CN111666664A - 电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电‑气综合能源系统新增供能元件置信容量的评估方法。过程为：获取电‑气综合能源系统的基础数据；计算包含新增供能元件的可靠性指标R_{System_IES}和不包含新增供能元件的可靠性指标R_{System_Gen}；计算可靠性指标R_{System_Gen}与可靠性指标R_{System_IES}的差值，更新虚拟常规机组的容量直至可靠性指标R_{System_Gen}与可靠性指标R_{System_IES}的差值的绝对值小于等于收敛阈值，则记差值的绝对值小于等于收敛阈值时的虚拟常规机组容量为电‑气综合能源系统中新增供能元件的置信容量。本发明能综合全面的反映新增供能元件对电‑气综合能源系统的供能充裕性的贡献，方法简单，评估结果更准确，有利于电‑气综合能源系统运行人员更直观的了解电‑气综合能源系统供能元件对系统的供能可靠性的改善。

Description

电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的评估方法

技术领域

本发明属于综合能源系统可靠性分析技术领域，具体涉及一种电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的评估方法。

背景技术

随着经济社会的发展，实现能源的高效利用、保障能源安全是实现当今人类社会快速发展的必由之路。因此，需要着力解决经济社会发展与能源短缺和环保压力之间的矛盾。传统的用能系统中供电系统和燃气系统各自独立供电和供气，这种供能方式难以实现能源的协同高效利用，难以满足当前人类社会绿色、高效、清洁、低碳的用能要求。

近年，随着电-气综合能源系统中分布式能源渗透率的不断提升以及电转气技术的日趋成熟，电-气综合能源的耦合程度不断深入，电-气综合能源的规划运行技术也得到了长足发展。电-气综合能源系统的供能可靠性也愈发引起重视。现有研究表明，电-气综合能源系统的分布式能源不仅具有能量价值，同时也具有容量价值。同时，由于电-气综合能源系统中存在燃气机组和电转气系统(Power to Gas,P2G)，电源和供气设备可以互为补充以提高电-气综合能源系统的供能可靠性。因此，在当前的电-气综合能源系统的规划中，必须准确的评估出电-气综合能源系统的新增供能元件置信容量，以评估其对整个电-气综合能源系统的供能充裕性的贡献，降低电-气综合能源系统的供能可靠性风险。

目前，现有对于置信容量的主要考虑包括以下几种因素：

(1)在现有的对于置信容量的评估中，所有研究都是针对电力系统元件的置信容量研究，这些研究采用可靠性指标对电力系统元件的置信容量进行评估，现有研究并未对包含燃气系统的电-气综合能源系统供能元件的置信容量进行评估。如果在衡量电-气综合能源系统时采用分布式能源和供气设备的装机容量，这样就会导致在系统发生强制停运时，电-气综合能源系统的可用容量不足，导致电-气综合能源系统存在供能可靠性风险。如果在评估电-气综合能源系统的供能可靠性时仅考虑配电网的供电可靠性，而不考虑电-气综合能源系统中的燃气系统对于配电网供电可靠性的有益补充，也不考虑P2G系统对于燃气系统供气的可靠性的补充，将导致电源和供气设备的装机容量过大，影响电-气综合能源系统规划的经济性。

(2)现有对于可再生能源置信容量的评估通常采用供电可靠性指标，而供电可靠性指标无法衡量包含电力系统和燃气系统的综合能源系统的供能可靠性。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的评估方法，其目的在于评估电-气综合能源系统新增供能元件的可用容量对于电-气综合能源系统供能可靠性的贡献，由此解决了新增供能元件对于电-气综合能源系统可靠性贡献的定量评估的技术问题，从而提高了电-气综合能源系统供能元件配置的经济性，降低了电-气综合能源系统供能元件的配置成本。

本发明采用的技术方案是：一种电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的评估方法，包括以下步骤：

S1：获取电-气综合能源系统的基础数据，根据电-气综合能源系统的基础数据计算电-气综合能源系统中各供能元件的历史出力和各负荷的历史负荷；

S2：根据所述各供能元件的历史出力和各负荷的历史负荷计算包含新增供能元件的电-气综合能源系统的可靠性指标R_{System_IES}；

S3：在电-气综合能源系统中增设虚拟常规机组并设置虚拟常规机组的容量初值，在不包含新增供能元件的电-气综合能源系统中按一定步长增加虚拟常规机组的容量，根据所述各供能元件的历史出力、各负荷的历史负荷及虚拟常规机组的容量计算不包含新增供能元件含虚拟常规机组的电-气综合能源系统的可靠性指标R_{System_Gen}；

S4：计算可靠性指标R_{System_Gen}与可靠性指标R_{System_IES}的差值，若差值的绝对值大于设定电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的收敛阈值，则更新虚拟常规机组的容量再次计算可靠性指标R_{System_Gen}，直至可靠性指标R_{System_Gen}与可靠性指标R_{System_IES}的差值的绝对值小于等于所述收敛阈值，则记可靠性指标R_{System_Gen}与可靠性指标R_{System_IES}的差值的绝对值小于等于收敛阈值时的虚拟常规机组的容量为电-气综合能源系统中新增供能元件的置信容量。

进一步地，所述电-气综合能源系统的基础数据包括供能元件的组成、负荷的组成、各供能元件的数量、各供能元件的装机容量、各供能元件的时序历史出力占装机容量百分比数据、各供能元件的强迫停运系数、各负荷的年度峰值和各小时负荷占年负荷峰值百分比数据。

进一步地，所述供能元件的组成包括风力发电机组、光伏发电机组、潮汐发电机组、波浪发电机组、燃气发电机组、P2G设备、供气设备中的任意一种或多种。

进一步地，所述负荷的组成包括电负荷和/或燃气负荷。

进一步地，将各供能元件的装机容量与各供能元件的时序历史出力占装机容量百分比数据相乘得到各供能元件的历史出力。

进一步地，将各负荷的年度峰值与各小时负荷占年负荷峰值百分比数据相乘得到各负荷的历史负荷。

进一步地，所述可靠性指标R_{System_IES}的计算过程为：将一定时间段按小时均匀分成若干个时间间隔，根据各供能元件的历史出力计算每个时间间隔内电-气综合能源系统中所有供能元件的可用发电容量以及可用燃气容量，根据每个时间间隔的可用发电容量、电负荷、可用燃气容量和燃气负荷通过以下公式计算含新增供能元件的电-气综合能源系统的可靠性指标R_{System_IES}R_{System_IES}＝P((P_{Load_E}＞(P_WindPower+ΔP_WindPower)+(P_{PhotovoltaicPower}+ΔP_{PhotovoltaicPower})

+(P_{ConventialPower}+ΔP_{ConventialPower})+(P_WavePower+ΔP_WavePower)+(P_CurrentPower+ΔP_CurrentPower))

∪(P_{Load_G}＞(P_P2G+ΔP_P2G)+(P_Gas+ΔP_Gas)))

其中，新增供能元件和电-气综合能源系统供能元件包含风力发电机组、光伏发电机组、波浪发电机组、燃气机组、潮汐发电机组和供气设备的任意一种或多种，当不包含对应元件时，该元件的数据为零；P_{Load_E}为电负荷值；P_WindPower为风力发电机组可用容量；ΔP_WindPower为新增风力发电机组可用容量；P_{PhotovoltaicPower}为光伏发电机组可用容量；ΔP_{PhotovoltaicPower}为新增光伏发电机组可用容量；P_{ConventialPower}为燃气机组发电可用容量；ΔP_{ConventialPower}为新增燃气机组发电可用容量；P_WavePower为波浪发电机组可用容量；ΔP_WavePower为新增波浪发电机组可用容量；P_CurrentPower为潮汐发电可用容量；ΔP_CurrentPower为新增潮汐发电可用容量；P_{Load_G}为燃气负荷值；P_P2G为P2G的可用容量；ΔP_P2G为新增P2G的可用容量；P_Gas为供气设备的可用容量；ΔP_Gas为新增供气设备的可用容量。

进一步地，所述可靠性指标R_{System_Gen}的计算过程为：将一定时间段按小时均匀分成若干个时间间隔，根据各供能元件的历史出力计算每个时间间隔内不包含新增供能元件包含虚拟常规机组的可用发电容量以及可用燃气容量，根据每个时间间隔的可用发电容量、电负荷、可用燃气容量和燃气负荷通过以下公式计算不包含新增供能元件包含虚拟常规机组的电-气综合能源系统的可靠性指标R_{System_Gen}

R_{System_Gen}＝P((P_{Load_E}＞P_WindPower+P_{PhotovoltaicPower}+P_{ConventialPower}+P_WavePower

+P_CurrentPower+P_{Virtual_E})∪(P_{Load_G}＞P_P2G+P_Gas+P_{Virtual_Gas}))

其中，新增供能元件和电-气综合能源系统供能元件包含风力发电机组、光伏发电机组、波浪发电机组、燃气机组、潮汐发电机组和供气设备任意一种或多种，当不包含对应元件时，该元件的数据为零；P_{Load_E}为电负荷值；P_WindPower为风力发电机组可用容量；P_{PhotovoltaicPower}为光伏发电机组可用容量；P_{ConventialPower}为燃气机组发电可用容量；P_WavePower为波浪发电机组可用容量；P_CurrentPower为潮汐发电可用容量；P_{Virtual_E}为虚拟发电常规机组的容量；P_{Load_G}为燃气负荷值；P_P2G为P2G的可用容量；P_Gas为供气设备的可用容量；P_{Virtual_Gas}为虚拟燃气常规机组的容量。

更进一步地，还包括计算电-气综合能源系统新增供能元件的容量置信度C_{CCR_IES}：

其中，C_{CC_IES}为电-气综合能源系统新增供能元件的置信容量，C_{Rated_IES}为电-气综合能源系统供能元件的装机容量。

本发明的有益效果是：

本发明方法根据电-气综合能源系统的基础数据分别计算含新增供能元件的电-气综合能源系统的供能可靠性指标R_{System_IES}和不含新增供能元件的电-气综合能源系统的供能可靠性指标R_{System_Gen}，在不包含新增供能元件的电-气综合能源系统中，按一定的容量步长增加虚拟常规机组，当R_{System_Gen}和R_{System_IES}的差值绝对值小于等于设定的电-气综合能源系统新增供能元件置信容量收敛阈值时的虚拟常规机组容量即为电-气综合能源系统新增供能元件的置信容量。该方法对电-气综合能源系统新增供能元件的置信容量进行评估，方法简单，评估结果更准确，有利于电-气综合能源系统规划和运行人员更直观的了解电-气综合能源系统供能元件对系统的供能可靠性改善的问题。

本发明方法综合考虑了电-气综合能源系统供能的协调互补性，使得电力系统和燃气系统的可靠性互为补充，降低了电-气综合能源系统的备用容量配置水平，避免了电-气综合能源系统备用容量的浪费；本发明方法定量的评估了电-气综合能源系统新增供能元件的可用容量；本发明评估方法综合考虑了电-气综合能源系统新增供能元件的可靠性贡献，解决了电-气综合能源系统新增供能元件的对于系统供能可靠性改善的定量评估的问题。

附图说明

图1为本发明的评估流程图。

图2为一种用于实施本发明的系统架构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

本发明针对目前无法全面评估新增供能元件对于电-气综合能源系统的可靠性贡献，提供了一种定量评估新增供能元件对于电-气综合能源系统可靠性改善的方法。该方法可以用来评估新增供能元件及各新增供能元件的配置容量对于电-气综合能源系统可靠性的影响。本发明的实施例提供的一种用于电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的评估方法是一种对电-气综合能源系统新增供能元件的置信容量进行评估的方法，通过计算电-气综合能源系统新增供能元件的置信容量，从而评价新增供能元件对于电-气综合能源系统的可靠性的贡献。考虑了各供能元件的相关属性对电-气综合能源系统的可靠性贡献的影响。通过计算电-气综合能源系统新增供能元件的置信容量，本发明还能够对新增供能元件对于电-气综合能源系统可靠性的改善程度进行定量评估。

如图1所示，本发明实施例提供了一种用于电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的评估方法，包括下述步骤：

S1：获取电-气综合能源系统的基础数据，基础数据包括电-气综合能源系统中供能元件的组成、负荷的组成、各供能元件的数量，其中供能元件分为分布式能源、供气设备和电转气设备，对应的数据包括供气设备的装机容量和供气时序历史出力占装机容量百分比数据、分布式能源(包括但不限于风力发电机组、光伏发电机组、潮汐发电机组、波浪发电机组、燃气发电机组)的装机容量和时序历史出力占装机容量百分比数据、供气设备强迫停运系数、分布式能源的强迫停运系数、电转气设备(Power to Gas,P2G)的强迫停运系数、燃气负荷峰值、电负荷峰值、燃气负荷的小时负荷占年负荷峰值百分比数据和电负荷的小时负荷占年负荷峰值百分比数据。其中综合能源系统供能元件的组成包括但不限于风力发电机组、光伏发电机组、燃气发电机组、储能、波浪发电机组、潮汐发电机组、P2G、供气设备，每一种组成中又分为常规供能元件和新增供能元件。对应的各供能元件能量的装机容量和时序历史出力占装机容量百分比数据、电负荷峰值和电负荷年峰值百分比数据及燃气负荷峰值和燃气负荷的年峰值百分比数据分别为：风力发电机组装机容量P_WindPower,i、光伏发电机组装机容量P_{PhotovoltaicPower,i}、燃气发电机组的装机容量P_{ConventialPower,i}、储能装机容量P_{EnergyStorage,i}、波浪发电机组装机容量P_WavePower,i、潮汐发电机组装机容量P_{CurrentPower,i}、P2G的容量P_P2G,i、供气设备的装机容量P_Gas,i、电负荷峰值P_{Load_E,i}、燃气负荷峰值P_{Load_G,i}；风力发电机组时序历史出力占装机容量百分比数据P_{WindPower_PU,i}(t)、光伏发电机组的时序历史出力占装机容量百分比数据P_{PhotovoltaicPower_PU,i}(t)、燃气机组的时序历史出力占装机容量百分比数据P_{ConventialPower_PU,i}(t)、储能的时序历史出力占装机容量百分比数据P_{EnergyStorage_PU,i}(t)，波浪发电机组的时序历史出力占装机容量百分比数据P_{WavePower_PU,i}(t)，潮汐发电机组的时序历史出力占装机容量百分比数据P_{CurrentPower_PU,i}(t)，P2G的时序历史出力占装机容量百分比的数据P_{P2G_PU,i}(t)、供气设备的时序历史出力占装机容量百分比的数据P_{Gas_PU,i}(t)，电负荷年峰值百分比数据P_{Load_E_PU,i}(t)，燃气负荷年峰值百分比数据P_{Load_G_PU,i}(t)，这里，i为供能子系统的编号，总共有n个供能子系统，i＝1,2,…,n；t为时间间隔，t＝1,2,…,m，时间间隔大小一般是以小时为基准。

S2：根据所述基础数据计算电-气综合能源系统中各供能元件的历史出力、电负荷和燃气负荷的历史负荷：将各供能元件的装机容量与各供能元件的时序历史出力占装机容量百分比数据相乘得到各能源的历史出力；将电负荷峰值与电负荷的年峰值百分比数据相乘得到电负荷的历史负荷；将燃气负荷峰值与燃气负荷的年峰值百分比数据相乘得到燃气负荷的历史负荷。电-气综合能源系统各供能元件的历史出力、电负荷的历史负荷和燃气负荷的历史负荷分别计算如下：

S2.1、风力发电机组的历史出力P_{WindPower_AV,i}(t)：将步骤S1中的风力发电机组的装机容量P_WindPower,i(t)与风力发电机组时序历史出力占装机容量百分比数据P_{WindPower_PU,i}(t)相乘，得到各电-气综合能源子系统的风力发电机组的出力P_{WindPower_AV,i}(t)；

S2.2、光伏发电机组的历史出力P_{PhotovoltaicPower_AV,i}(t)：将步骤S1中的光伏发电机组装机容量P_{PhotovoltaicPower,i}与光伏发电机组时序历史出力占装机容量百分比数据P_{PhotovoltaicPower_PU,i}(t)相乘，得到各电-气综合能源子系统的光伏发电发电机组的出力P_{PhotovoltaicPower_AV,i}(t)；

S2.3、燃气机组的历史出力P_{ConventialPower_AV,i}(t)：将步骤S1中的燃气机组装机容量P_{ConventialPower,i}与所述燃气机组时序历史出力占装机容量百分比数据P_{ConventialPower_PU,i}(t)相乘，得到各电-气综合能源子系统的燃气发电机组出力P_{ConventialPower_AV,i}(t)；

S2.4、储能的历史出力P_{EnergyStorage_AV,i}(t)：将步骤S1中所述的储能装机容量P_{EnergyStorage,i}与所述储能时序历史出力占装机容量百分比数据P_{EnergyStorage_PU,i}(t)相乘，得到各电-气综合能源子系统的储能出力P_{EnergyStorage_AV,i}(t)；

S2.5、波浪发电机组的历史出力P_{WavePower_AV,i}(t)：将步骤S1中所述的波浪发电机组装机容量P_WavePower,i与所述波浪发电时序历史出力占装机容量百分比数据P_{WavePower_PU,i}(t)相乘，得到各电-气综合能源子系统的波浪发电机组出力P_{WavePower_AV,i}(t)；

S2.6、潮汐发电机组的历史出力P_{CurrentPower_AV,i}(t)：将步骤S1中所述的潮汐发电机组装机容量P_{CurrentPower,i}与所述潮汐发电机组时序历史出力占装机容量百分比数据P_{CurrentPower_PU,i}(t)相乘，得到各电-气综合能源子系统的潮汐发电出力P_{CurrentPower_AV,i}(t)；

S2.7、供气设备的历史出力P_{Gas_AV,i}(t)：将步骤S1中的供气设备装机容量P_Gas,i与所述供气设备时序历史出力占装机容量百分比数据P_{Gas_PU,i}(t)相乘，得到各电-气综合能源子系统的供气设备历史出力P_{Gas_AV,i}(t)；

S2.8、P2G设备的历史出力P_{P2G_AV,i}(t)：将步骤S1中的供气设备装机容量P_P2G,i与所述供气设备时序历史出力占装机容量百分比数据P_{P2G_PU,i}(t)相乘，得到各电-气综合能源子系统的P2G设备设备历史出力P_{P2G_AV,i}(t)；

S2.9、电负荷的历史负荷P_{Load_E_AV,i}(t)：将步骤S1中所述的电-气综合能源系统的电负荷年度峰值P_{Load_E,i}与所述电-气综合能源系统电负荷的年负荷峰值百分比数据P_{Load_E_PU,i}(t)相乘，得到各电-气综合能源的电负荷的历史负荷P_{Load_E_AV,i}(t)。

S2.10、燃气负荷的历史负荷P_{Load_G_AV,i}(t)：将步骤S1中所述的电-气综合能源系统的燃气负荷年度峰值P_{Load_G,i}与所述电-气综合能源系统燃气负荷的年负荷峰值百分比数据P_{Load_G_PU,i}(t)相乘，得到各电-气综合能源系统的燃气负荷的历史负荷P_{Load_G_AV,i}(t)。

S3：根据各供能元件的历史出力计算含新增供能元件的电-气综合能源系统的可靠性指标R_{System_IES}，过程为：将一定时间段(一般是以年的整数倍为标准)按小时均匀分成若干个时间间隔，考虑各元件强迫停运根据各供能元件的历史出力计算每个时间间隔内电-气综合能源系统的所有供电元件的可用容量之和以及所有供气元件的可用容量之和，计算P2G设备可转化的燃气容量，比较每个时间间隔内电负荷值与可用发电容量之和的大小，比较每个时间间隔内燃气负荷值与所有可用燃气容量之和的大小，根据每个时间间隔的可用发电容量、电负荷、可用燃气容量和燃气负荷通过以下公式计算含新增供能元件的电-气综合能源系统的可靠性指标R_{System_IES}：

R_{System_IES}＝P((P_{Load_E}＞(P_WindPower+ΔP_WindPower)+(P_{PhotovoltaicPower}+ΔP_{PhotovoltaicPower})

+(P_{ConventialPower}+ΔP_{ConventialPower})+(P_WavePower+ΔP_WavePower)+(P_CurrentPower+ΔP_CurrentPower))

∪(P_{Load_G}＞(P_P2G+ΔP_P2G)+(P_Gas+ΔP_Gas)))

其中，新增供能元件和电-气综合能源系统常规供能元件包含风力发电机组、光伏发电机组、波浪发电机组、燃气机组、潮汐发电机组和供气设备的任意一种或多种，当不包含对应供能元件时，该供能元件的数据为零；P_{Load_E}为电负荷值；P_WindPower为风力发电机组可用容量；ΔP_WindPower为新增风力发电机组可用容量；P_{PhotovoltaicPower}为光伏发电机组可用容量；ΔP_{PhotovoltaicPower}为新增光伏发电机组可用容量；P_{ConventialPower}为燃气机组发电可用容量；ΔP_{ConventialPower}为新增燃气机组发电可用容量；P_WavePower为波浪发电机组可用容量；ΔP_WavePower为新增波浪发电机组可用容量；P_CurrentPower为潮汐发电可用容量；ΔP_CurrentPower为新增潮汐发电可用容量；P_{Load_G}为燃气负荷值；P_P2G为P2G的可用容量；ΔP_P2G为新增P2G的可用容量；P_Gas为供气设备的可用容量；ΔP_Gas为新增供气设备的可用容量。

S4：在电-气综合能源系统中增设虚拟常规机组并设置虚拟常规机组容量初值，在不包含新增供能元件的电-气综合能源系统中，按一定的容量步长增加虚拟常规机组容量，根据各供能元件的历史出力计算不含新增供能元件含虚拟常规机组的电-气综合能源系统的可靠性指标R_{System_Gen}，过程为：将一定时间段按小时均匀分成若干个时间间隔，考虑各新增供能元件强迫停运，根据各供能元件的历史出力计算每个时间间隔内不包含新增供能元件包含虚拟常规机组的电-气综合能源系统的可用发电容量之和以及可用燃气容量之和，比较每个时间间隔内电负荷值与可用发电容量之和的大小，比较每个时间间隔内燃气负荷值与可用燃气容量之和的大小，根据每个时间间隔的可用发电容量、电负荷、可用燃气容量和燃气负荷通过以下公式计算不包含新增供能元件包含虚拟常规机组的电-气综合能源系统的可靠性指标R_{System_Gen}：

R_{System_Gen}＝P((P_{Load_E}＞P_WindPower+P_{PhotovoltaicPower}+P_{ConventialPower}+P_WavePower

+P_CurrentPower+P_{Virtual_E})∪(P_{Load_G}＞P_P2G+P_Gas+P_{Virtual_Gas}))

其中，新增供能元件和电-气综合能源系统常规的供能元件包含风力发电机组、光伏发电机组、波浪发电机组、燃气机组、潮汐发电机组和供气设备任意一种或多种，当不包含对应供能元件时，该供能元件的数据为零；P_{Load_E}为电负荷值；P_WindPower为风力发电机组可用容量；P_{PhotovoltaicPower}为光伏发电机组可用容量；P_{ConventialPower}为燃气机组发电可用容量；P_WavePower为波浪发电机组可用容量；P_CurrentPower为潮汐发电可用容量；P_{Virtual_E}为虚拟发电常规机组的容量；P_{Load_G}为燃气负荷值；P_P2G为P2G的可用容量；P_Gas为供气设备的可用容量；P_{Virtual_Gas}为虚拟燃气常规机组的容量。

S5：计算可靠性指标R_{System_Gen}与可靠性指标R_{System_IES}的差值，若差值的绝对值大于设定的电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的收敛阈值，则更新虚拟常规机组的容量再次计算可靠性指标R_{System_Gen}，直至可靠性指标R_{System_Gen}与可靠性指标R_{System_IES}差值的绝对值小于等于设定的收敛阈值，则记可靠性指标R_{System_Gen}与可靠性指标R_{System_IES}的差值的绝对值小于等于收敛阈值时的虚拟常规机组容量为电-气综合能源新增供能元件的置信容量。其中，更新虚拟常规机组的容量是指在可靠性指标R_{System_Gen}与可靠性指标R_{System_IES}差值的绝对值不满足要求时，将虚拟常规机组的容量从初值开始以一定的容量步长(如0.1MW)进行递增，每递增一次就计算一次可靠性指标R_{System_Gen}，直至可靠性指标R_{System_Gen}与可靠性指标R_{System_IES}差值的绝对值满足要求时结束更新。

上述方案中，还包括计算电-气综合能源供能元件的容量置信度C_{CCR_IES}：

其中，C_{CC_IES}为电-气综合能源系统新增供能元件的置信容量，C_{Rated_IES}为电-气综合能源系统供能元件的装机容量。根据电-气综合能源系统新增供能元件的容量置信度可以准确了解电-气综合能源系统新增供能元件对系统供能可靠性的贡献，从而更好规划电-气综合能源系统的供能情况。

现结合图1详述本发明用于电-气综合能源系统新增供能元件的置信容量评估方法的基本原理为：

(1)针对电-气综合能源系统，应对其新增供能元件对电-气综合能源系统供能可靠性的贡献进行定量评估。电-气综合能源系统新增供能元件的可用容量是由电-气综合能源系统中的电力系统的供电可用容量和燃气系统的可用容量共同决定的。目前，一般采用置信容量来评估风力发电和光伏发电等可再生能源对电力系统可靠性的贡献，影响风力发电和光伏发电置信容量的一般仅有风速或光照以及风力发电机组和光伏发电机组的故障率，这样的评估方法无法评估含有燃气系统的电-气综合能源系统新增供能元件的置信容量。电-气综合能源系统新增供能元件对于电-气综合能源系统的供能可靠性的贡献取决于电-气综合能源系统中可再生能源发电元件的出力时序、负荷时序以及燃气系统中P2G特性，本发明方法计算了电-气综合能源系统新增供能元件的置信容量指标，该指标考虑了电-气综合能源系统各元件的发电出力时序、负荷时序以及燃气系统的产气特性，通过系统新增供能元件的置信容量指标能够衡量系统新增供能元件对电-气综合能源系统供能可靠性的贡献，因此本发明方法成立。

(2)针对方案中系统新增供能元件对电-气综合能源系统供能可靠性贡献的评估，如果对于图1中的系统新增供能元件对电-气综合能源系统供能可靠性的贡献进行评估，第一步，获取电-气综合能源系统的基础数据，基础数据包括电-气综合能源系统中供能元件的组成、各供能元件的数量、供气设备的装机容量和供气时序历史出力占装机容量百分比数据、分布式能源(风力发电机组、光伏发电机组、潮汐发电机组、波浪发电机组、燃气发电机组)的装机容量和时序历史出力占装机容量百分比数据、供气设备强迫停运系数、分布式能源的强迫停运系数、电转气设备(Power to Gas,P2G)的强迫停运系数、燃气负荷峰值、电负荷峰值、燃气负荷的年峰值百分比数据和电负荷的年峰值百分比数据；第二步，计算含新增供能元件的电-气综合能源系统的可靠性指标R_{System_IES}；第三步，将虚拟常规发电机组接入电-气综合能源系统，设置虚拟常规机组容量的初始值，计算不含新增供能元件含虚拟常规机组的电-气综合能源系统的可靠性指标R_{System_Gen}；第四步，判断增加虚拟常规机组容量是否满足系统设置的置信容量计算收敛条件，当虚拟常规机组容量不满足计算收敛条件时，更新虚拟常规机组容量并重新计算可靠性指标R_{System_Gen}，当虚拟常规机组容量满足计算收敛条件时，计算结束，此时的虚拟常规机组容量值即为电-气综合能源系统新增供能元件的置信容量。以上电-气综合能源系统新增供能元件的置信容量的计算考虑了系统供能元件对于电-气综合能源系统可靠性的贡献，而常用的风力发电和光伏发电置信容量的评估方法无法对电-气综合能源系统供能元件的置信容量进行评估，因此，本发明方法成立。

综上所述，只要存在新增供能元件对电-气综合能源系统可靠性贡献的定量评估的问题，就需要思考新增供能元件对电-气综合能源系统供能可靠性贡献的影响，采用本发明所描述的评估方法可以对系统新增供能元件对电-气综合能源系统的供能可靠性贡献进行定量评估。

采用该方案的供能元件对电-气综合能源系统供能可靠性贡献的评估方法，具有以下显著优点和有益效果：

(1)本发明方法在原有的电力系统的可靠性评估的基础上，考虑了燃气系统对于电-气综合能源系统供能可靠性的贡献，使燃气系统对于电-气综合能源系统的可用容量能够列入电-气综合能源系统新增供能元件规划中，降低了电-气综合能源系统的备用容量配置水平，避免了电-气综合能源系统备用供能容量的浪费；(2)本发明方法全面衡量了电-气综合能源系统电力系统和燃气系统的耦合特性，客观的评估了电-气综合能源系统新增供能元件的可用容量；(3)本评估方法综合考虑了系统新增供能元件对电-气综合能源系统的可靠性贡献，解决了电-气综合能源系统在考虑新增供能元件影响下的备用容量配置的问题。

执行本发明的方法的具体的评估模型可以是作为电-气综合能源系统规划模型的组成部分对电-气综合能源系统规划的结果进行可靠性评估，也可以作为电-气综合能源系统的新增供能元件的置信容量的评估来评估新增供能元件对于电-气综合能源系统供能可靠性的贡献。已有的对于可再生能源的置信容量的评估方法包括带负荷能力方法(Equivalent Load-Carrying Capability，ELCC)、等效可靠容量比例方法(EquivalentFirm Capacity,EFC)等等。

参见图2所示，本发明应用于系统新增供能元件对于电-气综合能源系统供能可靠性贡献的评估。电-气综合能源系统建设规划应考虑新增供能元件对电-气综合能源系统供能可靠性的影响，电-气综合能源系统新增供能元件的置信容量的评估有如下已知条件，获取电-气综合能源系统的基础数据，包括电-气综合能源系统中供能元件的组成、各供能元件的数量、供气设备的装机容量和供气时序历史出力占装机容量百分比数据、分布式能源(风力发电机组、光伏发电机组、潮汐发电机组、波浪发电机组、燃气发电机组)的装机容量和时序历史出力占装机容量百分比数据、供气设备强迫停运系数、分布式能源的强迫停运系数、电转气设备(Power to Gas,P2G)的强迫停运系数、燃气负荷峰值、电负荷峰值、燃气负荷的年峰值百分比数据和电负荷的年峰值百分比数据。图2是电-气综合能源系统示例图，图中的电-气综合能源系统包括“电-气综合能源子系统1和电-气综合能源子系统2”两个个子系统，子系统中均配置有一种或多种类型的发电机(风力发电机组、光伏发电机组、波浪发电机组、潮汐发电机组、燃气燃油发电机组)、供气设备和P2G，电-气综合能源的供能子系统1包括P2G₁、供气设备S₁、发电机G₁、发电机G₆、发电机G₈,电-气综合能源的供能子系统2包括P2G₂、供气设备S₂、发电机G₂、发电机G₃。以图1为例的电-气综合能源系统评估流程，可以计算该电-气综合能源系统新增供能元件的置信容量。

根据以上的电-气综合能源系统的基础数据，通过电-气综合能源系统新增供能元件的置信容量的计算公式可以得到该系统的新增供能元件的置信容量值，根据该电-气综合能源系统新增供能元件的置信容量可以评估各子系统的新增供能元件对于电-气综合能源系统可靠性的贡献。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取电-气综合能源系统的基础数据，根据电-气综合能源系统的基础数据计算电-气综合能源系统中各供能元件的历史出力和各负荷的历史负荷；

S2：根据所述各供能元件的历史出力和各负荷的历史负荷计算包含新增供能元件的电-气综合能源系统的可靠性指标R_{System_IES}；

S3：在电-气综合能源系统中增设虚拟常规机组并设置虚拟常规机组的容量初值，在不包含新增供能元件的电-气综合能源系统中按一定步长增加虚拟常规机组的容量，根据所述各供能元件的历史出力、各负荷的历史负荷及虚拟常规机组的容量计算不包含新增供能元件含虚拟常规机组的电-气综合能源系统的可靠性指标R_{System_Gen}；

S4：计算可靠性指标R_{System_Gen}与可靠性指标R_{System_IES}的差值，若差值的绝对值大于设定电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的收敛阈值，则更新虚拟常规机组的容量再次计算可靠性指标R_{System_Gen}，直至可靠性指标R_{System_Gen}与可靠性指标R_{System_IES}的差值的绝对值小于等于所述收敛阈值，则记可靠性指标R_{System_Gen}与可靠性指标R_{System_IES}的差值的绝对值小于等于收敛阈值时的虚拟常规机组的容量为电-气综合能源系统中新增供能元件的置信容量。

2.根据权利要求1所述的电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的评估方法，其特征在于：所述电-气综合能源系统的基础数据包括供能元件的组成、负荷的组成、各供能元件的数量、各供能元件的装机容量、各供能元件的时序历史出力占装机容量百分比数据、各供能元件的强迫停运系数、各负荷的年度峰值和各小时负荷占年负荷峰值百分比数据。

3.根据权利要求2所述的电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的评估方法，其特征在于：所述供能元件的组成包括风力发电机组、光伏发电机组、潮汐发电机组、波浪发电机组、燃气发电机组、P2G设备、供气设备中的任意一种或多种。

4.根据权利要求2所述的电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的评估方法，其特征在于：所述负荷的组成包括电负荷和/或燃气负荷。

5.根据权利要求1所述的电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的评估方法，其特征在于：将各供能元件的装机容量与各供能元件的时序历史出力占装机容量百分比数据相乘得到各供能元件的历史出力。

6.根据权利要求1所述的电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的评估方法，其特征在于：将各负荷的年度峰值与各小时负荷占年负荷峰值百分比数据相乘得到各负荷的历史负荷。

7.根据权利要求1所述的电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的评估方法，其特征在于：所述可靠性指标R_{System_IES}的计算过程为：将一定时间段按小时均匀分成若干个时间间隔，根据各供能元件的历史出力计算每个时间间隔内电-气综合能源系统中所有供能元件的可用发电容量以及可用燃气容量，根据每个时间间隔的可用发电容量、电负荷、可用燃气容量和燃气负荷通过以下公式计算含新增供能元件的电-气综合能源系统的可靠性指标R_{System_IES}

R_{System_IES}＝P((P_{Load_E}＞(P_WindPower+ΔP_WindPower)+(P_{PhotovoltaicPower}+ΔP_{PhotovoltaicPower})+(P_{ConventialPower}+ΔP_{ConventialPower})+(P_WavePower+ΔP_WavePower)+(P_CurrentPower+ΔP_CurrentPower))∪(P_{Load_G}＞(P_P2G+ΔP_P2G)+(P_Gas+ΔP_Gas)))

其中，新增供能元件和电-气综合能源系统供能元件包含风力发电机组、光伏发电机组、波浪发电机组、燃气机组、潮汐发电机组和供气设备的任意一种或多种，当不包含对应元件时，该元件的数据为零；P_{Load_E}为电负荷值；P_WindPower为风力发电机组可用容量；ΔP_WindPower为新增风力发电机组可用容量；P_{PhotovoltaicPower}为光伏发电机组可用容量；ΔP_{PhotovoltaicPower}为新增光伏发电机组可用容量；P_{ConventialPower}为燃气机组发电可用容量；ΔP_{ConventialPower}为新增燃气机组发电可用容量；P_WavePower为波浪发电机组可用容量；ΔP_WavePower为新增波浪发电机组可用容量；P_CurrentPower为潮汐发电可用容量；ΔP_CurrentPower为新增潮汐发电可用容量；P_{Load_G}为燃气负荷值；P_P2G为P2G的可用容量；ΔP_P2G为新增P2G的可用容量；P_Gas为供气设备的可用容量；ΔP_Gas为新增供气设备的可用容量。

8.根据权利要求1所述的电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的评估方法，其特征在于：所述可靠性指标R_{System_Gen}的计算过程为：将一定时间段按小时均匀分成若干个时间间隔，根据各供能元件的历史出力计算每个时间间隔内不包含新增供能元件包含虚拟常规机组的可用发电容量以及可用燃气容量，根据每个时间间隔的可用发电容量、电负荷、可用燃气容量和燃气负荷通过以下公式计算不包含新增供能元件包含虚拟常规机组的电-气综合能源系统的可靠性指标R_{System_Gen}

R_{System_Gen}＝P((P_{Load_E}＞P_WindPower+P_{PhotovoltaicPower}+P_{ConventialPower}+P_WavePower+P_CurrentPower+P_{Virtual_E})∪(P_{Load_G}＞P_P2G+P_Gas+P_{Virtual_Gas}))

其中，新增供能元件和电-气综合能源系统供能元件包含风力发电机组、光伏发电机组、波浪发电机组、燃气机组、潮汐发电机组和供气设备任意一种或多种，当不包含对应元件时，该元件的数据为零；P_{Load_E}为电负荷值；P_WindPower为风力发电机组可用容量；P_{PhotovoltaicPower}为光伏发电机组可用容量；P_{ConventialPower}为燃气机组发电可用容量；P_WavePower为波浪发电机组可用容量；P_CurrentPower为潮汐发电可用容量；P_{Virtual_E}为虚拟发电常规机组的容量；P_{Load_G}为燃气负荷值；P_P2G为P2G的可用容量；P_Gas为供气设备的可用容量；P_{Virtual_Gas}为虚拟燃气常规机组的容量。

9.根据权利要求1所述的电-气综合能源系统新增供能元件置信容量的评估方法，其特征在于：还包括计算电-气综合能源系统新增供能元件的容量置信度C_{CCR_IES}：

其中，C_{CC_IES}为电-气综合能源系统新增供能元件的置信容量，C_{Rated_IES}为电-气综合能源系统供能元件的装机容量。

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