功率为该管道相邻的后续管道始端节点的注入功率；
将各热力系统除热平衡节点外的管道末端节点的输出功率、供水温度、回水温度带入热源节点与热负荷节点换热的能量守恒方程(5-3)，计算得到各管道相邻的后续管道始端节点注入流量，所述各管道相邻的后续管道始端节点注入流量为即各管道末端节点的出口流量。当热力系统的管道末端节点相邻后续管道只有一支管道时，该管道相邻的后续管道始端节点的注入流量为该管道相邻的下一管道起始段节点的注入流量；当热力系统的管道末端节点相邻后续管道有至少两支管道时，该管道相邻的后续管道始端节点的注入流量为该管道相邻的后续所有管道起点端节点注入流量的和。
S2123：进行回代运算，以各热源节点为起点，沿热功率流向，依次计算各节点的蒸汽压强，以及各热负荷节点的供给温度和返回温度；本申请利用热力系统网络为辐射状结构，且热功率单方向流动类似电力系统中的配电网的特性，将前推-回代法推广到热力系统潮流计算中，简化了电热联合系统的潮流计算。管道始端节点的蒸汽压强与管道始端的蒸汽作用面积相乘得到管道始端压力，管道末端节点的蒸汽压强与管道末端的蒸汽作用面积相乘得到管道末端压力；用户端节点的蒸汽压强与用户端的蒸汽作用面积相乘得到用户端压力；
S2124：将管道末端节点的出口蒸汽流量作为节点的注入蒸汽流量，将初始化的热源节点供给温度、节点的注入蒸汽流量和热源节点的供热功率带入热源节点与热负荷节点换热的能量守恒方程(5-3)，计算得到热源节点的返回温度，其中，热源节点的返回温度中的各热平衡节点的返回温度即为各设备用户处的温度；本实施例中，所热源节点的返回温度为从热源节点流出的蒸汽在管道节点处与其他管道的蒸汽混合之后的温度；所述热源节点的供热功率通过现有技术得到，例如利用负荷预测计算得到，在此不赘述。所述热源节点与热负荷节点换热的能量守恒方程(5-3)中的Cp、Hp为已知参数。
S2125：判断步骤S2122至步骤S2124的计算结果是否满足收敛条件，
若满足，则输出步骤S2122至步骤S2124的计算结果，
若不满足，则返回步骤S2121。本实施例中，热力系统潮流数据是通过不断迭代计算得到的，当获得的热力系统潮数据流满足收敛条件，即获取的热力系统潮流数据与上一次迭代计算获取的热力系统潮流数据的差值在预设差值范围内，则输出热力系统潮流数据，若获取的热力系统潮流数据与上一次迭代计算获取的热力系统潮流数据的差值不在预设差值范围内，则不满足收敛条件，返回步骤S2121。通过收敛条件，来确定热力系统潮流数据，能够正确分析电热联合系统中的热力系统的潮流，保证了电热联合系统输出的结果在预定收敛域内，提高了电热联合系统输出数据的可靠性，针对性设置收敛条件，提高了潮流计算的灵活性。
所述步骤S2123具体包括：
各节点的蒸汽压强的计算：以各热源节点为起始节点，测量得到起始节点的蒸汽压强、各管道蒸汽的平均密度、各管道平均蒸汽流量和各管道的蒸汽流速，将起始节点的蒸汽压强作为以起始节点为始端的管道的始端蒸汽压强，带入压强损失方程(4)，沿热功率流向，带入相应管道的蒸汽的平均密度、平均蒸汽流量和蒸汽流速，依次计算得到各节点的蒸汽压强；所述压强损失方程(4)中的fe、de、Se为已知参数，ve通过现有技术测量得到，在此不赘述。
各热负荷节点的供给温度和返回温度的计算：以各热源节点为起始节点，沿热功率流向，测量得到环境温度、各管道蒸汽的平均温度和各管道的始端温度，将管道末端节点的出口蒸汽流量作为节点的注入蒸汽流量，将环境温度、管道蒸汽的平均温度、管道的始端温度、管道的蒸汽冷凝量、热负荷节点的蒸汽压强、节点的注入蒸汽流量带入管道向外界环境散热能量守恒方程(5-1)、节点热媒混合能量守恒方程(5-2)和节点出口等温方程(6)，计算得到热负荷节点的供给温度和返回温度。本实施例中，环境温度通过现有的温度检测设备或仪器测量热力系统网络中的管道外部环境中的温度得到，各管道蒸汽的平均温度通过测量各管道中段截面中心点的温度得到。其中，前推计算为已知各节点温度，计算网络的流量分布，方程组(3-1)、(3-2)中，变量数为V+3E，方程数为V+E，由于热网的辐射状结构，V＝E+1。若要使得方程组有唯一解，方程数应当等于变量数，故需要固定V-1+E个变量，即除去热平衡节点外的所有节点的注入流量，以及各管道的冷凝量，其中，用有向图G＝(V,E)来表示热力系统，其中V代表热力系统节点集合，E代表热力系统管道集合。
所述步骤S22包括步骤：
S221：根据热力系统潮流计算结果，计算热力系统网络中的热平衡节点的供热功率；本实施例中，根据热平衡点的注入流量，利用现有技术，计算得到热力系统网络中的热平衡节点的供热功率和电热耦合设备模型的热负荷。所述热平衡节点的供热功率为电热耦合设备产生的供热功率。
S222：建立电热耦合设备模型；
S223：将热平衡节点的供热功率带入电热耦合设备模型，计算电热耦合设备的电功率。本实施例中，先计算热力系统潮流，然后计算将热力系统潮流计算结果耦合到电力系统中对电力系统潮流进行计算，实现了对电热联合系统的潮流计算，减少了计算量，更贴近实际情况，适用范围更广。
所述步骤S222中所述电热耦合设备模型为：
其中，Φ'为电热耦合设备产生的热功率，即热平衡节点的供热功率；P'为电热耦合设备产生或消耗的电功率；R为电热耦合设备的热电比。
当电热耦合设备为热电联产技术机组时，(7)式中Φ'表示为热电联产技术机组产生的供热功率，P'表示热电联产技术机组产生的电功率，R表示热电联产技术机组的热电比；
当电热耦合设备为电锅炉时，(7)式中Φ'表示电锅炉产生的供热功率，P'表示电锅炉消耗的电能，R表示电锅炉的能效比。
因管道e因蒸汽流量损失而降低的焓的计算公式为：
其中，me,d为管道e蒸汽冷凝量，pe,2为管道e末端的蒸汽压强；
因管道e因蒸汽冷凝放热而增加的焓的计算公式为：
其中，me,d为管道e蒸汽冷凝量，γe为蒸汽的潜热系数。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (11)
1.一种电热耦合的综合能源系统风险评估方法，其特征在于：包括步骤：
S1：设定电热耦合的综合能源系统的故障概率；
S2：计算电热耦合的综合能源系统潮流；
S3：建立电热耦合的综合能源系统风险的计算模型；
S4：将电热耦合的综合能源系统的故障概率和潮流计算结果带入电热耦合的综合能源系统风险的计算模型，计算得到各子风险值；并对各子风险值进行大小排序，得到最大子风险值，作为电热耦合的综合能源系统风险指标值；
S5：建立风险等级划分标准模型，将风险指标值与风险等级划分标准模型进行比对，得到电热耦合的综合能源系统风险等级。
2.根据权利要求1所述电热耦合的综合能源系统风险评估方法，其特征在于：所述电热耦合的综合能源系统风险包含线路功率越限子风险、线路电压偏移子风险、管道温度偏移子风险、管道流量越限子风险、管道压力越限子风险、电力不足子风险、供热不足子风险、温度不达标子风险和压强不达标子风险。
3.根据权利要求2所述电热耦合的综合能源系统风险评估方法，其特征在于：所述电热耦合的综合能源系统风险的计算模型包括线路功率越限子风险计算模型、线路电压偏移子风险计算模型、管道温度偏移子风险计算模型、管道流量越限子风险计算模型、管道压力越限子风险计算模型、电力不足子风险计算模型、供热不足子风险计算模型、温度不达标子风险计算模型和压强不达标子风险计算模型；
所述线路功率越限子风险计算模型为：
其中，R1表示线路功率越限风险；Ei表示第i个线路故障事件；Pr(Ei)表示第i个线路故障事件的发生概率，即线路故障概率；表示第i个线路故障事件中线路的实际传输功率；Pmax为线路传输功率上限；表示取与0之中，值最大一个；
所述线路电压偏移子风险计算模型为：
其中，R2表示线路电压偏移风险；Ei表示第i个线路故障事件；Pr(Ei)表示第i个线路故障事件的发生概率，即线路故障概率；为第i个线路故障事件中的节点电压，Vmin为节点电压最低允许值，Vmax为节点电压最高允许值；表示取与0之中，值最大一个；表示取与0之中，值最大一个；
所述管道温度偏移子风险计算模型为：
其中，R3表示管道温度偏移风险；Si表示第i个管道故障事件；Pg(Si)表示第i个管道故障事件的发生概率，即管道故障概率；表示第i个管道故障事件中的管道温度，所述管道温度包括管道始端节点的供给温度和管道末端节点的返回温度；Tmin表示管道温度最低允许值；Tmax表示管道温度最高允许值；表示取与0之中，值最大一个；表示取与0之中，值最大一个；
所述管道流量越限子风险计算模型为：
其中，R4表示管道流量越限风险，Si表示第i个管道故障事件；Pg(Si)表示第i个管道故障事件的发生概率，即管道故障概率；表示第i个管道故障事件中的管道流量，所述管道流量包括管道始端和末端节点的蒸汽流量；mmax为管道流量最高允许值；表示取与0之中，值最大一个；
所述管道压力越限子风险计算模型为：
其中，R5表示管道压力越限风险，Si表示第i个管道故障事件；Pg(Si)表示第i个管道故障事件的发生概率，即管道故障概率；表示第i个管道故障事件中的管道压力，所述管道压力包括管道始端压力和管道末端压力；Pamin表示管道压力最低允许值，Pamax表示管道压力最高允许值；表示取与0之中，值最大一个；表示取与0之中，值最大一个。
4.根据权利要求2所述电热耦合的综合能源系统风险评估方法，其特征在于：所述电力不足子风险计算模型为：
其中，R6表示电力不足风险，Ai表示第i个设备故障事件；Pd(Ai)表示第i个设备故障事件的发生概率，即设备实时故障概率；LP表示基态电负荷；表示第i个设备故障事件中实际供给的电负荷；表示对与0之中，值最大一个值进行平方运算；
所述供热不足子风险计算模型为：
其中，R7表示供热不足风险，Ai表示第i个设备故障事件；Pd(Ai)表示第i个设备故障事件的发生概率，即设备实时故障概率；LH表示基态热负荷，表示第i个设备故障事件中实际供给的热负荷；表示对与0之中，值最大一个值进行平方运算；
所述温度不达标子风险计算模型为：
其中，R8表示温度不达标风险，Ai表示第i个设备故障事件；Pd(Ai)表示第i个设备故障事件的发生概率，即设备实时故障概率；表示第i个设备故障事件中用户处的温度；表示用户端的温度上限；T表示用户端的温度下限；表示取与0之中，值最大一个；表示取与0之中，值最大一个；
所述压力不达标子风险计算模型为：
其中，R9表示压力不达标风险，Ai表示第i个设备故障事件；Pd(Ai)表示第i个设备故障事件的发生概率，即设备实时故障概率；表示第i个设备故障事件中的用户端压强；表示用户端的压力上限；Pa表示用户端的压力下限；表示取与0之中，值最大一个；表示取与0之中，值最大一个。
5.根据权利要求1所述电热耦合的综合能源系统风险评估方法，其特征在于：所述风险等级划分标准模型为
当子风险指标值>1.79×10-5，则电热耦合的综合能源系统风险等级为高风险；
当2.39×10-6≤子风险指标值≤1.79×10-5，则电热耦合的综合能源系统风险等级为中等风险；
当子风险指标值<2.39×10-6，则电热耦合的综合能源系统风险等级为低风险。
6.根据权利要求1所述电热耦合的综合能源系统风险评估方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：
S21：热力系统潮流的计算，具体如下：
S211：建立以蒸汽为热媒的热力系统潮流的计算模型，具体如下：
设定有向图G＝(V,E)表示热力系统，其中V代表热力系统节点集合，E代表热力系统管道集合；
根据在热力系统网络中进入节点的蒸汽流量等于流出该节点的蒸汽流量和该节点冷凝消耗的的蒸汽流量之和，且管道始端和末端的蒸汽流量相等，建立流量连续性方程，所述流量连续方程为：
其中，me,1表示管道e的始端流量；me,2表示管道e的末端流量；mv表示节点v的注入蒸汽流量；I(v)表示节点v的入边集合；O(v)表示节点v的出边集合；me,d表示管道e蒸汽的冷凝量；
根据热媒在热力系统管道流动过程中，需克服管道壁做功，产生压强损失，建立压强损失方程，所述压强损失方程为：
其中，pe,1、pe,2分别为管道e的始、末端蒸汽压强，fe为管道e的摩擦系数，de为管道e的直径，Se为管道e的横截面积，为管道e蒸汽的平均密度，表示管道e平均蒸汽流量，ve表示管道e的蒸汽流速。
根据在热力系统网络中，热能的转移保持能量守恒，建立热力系统的能量守恒方程，所述能量守恒方程包括管道向外界环境散热能量守恒方程、节点热媒混合能量守恒方程和热源节点和热负荷节点换热的能量守恒方程，所述管道向外界环境散热能量守恒方程为：
其中，He,1为管道e的始端的焓值；He,2为管道e的末端的焓值；le为管道e的长度；de为管道e的直径；Se为管道e的横截面积；λ为各管道的热传导系数；为管道e蒸汽的平均温度；TB为环境温度；为管道e因蒸汽流量损失而降低的焓；为管道e因蒸汽冷凝放热而增加的焓；所述热源节点为具有外部热源进行热量输入的节点，所述热负荷节点为没有外部热源进行热量输入的节点；
所述节点热媒混合能量守恒方程为：
其中，Tv,s、Tv,o分别表示节点v的供给温度和返回温度；δv,s、δv,o是取值为0,1的指示变量，当mv＞0时，δv,s＝1，δv,o＝0；当mv≤0时δv,s＝0，δv,o＝1；Tv,s、Tv,o分别表示节点v的供给温度和返回温度；I(v)表示节点v的入边集合；O(v)表示节点v的出边集合；
所述热源节点与热负荷节点换热的能量守恒方程为：
Cpmv(Tv,s-Tv,o)+Hpmv＝Φv(5-3)
其中，Cp为水的比热容；mv表示节点v的注入蒸汽流量；Tv,s、Tv,o分别表示节点v的供给温度和返回温度；Hp为水的汽化热；Φv为节点v的注入功率；
根据对于热力系统网络中任一节点，该节点所有出边的始端蒸汽温度应当相等且等于该节点的返回温度，建立节点出口等温方程，所述节点出口等温方程为：
其中，ei表示与节点v相连的第i条管道；表示与节点v相连的第i条管道ei的始端温度，Tv,s表示节点v的供给温度。
S212：利用热力系统潮流的计算模型，并采用前推回代法计算热力系统潮流；
S22：建立电热耦合设备模型，计算电热耦合设备的电功率；
S23：建立电力系统潮流的计算模型，计算电力系统潮流，得到电热耦合的综合能源系统的各节点电压、各设备实际供给的电负荷和各线路的实时传输功率。
7.根据权利要求6所述电热耦合的综合能源系统风险评估方法，其特征在于：所述步骤S212包括步骤：
S2121：初始化热力系统各节点的供给温度和返回温度，以及各管道蒸汽冷凝量；
S2122：进行前推运算，计算各管道末端节点的出口蒸汽流量、各管道流量以及热平衡节点的注入蒸汽流量，具体如下：
各管道末端节点的出口蒸汽流量的计算：当管道末端节点为热负荷节点时，将步骤S121初始化节点的供给温度和返回温度，以及该热负荷节点的负荷功率，带入热源节点与热负荷节点换热的能量守恒方程(5-3)，计算该管道末端节点的出口蒸汽流量；
当管道末端节点为不包含热平衡节点的热源节点时，将步骤S121初始化节点的供给温度和返回温度，以及该热源节点的供热功率带入热源节点与热负荷节点换热的能量守恒方程(5-3)，计算得到该管道末端节点的出口蒸汽流量；
各管道流量以及热平衡节点的注入蒸汽流量的计算：所述管道流量包括管道的始端流量和末端流量；将管道末端节点的出口蒸汽流量作为节点的注入蒸汽流量，带入流量连续方程(3-1)和(3-2)，同时带入初始化的管道蒸汽冷凝量，计算得到各管道的始端流量和末端流量，以及热平衡节点的注入蒸汽流量；其中，管道末端节点为热负荷节点或不包含热平衡节点的热源节点；其中，所述热平衡节点是指外部热源热量输入为未知量的热源节点；
S2123：进行回代运算，以各热源节点为起点，沿热功率流向，依次计算各节点的蒸汽压强，以及各热负荷节点的供给温度和返回温度；管道始端节点的蒸汽压强与管道始端的蒸汽作用面积相乘得到管道始端压力，管道末端节点的蒸汽压强与管道末端的蒸汽作用面积相乘得到管道末端压力；用户端节点的蒸汽压强与用户端的蒸汽作用面积相乘得到用户端压力；
S2124：将管道末端节点的出口蒸汽流量作为节点的注入蒸汽流量，将初始化的热源节点供给温度、节点的注入蒸汽流量和热源节点的供热功率带入热源节点与热负荷节点换热的能量守恒方程(5-3)，计算得到热源节点的返回温度，其中，热源节点的返回温度中的各热平衡节点的返回温度即为各设备用户处的温度；
S2125：判断步骤S2122至步骤S2124的计算结果是否满足收敛条件，
若满足，则输出步骤S2122至步骤S2124的计算结果，
若不满足，则返回步骤S2121。
8.根据权利要求6所述电热耦合的综合能源系统风险评估方法，其特征在于：所述步骤S2123具体包括：
各节点的蒸汽压强的计算：以各热源节点为起始节点，测量得到起始节点的蒸汽压强、各管道蒸汽的平均密度、各管道平均蒸汽流量和各管道的蒸汽流速，将起始节点的蒸汽压强作为以起始节点为始端的管道的始端蒸汽压强，带入压强损失方程(4)，沿热功率流向，带入相应管道的蒸汽的平均密度、平均蒸汽流量和蒸汽流速，依次计算得到各节点的蒸汽压强；
各热负荷节点的供给温度和返回温度的计算：以各热源节点为起始节点，沿热功率流向，测量得到环境温度、各管道蒸汽的平均温度和各管道的始端温度，将管道末端节点的出口蒸汽流量作为节点的注入蒸汽流量，将环境温度、管道蒸汽的平均温度、管道的始端温度、管道的蒸汽冷凝量、热负荷节点的蒸汽压强、节点的注入蒸汽流量带入管道向外界环境散热能量守恒方程(5-1)、节点热媒混合能量守恒方程(5-2)和节点出口等温方程(6)，计算得到热负荷节点的供给温度和返回温度。
9.根据权利要求6所述电热耦合的综合能源系统风险评估方法，其特征在于：所述步骤S22包括步骤：
S221：根据热力系统潮流计算结果，计算热力系统网络中的热平衡节点的供热功率；
S222：建立电热耦合设备模型；
S223：将热平衡节点的供热功率带入电热耦合设备模型，计算电热耦合设备的电功率。
10.根据权利要求9所述电热耦合的综合能源系统风险评估方法，其特征在于：所述步骤S222中所述电热耦合设备模型为：
其中，Φ'为电热耦合设备产生的热功率，即热平衡节点的供热功率；P'为电热耦合设备产生或消耗的电功率；R为电热耦合设备的热电比。
11.根据权利要求6所述电热耦合的综合能源系统风险评估方法，其特征在于：因管道e因蒸汽流量损失而降低的焓的计算公式为：
其中，me,d为管道e蒸汽冷凝量，pe,2为管道e末端的蒸汽压强；
因管道e因蒸汽冷凝放热而增加的焓的计算公式为：
其中，me,d为管道e蒸汽冷凝量，γe为蒸汽的潜热系数。
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