CN112260261A - 一种电-气综合能源系统脆弱性评估与改善方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电‑气综合能源系统脆弱性评估与改善方法。建立电‑气综合能源系统网络拓扑结构；根据给定初始故障比例，利用蒙特卡洛算法模拟系统初始故障，得到系统初始运行状态；建立电‑气综合能源系统故障传播模型得到故障传播渗流方程；根据故障传播终止条件不断迭代渗流方程直到满足故障传播终止条件，得到系统最终运行状态；建立电‑气综合能源系统脆弱性参数，计算得到电‑气综合能源系统脆弱性结果并实施改善。本发明能够快速评估获得电‑气综合能源系统的脆弱性结果，寻找电‑气综合能源系统的薄弱环节，通过采取措施抑制故障在系统中的传播，从而有效改善电‑气综合能源系统脆弱性，降低系统发生大面积崩溃的概率。

Description

一种电-气综合能源系统脆弱性评估与改善方法
技术领域
本发明属于电力系统、综合能源系统技术领域的一种电-气综合能源系统优化处理方法，涉及实现电力系统与天然气系统深度耦合情形下的电-气综合能源系统脆弱性评估与改善方法。
背景技术
近年来，随着天然气开采技术的进步，天然气发电量在电力系统总发电量中的占比日益上升，燃气机组的装机容量也不断增大。与此同时，天然气系统中存在很多设备，其正常工作所需要的电力负荷由电力系统提供，如依赖电网供电的气源设备和依赖电网供电的压缩机设备。显然，燃气机组、依赖电网供电气源设备和依赖电网供电的压缩机设备的采用，使得天然气系统和电力系统的运行状况深度耦合、相互影响。然而，两个系统之间的相互依赖特性，会促进故障在系统中的传播，使系统变得更加脆弱。一方面，天然气系统中由于故障造成的气负荷削减，可能导致相连接的燃气机组的天然气燃料供应中断，进一步造成电力系统发电能力不足；另一方面，电力系统中由于故障造成的电负荷削减，可能会造成依赖电网供电的气源设备和压缩机设备的工作电源功率缺失，无法正常工作，进一步导致天然气系统供气能力不足。2017年，我国台湾出现的“815大停电事故”就是因为天然气系统故障，导致部分燃气机组的天然气燃料供应中断，燃气机组发电能力减小，进一步引起了电力系统大停电，约60％的用户受到了严重影响。因此，亟需综合考虑电力系统和天然气系统的相互依赖特性，提出一种电-气综合能源系统脆弱性改善方法。
目前，复杂工程系统的脆弱性改善方法主要是针对单一系统的脆弱性进行评估和改善，如基于复杂网络理论或电力系统运行分析理论研究电力系统的脆弱性，然后提出改善系统脆弱性的措施。但是这些方法仅考虑电力系统独立运行的场景，未考虑与电力系统紧密耦合的其他能源系统的影响，在故障传播机理方面的研究成果无法有效应用于综合能源系统的故障传播分析。
因此，亟需综合考虑电力系统和天然气系统的相互依赖特点，兼顾故障在电力系统和天然气系统内部和两者之间的传播特点，提出一种电-气综合能源系统脆弱性改善方法，揭示故障在综合能源系统中的传播机理，找出导致系统崩溃的脆弱性条件，通过耦合环节解耦、常规负荷优先削减等措施，实现系统脆弱性的改善。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种电-气综合能源系统脆弱性评估与改善方法。
本发明能够快速评估获得电-气综合能源系统的脆弱性结果，寻找电-气综合能源系统的薄弱环节，通过采取优先削减常规负荷、为气源设备和压缩机设备安装独立供电电源、非燃气机组替代燃气机组等措施，可以抑制故障在系统中的传播，从而有效改善电-气综合能源系统脆弱性，降低系统发生大面积崩溃的概率。
为实现上述目的，本发明采用的具体技术方案是包括以下步骤：
步骤1、建立电-气综合能源系统网络拓扑结构和依赖链接集合；
步骤2、在电-气综合能源系统网络拓扑结构下，根据给定的初始故障比例，利用蒙特卡洛算法模拟系统初始故障，得到电-气综合能源系统的系统初始运行状态；
步骤3、建立电-气综合能源系统故障传播模型，具体包括电力系统内部故障传播模型、电力-天然气故障传播模型、天然气系统内部故障传播模型、天然气-电力故障传播模型，得到电-气综合能源系统故障传播渗流方程；
步骤4、根据故障传播终止条件，不断迭代电-气综合能源故障传播渗流方程，直到满足故障传播终止条件，得到系统最终运行状态，具体包括电节点上的常规电负荷水平、电转气负荷水平和气节点上的常规气负荷水平、气转电负荷水平；
步骤5、不断重复步骤2至步骤4进行仿真，当仿真次数达到最大上限时，计算脆弱性参数，以评估电-气综合能源系统脆弱性，根据脆弱性参数改善电-气综合能源系统。
所述的电-气综合能源系统是由电力系统、天然气系统、电转气耦合环节、气转电耦合环节四个部分组成。
电力系统包含电节点和电支路。电节点指电力系统中的发电站、变电站、负荷设备，其中，发电站包含燃气机组和非燃气机组(如燃煤机组、核电机组等)两种，负荷设备消耗的电力负荷包含常规电负荷和电转气负荷两种，电转气负荷用于依赖电网供电气源设备和依赖电网供电压缩机设备的正常工作，常规电负荷用于其他与天然气系统无关的负荷设备的正常工作，常规电负荷水平是指用于其他与天然气系统无关的负荷设备的正常工作的负荷水平参数。电支路指电力系统中的输电线路、变压器支路。电节点之间通过电支路连接，每条电支路首尾两端的电节点分别称为首端节点和末端节点。
天然气系统包含气节点和气支路。气节点指天然气系统中的气源设备、压缩机设备、负荷设备，其中，气源设备包括独立供电气源和依赖电网供电气源两种，压缩机设备包含独立供电压缩机和依赖电网供电压缩机两种，负荷设备消耗的天然气负荷包含常规气负荷和气转电负荷两种，气转电负荷用于燃气机组发电，常规气负荷用于其他与电力系统无关的负荷设备的正常工作，常规气负荷水平是指用于其他与电力系统无关的负荷设备的正常工作的负荷水平参数。气支路指天然气系统中的输气管道和压缩机支路。气节点之间通过气支路连接，每条气支路首尾两端的气节点分别称为首端节点和末端节点。
电转气耦合环节是包括依赖电网供电气源设备和依赖电网供电压缩机设备。依赖电网供电气源设备和依赖电网供电压缩机设备维持正常工作所需要的电力负荷依赖于电力系统中的电节点。气转电耦合环节是指燃气机组，燃气机组发电所消耗的天然气燃料依赖于天然气系统的气节点。
所述的步骤1具体如下：
步骤1.1、建立电力系统网络拓扑结构：
GE＝(VE,EE)
式中，GE表示电力系统网络拓扑结构，VE表示电节点集合，EE表示电支路集合；
步骤1.2、建立天然气系统网络拓扑结构：
GG＝(VG,EG)
式中，GG表示天然气网络拓扑结构，VG表示气节点集合，EG表示气支路集合；
步骤1.3、建立电力-天然气相互依赖链接集合：
ECOM＝(EGFU,EEGS,EEGC)
式中，ECOM表示电力-天然气相互依赖链接集合；EGFU表示燃气机组依赖链接集合；EEGS表示依赖电网供电气源依赖链接集合；EEGC表示依赖电网供电压缩机依赖链接集合；
电力-天然气相互依赖链接包括燃气机组依赖链接、依赖电网供电气源依赖链接、依赖电网供电压缩机依赖链接。其中，燃气机组依赖链接是指燃气机组在电力系统中所在的电节点与在天然气系统中所在的气节点之间的链接，依赖电网供电气源依赖链接是指依赖电网供电气源设备在电力系统中所在的电节点与在天然气系统中所在的气节点之间的链接，依赖电网供电压缩机设备依赖链接是指依赖电网供电压缩机设备在电力系统中所在的电节点与在天然气系统中所在的气支路之间的链接。
所述步骤2，模拟后获得电-气综合能源系统中的电力系统和天然气系统网络拓扑节结构以及系统初始故障后的网络拓扑节结构，作为系统初始运行状态：
Figure BDA0002671854980000041
Figure BDA00026718549800000411
Figure BDA0002671854980000042
式中，
Figure BDA0002671854980000043
表示系统初始故障后电力系统网络拓扑节结构；EE,ini表示初始故障电支路集合；EE/EE,ini表示从电支路集合集合EE中移除集合EE,ini；
Figure BDA0002671854980000044
表示系统初始故障后天然气系统网络拓扑节结构；EG,ini表示初始故障气支路集合；EG/EG,ini表示从气支路集合EG中移除集合EG,ini；
Figure BDA0002671854980000045
表示系统初始故障后的电-气综合能源系统网络拓扑节结构。
所述步骤3，具体如下：
步骤3.1、建立电力系统内部故障传播模型
步骤3.1.1、根据电支路流过的潮流大小和电支路传输容量，按照以下公式计算电支路的过载严重度：
Figure BDA0002671854980000046
式中，Sbr,l(t)表示电支路l在t时刻的过载严重度；
Figure BDA0002671854980000047
表示电支路l在τ时刻流过的潮流；
Figure BDA0002671854980000048
表示电支路l的传输容量；t和τ表示时间的序数；ts表示每一级故障的初始时刻；l表示电支路的序数；
当电支路l的过载严重度Sbr,l(t)经过安全时限tlim,l后达到过载阈值
Figure BDA0002671854980000049
该电支路的保护装置动作使电支路断开；计算所有电支路的安全时限tlim,l的最小值，得到电力系统稳态持续时间ΔT：
Figure BDA00026718549800000410
式中，ΔT表示电力系统稳态持续时间；tlim,l表示电支路l的安全时限；min{·}表示取最小值；
在电力系统稳态持续时间ΔT内，不会出现其他电支路断开故障，并且随着每一级故障的发生，电力系统稳态持续时间ΔT也随之不断更新。
步骤3.1.2、
当电支路由于初始故障或者由于过载断开时，电力系统网络拓扑结构分裂成多个孤岛，有些孤岛内可能会满足功率平衡，有些孤岛内不再满足功率平衡，即电力负荷水平不等于发电出力水平，针对不满足功率平衡的每个孤岛再进行发电负荷调整，使孤岛满足功率平衡；
不满足功率平衡的孤岛分为以下两种情形：
情形1：若孤岛内的电力负荷水平大于发电出力水平，则对于该孤岛内的每台非燃气机组按照剩余发电容量成比例提高发电出力水平，直到孤岛的发电出力水平等于电力负荷水平；剩余发电容量计算公式为
Figure BDA0002671854980000051
表示电节点m上的非燃气机组的发电容量；
Figure BDA0002671854980000052
表示电节点m上的非燃气机组在t时刻的发电出力水平；m表示电力节点的序数。
发电出力水平是指所有发电机组的出力之和，电力负荷水平是指所有电节点上的负荷之和。
如果孤岛内的所有非燃气机组均达到最大出力时，孤岛的发电出力水平仍然未达到电力负荷水平，按负荷从小到大的顺序削减孤岛内的电节点上的电力负荷，直到孤岛的电力负荷水平降低到发电出力水平。
情形2：若电力负荷水平小于发电出力水平，对于孤岛内的每台非燃气机组按照可降发电容量成比例降低发电出力水平，直到孤岛的发电出力水平等于电力负荷水平；可降发电容量计算公式为
Figure BDA0002671854980000053
表示电节点m上的非燃气机组的发电出力下限。
如果所有非燃气机组均降低到最小出力下限时，孤岛的发电出力水平仍大于电力负荷水平，按发电容量从小到大的顺序切除非燃气机组，直到孤岛的发电出力水平等于电力负荷水平。
当所有孤岛经过发电负荷调整之后，均会满足功率平衡，按照以下公式处理获得每个孤岛内每条电支路上的潮流：
Figure BDA0002671854980000054
式中，
Figure BDA0002671854980000055
表示电支路l在t时刻的状态，正常时值为1，故障时值为0；xbr,l表示电支路l的电抗；
Figure BDA0002671854980000056
表示电支路l首端节点和末端节点在t时刻的功角；M表示状态系数，具体可以取为一个很大的数；
步骤3.1.3、根据步骤3.1.2中得到的发电负荷调整结果和每条电支路上的潮流，按照以下公式处理更新电力系统的状态：
Figure BDA0002671854980000057
Figure BDA0002671854980000058
Figure BDA0002671854980000061
式中，
Figure BDA0002671854980000062
表示电力系统在t时刻的状态变量集合；
Figure BDA0002671854980000063
表示电力系统在t+ΔT时刻的状态变量集合；
Figure BDA0002671854980000064
表示电力系统在t、t+ΔT时刻的网络拓扑结构；funE(·)表示电力系统状态更新函数；
Figure BDA0002671854980000065
表示在t时刻所有燃气机组的发电出力水平集合；
Figure BDA0002671854980000066
表示在t时刻所有非燃气机组的发电出力水平集合；
Figure BDA0002671854980000067
表示在t时刻所有电支路的潮流集合；
Figure BDA0002671854980000068
表示在t时刻所有电支路的首端节点功角集合和末端节点功角集合；
Figure BDA0002671854980000069
表示在t时刻所有电节点的常规电负荷水平集合；
Figure BDA00026718549800000610
表示在t时刻所有电节点的电转气负荷水平集合；
Figure BDA00026718549800000611
表示在t时刻所有电节点集合；
Figure BDA00026718549800000612
表示在t时刻所有电支路集合；
步骤3.2、建立电力-天然气故障传播模型
步骤3.2.1、根据依赖电网供电气源设备的天然气出力水平，按照以下公式处理获得依赖电网供电气源设备消耗的电力负荷水平：
Figure BDA00026718549800000613
式中，
Figure BDA00026718549800000614
表示电节点m上的依赖电网供电气源设备在t时刻消耗的电力负荷水平；
Figure BDA00026718549800000615
表示气节点i上的依赖电网供电气源设备在t时刻的天然气出力水平；ηEGS表示依赖电网供电气源设备的工作效率；i表示气节点的序数；(m,i)表示电节点m和气节点i之间通过依赖电网供电气源设备耦合的电力-天然气相互依赖链接；
比较依赖电网供电气源设备所在的电节点m上的电力负荷与依赖电网供电气源设备消耗的电力负荷水平的大小：如果电节点上的电力负荷小于依赖电网供电气源设备消耗的电力负荷水平，则该依赖电网供电气源设备被关掉，将依赖电网供电气源设备的状态设置为
Figure BDA00026718549800000616
如果电节点上的电力负荷大于等于依赖电网供电气源设备消耗的电力负荷水平，则该依赖电网供电气源设备不被关掉，将依赖电网供电气源设备的状态设置为
Figure BDA00026718549800000617
表示气节点i上的依赖电网供电气源设备在t时刻的状态，正常时值为1，故障时值为0；
依赖电网供电气源设备所在的电节点上的电力负荷由步骤3.1中得到
步骤3.2.2、根据依赖电网供电压缩机设备所在气支路流过的气流量和压缩比，按照以下公式处理获得依赖电网供电压缩机设备消耗的电力负荷水平：
Figure BDA00026718549800000618
式中，
Figure BDA00026718549800000619
表示电节点m在t时刻由依赖电网供电压缩机设备消耗的电力负荷水平；
Figure BDA00026718549800000620
表示压缩机支路c在t时刻流过的天然气流量；
Figure BDA00026718549800000621
表示压缩机支路c首端节点和末端节点在t时刻的气压；zc表示压缩机系数；α表示热力系数；ηEGC表示依赖电网供电压缩机设备的工作效率；c表示压缩机支路的序数；(m,c)表示电节点m和压缩机支路c之间的电力-天然气相互依赖链接；
比较与依赖电网供电压缩机设备相连接的电节点上的电力负荷与该设备消耗的电力负荷水平的大小：如果电节点上的电力负荷小于依赖电网供电压缩机设备消耗的电力负荷水平，则该依赖电网供电压缩机设备被关掉，将依赖电网供电压缩机设备的状态设置为
Figure BDA0002671854980000071
如果电节点上的电力负荷大于等于依赖电网供电压缩机设备消耗的电力负荷水平，则该依赖电网供电压缩机设备不被关掉，将依赖电网供电压缩机设备的状态设置为
Figure BDA0002671854980000072
表示压缩机支路c上依赖电网供电压缩机设备在t时刻的状态，正常时值为1，故障时值为0；
与依赖电网供电压缩机设备相连接的电节点上的电力负荷由步骤3.1中得到。
步骤3.2.3、根据步骤3.2.1和步骤3.2.2中得到的依赖电网供电气源设备和依赖电网供电压缩机设备的状态，按照以下公式处理更新电转气耦合环节的状态：
Figure BDA0002671854980000073
式中，
Figure BDA0002671854980000074
表示电节点m在t+ΔT时刻的电转气负荷水平；
Figure BDA0002671854980000075
表示气节点i上的依赖电网供电气源设备在t+ΔT时刻的状态；
Figure BDA0002671854980000076
表示压缩机支路c上依赖电网供电压缩机设备在t+ΔT时刻的状态；funE2G(·)表示电转气耦合环节状态更新函数；
步骤3.3、建立天然气系统内部故障传播模型
步骤3.3.1、当气支路由于初始故障断开或者依赖电网供电气源设备和依赖电网供电压缩机设备的状态发生变化时，天然气系统中流动的气流发生动态变化，然后建立天然气系统运行能源消耗量之和的最小值minf作为天然气系统内部故障传播模型的目标函数：
Figure BDA0002671854980000077
式中，f表示天然气系统运行能源消耗量之和；
Figure BDA0002671854980000078
表示气节点i上的气源设备在t+Δt时刻的天然气出力水平，气源设备既包括依赖电网供电气源设备，也包括独立供电气源设备；
Figure BDA0002671854980000079
表示气节点i在t+Δt时刻的常规气负荷削减量；
Figure BDA00026718549800000710
表示气节点i在t+Δt时刻的气转电负荷削减量；
Figure BDA00026718549800000711
表示气节点i在t+Δt时刻的运行能源消耗量；
步骤3.3.2、建立以下天然气系统内部故障传播模型的约束：
Figure BDA0002671854980000081
Figure BDA0002671854980000082
Figure BDA0002671854980000083
Figure BDA0002671854980000084
Figure BDA0002671854980000085
Figure BDA0002671854980000086
Figure BDA0002671854980000087
Figure BDA0002671854980000088
Figure BDA0002671854980000089
式中，
Figure BDA00026718549800000810
表示气节点i在t时刻的常规气负荷水平；
Figure BDA00026718549800000811
表示气节点i在t时刻的气转电负荷水平；
Figure BDA00026718549800000812
表示气节点i在t+Δt时刻的常规气负荷削减量、
Figure BDA00026718549800000813
表示气节点i在t+Δt时刻的气转电负荷削减量；
Figure BDA00026718549800000814
表示第k段输气管道首端节点和末端节点在t+Δt时刻流过的天然气流量，气支路指天然气系统中的输气管道和压缩机支路。气节点之间通过气支路连接，每条气支路首尾两端的气节点分别称为首端节点和末端节点；
Figure BDA00026718549800000815
表示压缩机支路c首端和末端在t+Δt时刻流过的天然气流量；
Figure BDA00026718549800000816
表示第k段输气管道在t+Δt时刻的状态，正常时值为1，故障时值为0；
Figure BDA00026718549800000817
表示第k段输气管道首端节点和末端节点在t时刻的气压；
Figure BDA00026718549800000818
表示第k段输气管道首端节点和末端节点在t+Δt时刻的气压；
Figure BDA00026718549800000819
表示第k段输气管道的传输系数；Lgp,k表示第k段输气管道的长度；
Figure BDA00026718549800000820
表示第k段输气管道的传输容量；
Figure BDA00026718549800000821
表示气节点i在t+Δt时刻的气压；
Figure BDA00026718549800000822
Figure BDA00026718549800000823
表示气节点i的气压下限和气压上限；
Figure BDA00026718549800000824
表示压缩机支路c的压缩比下限和压缩比上限；
Figure BDA00026718549800000825
表示压缩机支路c首端节点和末端节点在t+Δt时刻的气压；
Figure BDA00026718549800000826
表示气节点i上的气源设备出力下限和出力上限；k表示输气管道段数的序数；Δt表示天然气动态气流模型的时间间隔；
步骤3.3.3、根据步骤3.3.1和步骤3.3.2中的计算结果，按照以下公式处理更新天然气系统状态：
Figure BDA00026718549800000827
Figure BDA00026718549800000828
式中，
Figure BDA0002671854980000091
表示天然气系统在t时刻的状态变量集合；
Figure BDA0002671854980000092
表示天然气系统在t+ΔT时刻的状态变量集合；funG(·)表示天然气系统状态更新函数；
Figure BDA0002671854980000093
表示在t时刻所有气源设备的天然气出力水平集合；
Figure BDA0002671854980000094
表示所有输气管道首端节点和末端节点在t时刻流过的天然气流量集合；
Figure BDA0002671854980000095
表示所有压缩机支路首端节点和末端节点在t时刻流过的天然气流量集合；pt表示在t时刻所有气节点气压集合；
Figure BDA0002671854980000096
表示在t时刻所有气节点的常规气负荷集合；
Figure BDA0002671854980000097
表示在t时刻所有气节点的气转电负荷集合；
步骤3.4、建立天然气-电力故障传播模型。
步骤3.4.1、根据与燃气机组相连接的气节点的气转电负荷水平，按照以下公式处理获得燃气机组的发电出力水平：
Figure BDA0002671854980000098
式中，αm、βm、γm表示燃气机组的第一、第二、第三天然气消耗系数；
Figure BDA0002671854980000099
表示电节点m上的燃气机组在t时刻的发电出力水平；
Figure BDA00026718549800000910
表示气节点i在t时刻的气转电负荷水平；k表示天然气热值；(i,m)表示气节点i和电节点m之间通过燃气机组耦合的电力-天然气相互依赖链接；
步骤3.4.2、根据步骤3.4.1中得到的燃气机组的发电出力水平，按照以下公式处理更新气转电耦合环节状态：
Figure BDA00026718549800000911
式中，
Figure BDA00026718549800000912
表示气节点i在t+ΔT时刻的气转电负荷水平；
Figure BDA00026718549800000913
表示电节点m上的燃气机组在t+ΔT时刻的发电出力水平；funG2E(·)表示气转电耦合环节状态更新函数；
步骤3.5、综合根据步骤3.1到步骤3.4，得到电-气综合能源故障传播渗流方程：
Figure BDA00026718549800000914
Figure BDA00026718549800000915
Figure BDA00026718549800000916
所述步骤4中，故障传播终止条件采用以下公式设置：
Figure BDA00026718549800000917
不断迭代处理渗流方程(30)-(31)，直到满足故障传播终止条件，得到系统最终运行状态。
所述步骤5中，不断重复步骤2至步骤4，当仿真次数达到最大上限时获得电-气综合能源系统中的电力系统和天然气系统的系统最终运行状态，然后：
步骤5.1、根据电力系统的系统最终运行状态，按照以下公式处理获得电力系统脆弱性参数：
Figure BDA0002671854980000101
式中，EENSE表示电力系统脆弱性参数；
Figure BDA0002671854980000102
表示系统故障前电节点m上的常规电负荷水平；
Figure BDA0002671854980000103
表示系统故障前电节点m上的电转气负荷水平；
Figure BDA0002671854980000104
表示第s次仿真中系统最终运行状态电节点m上的常规电负荷水平；
Figure BDA0002671854980000105
表示第s次仿真中系统最终运行状态电节点m上的电转气负荷水平；Ns表示仿真次数最大上限；s表示仿真次数的序数；
步骤5.2、根据天然气系统的系统最终运行状态，建立天然气系统脆弱性参数：
Figure BDA0002671854980000106
式中，EENSG表示天然气系统的脆弱性参数；
Figure BDA0002671854980000107
表示系统故障前气节点i上的常规气负荷水平；
Figure BDA0002671854980000108
表示系统故障前气节点i上的气转电负荷水平；
Figure BDA0002671854980000109
表示第s次仿真中系统最终运行状态气节点i上的常规气负荷水平；
Figure BDA00026718549800001010
表示第s次仿真中系统最终运行状态气节点i上的气转电负荷水平；
步骤5.3、
若电-气综合能源系统的脆弱性参数值过大，表明系统脆弱性水平较高，系统较脆弱。通过采取耦合环节解耦、常规负荷优先削减等措施，可以抑制故障在电力系统和天然气系统内部和两者之间的动态传播，从而有效改善电-气综合能源系统整体的脆弱性，降低系统发生大面积崩溃的概率，具体为：
对于电力系统，若电力系统脆弱性参数大于预设脆弱性阈值，则采用非燃气机组替代燃气机组发电，降低发电机组对天然气系统的依赖程度，有效阻止故障从天然气系统传播到电力系统；
对于天然气系统，若天然气系统脆弱性参数大于预设脆弱性阈值，为依赖电网供电气源设备和依赖电网供电压缩机设备安装独立供电电源，降低气源设备和压缩机设备对电力系统的依赖程度，有效阻止故障从电力系统传播到天然气系统。
当出现电力系统的电力负荷水平大于发电出力水平或天然气系统的天然气负荷水平大于天然气出力水平时，切除常规电负荷或常规气负荷，缓解故障对系统耦合环节的影响，抑制故障在子系统之间的传播。
所述步骤5.1中所述的电力系统脆弱性参数EENSE值越大，由于故障造成的电负荷削减量越多，电力系统抵御故障扰动的能力越小，电力系统越脆弱。
所述步骤5.2中所述的天然气系统的脆弱性参数EENSG值越大，天然气系统由于故障造成的气负荷削减量越多，天然气系统抵御故障扰动的能力越小，天然气系统越脆弱。
本发明具有的有益效果如下：
本发明的方法为一种在电力系统与天然气系统深度耦合情形下，实现电-气综合能源系统脆弱性评估和改善的方法，克服以往脆弱性改善方法只针对单一能源系统脆弱性进行分析和改善的不足；本发明方法可以兼顾故障在电力系统和天然气系统内部和两者之间的动态传播特点，揭示故障在综合能源系统中的传播机理，找出导致系统崩溃的脆弱性条件，通过耦合环节解耦、常规负荷优先削减等措施，实现系统健壮性和可靠性的提升。
本发明能够满足未来电力系统和天然气系统深度耦合情形下的工程应用需求，快速对电-气综合能源系统的脆弱性进行评估和改善。对于电力系统，采用非燃气机组替代燃气机组，降低发电机组对天然气系统的依赖程度；对于天然气系统，为依赖电网供电气源设备和依赖电网供电压缩机设备安装独立供电电源，降低气源设备和压缩机设备对电力系统的依赖程度；对于孤岛内的发电负荷调整策略，优先切除常规电负荷或气负荷。通过上述措施，可以有效抑制故障在电-气综合能源系统中的传播，改善系统脆弱性，降低系统发生大面积崩溃的概率。
附图说明
图1是本发明的电-气综合能源系统的实施例结构示意图；
图2是本发明方法流程图。
图3是本发明的电-气综合能源系统中电力系统脆弱性计算结果。
图4是本发明的电-气综合能源系统中天然气系统脆弱性计算结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
按照本发明内容完整方法实施的具体实施例如下：
以IEEE30节点电力系统和比利时20节点天然气系统组成的电-气综合能源系统为例，结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施。
如图1所示，电-气综合能源系统包含电力系统、天然气系统、电转气耦合环节、气转电耦合环节。其中，电力系统包含7台发电机组，30个电节点和41条电支路，天然气系统包含6个气源设备，20个气节点和19条气支路。令电节点5、7、8、11、13上的发电机组为燃气机组，需要的天然气燃料分别由气节点6、7、10、16、20上的气转电负荷提供，其余发电机组为非燃气机组。令气节点1、2、5、8上的气源为依赖电网供电气源，需要的电力负荷分别由电节点2、7、14、5上的电转气负荷提供，其余气源为独立供电气源。令气支路P18上的压缩机为依赖电网供电压缩机，需要的电力负荷由电节点15上的电转气负荷提供，其余压缩机为独立供电压缩机。
为了比较不同措施对改善系统脆弱性水平的影响，设定以下4种场景：
场景1：所有的电力-天然气相互依赖链接都正常工作，且在步骤3.1或步骤3.3中的发电负荷调整策略中，需要切除电负荷或气负荷时，设定所有负荷重要度相等，即所有节点上的负荷按照当前负荷大小等比例切除。
场景2：相比较场景1，在步骤3.1或步骤3.3中，需要切除电负荷或气负荷时，优先切除常规电负荷或常规气负荷。
场景3：相比较场景1，气节点8上的气源为独立供电气源，即该气源需要的电力负荷不再依赖电网节点5上的电负荷提供。
场景4：相比较场景1，电节点7上的发电机组为非燃气机组，即该发电机组需要的天然气燃料不再依赖气节点7上的气负荷提供。
另外，为了方便计算，对比利时20节点系统作如下修改：将双回天然气管道合并为单回；以初始运行状态下气支路流过的天然气流量的1.5倍作为气支路的传输容量，不满8×103m3·h-1按8×103m3·h-1计算。对IEEE30节点系统作如下修改：将所有线路均简化为无向有权边，不计并联电容支路；以初始运行状态下电支路流过潮流的1.5倍作为电支路的传输容量，不满30MW按30MW计算。
本发明实施流程如图2所示，具体步骤如下：
步骤1、建立电-气综合能源系统网络模型，得到系统网络拓扑结构；
步骤1.1、建立电力系统网络拓扑结构；
步骤1.2、建立天然气系统网络拓扑结构；
步骤1.3、建立电力-天然气相互依赖链接；
步骤2、给定初始故障比例，利用蒙特卡洛算法模拟系统初始故障，得到系统初始运行状态；
其中，系统初始故障考虑由于自然灾害或者人为攻击造成的电支路故障断开。
所述步骤3，具体如下：电-气综合能源系统故障传播模型
步骤3.1、建立电力系统内部故障传播模型。
步骤3.1.1、根据电支路流过的潮流大小和电支路传输容量，计算电支路的过载严重度Sbr,l(t)。当电支路l的过载严重度Sbr,l(t)经过安全时限tlim,l后达到过载阈值
Figure BDA0002671854980000131
该支路的保护装置会动作使其断开。计算所有电支路的安全时限tlim,l的最小值，可以得到电力系统稳态持续时间ΔT。
步骤3.1.2、当电支路由于初始故障或者由于过载断开时，电力系统网络拓扑结构可能会分裂成多个孤岛，有些孤岛内不再满足功率平衡，即电力负荷水平不等于发电出力水平，需要进行发电负荷调整，使孤岛满足功率平衡。
当所有孤岛经过发电负荷调整之后，均会满足功率平衡，处理获得每条电支路上的潮流。
步骤3.1.3、根据步骤3.1.2中得到的发电负荷调整结果和每条电力线路上的潮流，处理更新电力系统状态。
步骤3.2、建立电力-天然气故障传播模型。
步骤3.2.1、根据依赖电网供电气源设备的天然气出力水平，处理获得依赖电网供电气源设备消耗的电力负荷水平。比较依赖电网供电气源设备所在的电节点上的电力负荷与该设备消耗的电力负荷水平的大小，如果电节点上的电力负荷小于依赖电网供电气源设备消耗的电力负荷水平，则该设备被关掉，即
Figure BDA0002671854980000132
表示气节点i上的气源设备在t时刻的状态，正常时值为1，故障时值为0。
步骤3.2.2、根据依赖电网供电压缩机设备所在气支路流过的气流量和压缩比，处理获得依赖电网供电压缩机设备消耗的电力负荷水平。比较与依赖电网供电压缩机设备相连接的电节点上的电力负荷与该设备消耗的电力负荷水平的大小，如果电节点上的电力负荷小于依赖电网供电压缩机设备消耗的电力负荷水平，则该设备被关掉，即
Figure BDA0002671854980000133
表示压缩机支路c在t时刻的状态，正常时值为1，故障时值为0。
步骤3.2.3、根据步骤3.2.1和步骤3.2.2中得到的依赖电网供电气源设备和依赖电网供电压缩机设备的状态，处理更新电转气耦合环节状态；
步骤3.3、建立天然气系统内部故障传播模型。
步骤3.3.1、当气支路由于初始故障断开或者依赖电网供电气源设备和依赖电网供电压缩机设备的状态发生变化时，天然气系统中流动的气流都会发生动态变化。建立天然气系统运行能源消耗量之和的最小值minf作为天然气系统内部故障传播模型的目标函数：
其中，天然气动态气流模型的时间间隔Δt取5分钟。
步骤3.3.2、建立以下天然气系统内部故障传播模型的约束：
步骤3.3.3、根据步骤3.3.1和步骤3.3.2中的计算结果，处理更新天然气系统状态：
步骤3.4、建立天然气-电力故障传播模型。
步骤3.4.1、根据与燃气机组相连接的气节点的气转电负荷水平，处理获得燃气机组的发电出力水平：
步骤3.4.2、根据步骤3.4.1中得到的燃气机组的发电出力水平，处理更新气转电耦合环节状态：
步骤3.5、基于步骤3.1到步骤3.4，得到电-气综合能源故障传播渗流方程：
所述步骤4具体如下，建立以下故障传播终止条件：
不断迭代计算渗流方程(31)-(32)，直到满足故障传播终止条件，得到系统最终运行状态。
所述步骤5具体如下：
步骤5.1、根据电力系统最终运行状态，建立电力系统脆弱性参数：
步骤5.2、根据天然气系统最终运行状态，建立天然气系统脆弱性参数：
步骤5.3、对于设定的4个场景，每个场景的初始攻击比例由0逐渐增加到0.4。对于每个给定的初始攻击比例，不断重复步骤2至步骤4，当仿真次数达到最大上限500时，计算脆弱性参数，得到电-气综合能源系统脆弱性水平与初始攻击比例之间的关系，如图3和图4所示。
从图3和图4可以看出，在四种场景下，随着初始攻击比例不断的增大，电力系统和天然气系统的脆弱性水平均不断提高，表现出了二阶渗流现象。而且，电力系统比天然气系统更加脆弱，以场景1为例，当初始攻击比例增加到0.4时，电力系统脆弱性参数EENSE达到了0.79，而天然气系统脆弱性参数值EENSG仅0.51，这是因为电支路过载断开的特性使得故障在电力系统中的传播范围更广，传播后果更严重，更多的电负荷被切除。
对比四种场景下的系统脆弱性水平，相比较场景1，场景2、场景3、场景4中的脆弱性参数值EENSE和EENSG均有了不同程度的降低，这表明通过系统的脆弱性得到了改善。因此，采取优先切除常规负荷策略(对应场景2)、为依赖电网供电气源设备和依赖电网供电压缩机设备安装独立供电电源(对应场景3)、非燃气机组替代燃气机组(对应场景4)等措施，可以有效改善电-气综合能源系统的脆弱性，降低系统发生大面积崩溃的概率。

Claims (6)

1.一种电-气综合能源系统脆弱性评估与改善方法，其特征在于：
步骤1、建立电-气综合能源系统网络拓扑结构和依赖链接集合；
步骤2、在电-气综合能源系统网络拓扑结构下，根据给定的初始故障比例，利用蒙特卡洛算法模拟系统初始故障，得到电-气综合能源系统的系统初始运行状态；
步骤3、建立电-气综合能源系统故障传播模型，具体包括电力系统内部故障传播模型、电力-天然气故障传播模型、天然气系统内部故障传播模型、天然气-电力故障传播模型，得到电-气综合能源系统故障传播渗流方程；
步骤4、根据故障传播终止条件，不断迭代电-气综合能源故障传播渗流方程，直到满足故障传播终止条件，得到系统最终运行状态，具体包括电节点上的常规电负荷水平、电转气负荷水平和气节点上的常规气负荷水平、气转电负荷水平；
步骤5、不断重复步骤2至步骤4进行仿真，当仿真次数达到最大上限时，计算脆弱性参数，根据脆弱性参数改善电-气综合能源系统。
2.根据权利要求1所述的一种电-气综合能源系统脆弱性评估与改善方法，其特征在于：所述的步骤1具体如下：
步骤1.1、建立电力系统网络拓扑结构：
GE＝(VE,EE)
式中，GE表示电力系统网络拓扑结构，VE表示电节点集合，EE表示电支路集合；
步骤1.2、建立天然气系统网络拓扑结构：
GG＝(VG,EG)
式中，GG表示天然气网络拓扑结构，VG表示气节点集合，EG表示气支路集合；
步骤1.3、建立电力-天然气相互依赖链接集合：
ECOM＝(EGFU,EEGS,EEGC)
式中，ECOM表示电力-天然气相互依赖链接集合；EGFU表示燃气机组依赖链接集合；EEGS表示依赖电网供电气源依赖链接集合；EEGC表示依赖电网供电压缩机依赖链接集合。
3.根据权利要求1所述的一种电-气综合能源系统脆弱性评估与改善方法，其特征在于：所述步骤2，模拟后获得电-气综合能源系统中的电力系统和天然气系统网络拓扑节结构以及系统初始故障后的网络拓扑节结构，作为系统初始运行状态：
Figure FDA0002671854970000021
Figure FDA0002671854970000022
Figure FDA0002671854970000023
式中，
Figure FDA0002671854970000024
表示系统初始故障后电力系统网络拓扑节结构；EE,ini表示初始故障电支路集合；EE/EE,ini表示从电支路集合集合EE中移除集合EE,ini；
Figure FDA0002671854970000025
表示系统初始故障后天然气系统网络拓扑节结构；EG,ini表示初始故障气支路集合；EG/EG,ini表示从气支路集合EG中移除集合EG,ini；
Figure FDA00026718549700000211
表示系统初始故障后的电-气综合能源系统网络拓扑节结构。
4.根据权利要求1所述的一种电-气综合能源系统脆弱性评估与改善方法，其特征在于：所述步骤3，具体如下：
步骤3.1、建立电力系统内部故障传播模型
步骤3.1.1、根据电支路流过的潮流大小和电支路传输容量，按照以下公式计算电支路的过载严重度：
Figure FDA0002671854970000026
式中，Sbr,l(t)表示电支路l在t时刻的过载严重度；
Figure FDA0002671854970000027
表示电支路l在τ时刻流过的潮流；
Figure FDA0002671854970000028
表示电支路l的传输容量；t和τ表示时间的序数；ts表示每一级故障的初始时刻；l表示电支路的序数；
当电支路l的过载严重度Sbr,l(t)经过安全时限tlim,l后达到过载阈值
Figure FDA0002671854970000029
该电支路的保护装置动作使电支路断开；计算所有电支路的安全时限tlim,l的最小值，得到电力系统稳态持续时间ΔT：
Figure FDA00026718549700000210
式中，ΔT表示电力系统稳态持续时间；tlim,l表示电支路l的安全时限；min{·}表示取最小值；
步骤3.1.2、
当电支路由于初始故障或者由于过载断开时，电力系统网络拓扑结构分裂成多个孤岛，针对不满足功率平衡的每个孤岛再进行发电负荷调整，使孤岛满足功率平衡；
不满足功率平衡的孤岛分为以下两种情形：
情形1：若孤岛内的电力负荷水平大于发电出力水平，则对于该孤岛内的每台非燃气机组按照剩余发电容量成比例提高发电出力水平，直到孤岛的发电出力水平等于电力负荷水平；
情形2：若电力负荷水平小于发电出力水平，对于孤岛内的每台非燃气机组按照可降发电容量成比例降低发电出力水平，直到孤岛的发电出力水平等于电力负荷水平；
如果所有非燃气机组均降低到最小出力下限时，孤岛的发电出力水平仍大于电力负荷水平，按发电容量从小到大的顺序切除非燃气机组，直到孤岛的发电出力水平等于电力负荷水平。
当所有孤岛经过发电负荷调整之后，均会满足功率平衡，按照以下公式处理获得每个孤岛内每条电支路上的潮流：
Figure FDA0002671854970000031
式中，
Figure FDA0002671854970000032
表示电支路l在t时刻的状态，正常时值为1，故障时值为0；xbr,l表示电支路l的电抗；
Figure FDA0002671854970000033
表示电支路l首端节点和末端节点在t时刻的功角；M表示状态系数；
步骤3.1.3、根据步骤3.1.2中得到的发电负荷调整结果和每条电支路上的潮流，按照以下公式处理更新电力系统的状态：
Figure FDA0002671854970000034
Figure FDA0002671854970000035
Figure FDA0002671854970000036
式中，
Figure FDA0002671854970000037
表示电力系统在t时刻的状态变量集合；
Figure FDA0002671854970000038
表示电力系统在t+ΔT时刻的状态变量集合；
Figure FDA0002671854970000039
表示电力系统在t、t+ΔT时刻的网络拓扑结构；funE(·)表示电力系统状态更新函数；
Figure FDA00026718549700000310
表示在t时刻所有燃气机组的发电出力水平集合；
Figure FDA00026718549700000311
表示在t时刻所有非燃气机组的发电出力水平集合；
Figure FDA00026718549700000312
表示在t时刻所有电支路的潮流集合；
Figure FDA00026718549700000313
表示在t时刻所有电支路的首端节点功角集合和末端节点功角集合；
Figure FDA00026718549700000314
表示在t时刻所有电节点的常规电负荷水平集合；
Figure FDA00026718549700000315
表示在t时刻所有电节点的电转气负荷水平集合；
Figure FDA00026718549700000316
表示在t时刻所有电节点集合；
Figure FDA00026718549700000317
表示在t时刻所有电支路集合；
步骤3.2、建立电力-天然气故障传播模型
步骤3.2.1、根据依赖电网供电气源设备的天然气出力水平，按照以下公式处理获得依赖电网供电气源设备消耗的电力负荷水平：
Figure FDA0002671854970000041
式中，
Figure FDA0002671854970000042
表示电节点m上的依赖电网供电气源设备在t时刻消耗的电力负荷水平；
Figure FDA0002671854970000043
表示气节点i上的依赖电网供电气源设备在t时刻的天然气出力水平；ηEGS表示依赖电网供电气源设备的工作效率；i表示气节点的序数；(m,i)表示电节点m和气节点i之间通过依赖电网供电气源设备耦合的电力-天然气相互依赖链接；
比较依赖电网供电气源设备所在的电节点m上的电力负荷与依赖电网供电气源设备消耗的电力负荷水平的大小：如果电节点上的电力负荷小于依赖电网供电气源设备消耗的电力负荷水平，则该依赖电网供电气源设备被关掉，将依赖电网供电气源设备的状态设置为
Figure FDA0002671854970000044
如果电节点上的电力负荷大于等于依赖电网供电气源设备消耗的电力负荷水平，则该依赖电网供电气源设备不被关掉，将依赖电网供电气源设备的状态设置为
Figure FDA0002671854970000045
Figure FDA0002671854970000046
表示气节点i上的依赖电网供电气源设备在t时刻的状态；
步骤3.2.2、根据依赖电网供电压缩机设备所在气支路流过的气流量和压缩比，按照以下公式处理获得依赖电网供电压缩机设备消耗的电力负荷水平：
Figure FDA0002671854970000047
式中，
Figure FDA0002671854970000048
表示电节点m在t时刻由依赖电网供电压缩机设备消耗的电力负荷水平；
Figure FDA0002671854970000049
表示压缩机支路c在t时刻流过的天然气流量；
Figure FDA00026718549700000410
表示压缩机支路c首端节点和末端节点在t时刻的气压；zc表示压缩机系数；α表示热力系数；ηEGC表示依赖电网供电压缩机设备的工作效率；c表示压缩机支路的序数；(m,c)表示电节点m和压缩机支路c之间的电力-天然气相互依赖链接；
比较与依赖电网供电压缩机设备相连接的电节点上的电力负荷与该设备消耗的电力负荷水平的大小：如果电节点上的电力负荷小于依赖电网供电压缩机设备消耗的电力负荷水平，则该依赖电网供电压缩机设备被关掉，将依赖电网供电压缩机设备的状态设置为
Figure FDA00026718549700000411
如果电节点上的电力负荷大于等于依赖电网供电压缩机设备消耗的电力负荷水平，则该依赖电网供电压缩机设备不被关掉，将依赖电网供电压缩机设备的状态设置为
Figure FDA00026718549700000412
Figure FDA00026718549700000413
表示压缩机支路c上依赖电网供电压缩机设备在t时刻的状态；
步骤3.2.3、根据步骤3.2.1和步骤3.2.2中得到的依赖电网供电气源设备和依赖电网供电压缩机设备的状态，按照以下公式处理更新电转气耦合环节的状态：
Figure FDA0002671854970000051
式中，
Figure FDA0002671854970000052
表示电节点m在t+ΔT时刻的电转气负荷水平；
Figure FDA0002671854970000053
表示气节点i上的依赖电网供电气源设备在t+ΔT时刻的状态；
Figure FDA0002671854970000054
表示压缩机支路c上依赖电网供电压缩机设备在t+ΔT时刻的状态；funE2G(·)表示电转气耦合环节状态更新函数；
步骤3.3、建立天然气系统内部故障传播模型
步骤3.3.1、当气支路由于初始故障断开或者依赖电网供电气源设备和依赖电网供电压缩机设备的状态发生变化时，天然气系统中流动的气流发生动态变化，然后建立天然气系统运行能源消耗量之和的最小值min f作为天然气系统内部故障传播模型的目标函数：
Figure FDA0002671854970000055
式中，f表示天然气系统运行能源消耗量之和；
Figure FDA0002671854970000056
表示气节点i上的气源设备在t+Δt时刻的天然气出力水平；
Figure FDA0002671854970000057
表示气节点i在t+Δt时刻的常规气负荷削减量；
Figure FDA0002671854970000058
表示气节点i在t+Δt时刻的气转电负荷削减量；
Figure FDA0002671854970000059
表示气节点i在t+Δt时刻的运行能源消耗量；
步骤3.3.2、建立以下天然气系统内部故障传播模型的约束：
Figure FDA00026718549700000510
Figure FDA00026718549700000511
Figure FDA00026718549700000512
Figure FDA00026718549700000513
Figure FDA00026718549700000514
Figure FDA00026718549700000515
Figure FDA00026718549700000516
Figure FDA00026718549700000517
Figure FDA00026718549700000518
式中，
Figure FDA00026718549700000519
表示气节点i在t时刻的常规气负荷水平；
Figure FDA00026718549700000520
表示气节点i在t时刻的气转电负荷水平；
Figure FDA00026718549700000521
表示气节点i在t+Δt时刻的常规气负荷削减量、
Figure FDA00026718549700000522
表示气节点i在t+Δt时刻的气转电负荷削减量；
Figure FDA00026718549700000523
表示第k段输气管道首端节点和末端节点在t+Δt时刻流过的天然气流量；
Figure FDA00026718549700000524
表示压缩机支路c首端和末端在t+Δt时刻流过的天然气流量；
Figure FDA0002671854970000061
表示第k段输气管道在t+Δt时刻的状态，正常时值为1，故障时值为0；
Figure FDA0002671854970000062
表示第k段输气管道首端节点和末端节点在t时刻的气压；
Figure FDA0002671854970000063
表示第k段输气管道首端节点和末端节点在t+Δt时刻的气压；
Figure FDA0002671854970000064
表示第k段输气管道的传输系数；Lgp,k表示第k段输气管道的长度；
Figure FDA0002671854970000065
表示第k段输气管道的传输容量；
Figure FDA0002671854970000066
表示气节点i在t+Δt时刻的气压；
Figure FDA0002671854970000067
表示气节点i的气压下限和气压上限；
Figure FDA0002671854970000068
表示压缩机支路c的压缩比下限和压缩比上限；
Figure FDA0002671854970000069
表示压缩机支路c首端节点和末端节点在t+Δt时刻的气压；
Figure FDA00026718549700000610
表示气节点i上的气源设备出力下限和出力上限；k表示输气管道段数的序数；Δt表示天然气动态气流模型的时间间隔；
步骤3.3.3、根据步骤3.3.1和步骤3.3.2中的计算结果，按照以下公式处理更新天然气系统状态：
Figure FDA00026718549700000611
Figure FDA00026718549700000612
式中，
Figure FDA00026718549700000613
表示天然气系统在t时刻的状态变量集合；
Figure FDA00026718549700000614
表示天然气系统在t+ΔT时刻的状态变量集合；funG(·)表示天然气系统状态更新函数；
Figure FDA00026718549700000615
表示在t时刻所有气源设备的天然气出力水平集合；
Figure FDA00026718549700000616
表示所有输气管道首端节点和末端节点在t时刻流过的天然气流量集合；
Figure FDA00026718549700000617
表示所有压缩机支路首端节点和末端节点在t时刻流过的天然气流量集合；pt表示在t时刻所有气节点气压集合；
Figure FDA00026718549700000618
表示在t时刻所有气节点的常规气负荷集合；
Figure FDA00026718549700000619
表示在t时刻所有气节点的气转电负荷集合；
步骤3.4、建立天然气-电力故障传播模型。
步骤3.4.1、根据与燃气机组相连接的气节点的气转电负荷水平，按照以下公式处理获得燃气机组的发电出力水平：
Figure FDA00026718549700000620
式中，αm、βm、γm表示燃气机组的第一、第二、第三天然气消耗系数；
Figure FDA00026718549700000621
表示电节点m上的燃气机组在t时刻的发电出力水平；
Figure FDA00026718549700000622
表示气节点i在t时刻的气转电负荷水平；k表示天然气热值；(i,m)表示气节点i和电节点m之间通过燃气机组耦合的电力-天然气相互依赖链接；
步骤3.4.2、根据步骤3.4.1中得到的燃气机组的发电出力水平，按照以下公式处理更新气转电耦合环节状态：
Figure FDA00026718549700000623
式中，
Figure FDA0002671854970000071
表示气节点i在t+ΔT时刻的气转电负荷水平；
Figure FDA0002671854970000072
表示电节点m上的燃气机组在t+ΔT时刻的发电出力水平；funG2E(·)表示气转电耦合环节状态更新函数；
步骤3.5、综合根据步骤3.1到步骤3.4，得到电-气综合能源故障传播渗流方程：
Figure FDA0002671854970000073
Figure FDA0002671854970000074
Figure FDA0002671854970000075
5.根据权利要求3所述的一种电-气综合能源系统脆弱性评估与改善方法，其特征在于：所述步骤4中，故障传播终止条件采用以下公式设置：
Figure FDA0002671854970000076
6.根据权利要求1所述的一种电-气综合能源系统脆弱性评估与改善方法，其特征在于：所述步骤5中，不断重复步骤2至步骤4，当仿真次数达到最大上限时获得电-气综合能源系统中的电力系统和天然气系统的系统最终运行状态，然后：
步骤5.1、根据电力系统的系统最终运行状态，按照以下公式处理获得电力系统脆弱性参数：
Figure FDA0002671854970000077
式中，EENSE表示电力系统脆弱性参数；
Figure FDA0002671854970000078
表示系统故障前电节点m上的常规电负荷水平；
Figure FDA0002671854970000079
表示系统故障前电节点m上的电转气负荷水平；
Figure FDA00026718549700000710
表示第s次仿真中系统最终运行状态电节点m上的常规电负荷水平；
Figure FDA00026718549700000711
表示第s次仿真中系统最终运行状态电节点m上的电转气负荷水平；Ns表示仿真次数最大上限；s表示仿真次数的序数；
步骤5.2、根据天然气系统的系统最终运行状态，建立天然气系统脆弱性参数：
Figure FDA00026718549700000712
式中，EENSG表示天然气系统的脆弱性参数；
Figure FDA00026718549700000713
表示系统故障前气节点i上的常规气负荷水平；
Figure FDA00026718549700000714
表示系统故障前气节点i上的气转电负荷水平；
Figure FDA00026718549700000715
表示第s次仿真中系统最终运行状态气节点i上的常规气负荷水平；
Figure FDA00026718549700000716
表示第s次仿真中系统最终运行状态气节点i上的气转电负荷水平；
步骤5.3、
对于电力系统，若电力系统脆弱性参数大于预设脆弱性阈值，则采用非燃气机组替代燃气机组发电；
对于天然气系统，若天然气系统脆弱性参数大于预设脆弱性阈值，为依赖电网供电气源设备和依赖电网供电压缩机设备安装独立供电电源；
当出现电力系统的电力负荷水平大于发电出力水平或天然气系统的天然气负荷水平大于天然气出力水平时，切除常规电负荷或常规气负荷，缓解故障对系统耦合环节的影响，抑制故障在子系统之间的传播。
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