CN115345386A - 一种能源系统的安全性评估方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能源系统的安全性评估方法、装置及存储介质，其中方法包括：构建最优负荷削减模型，最优负荷削减模型包括目标函数和系统约束，系统约束包括电力系统约束、天然气系统约束、供热系统约束和子系统间的等式耦合约束；构建预想事故集，从预想事故集中选取一个预想状态；基于混合整数线性规划方法求解最优负荷削减模型，得到预想状态的安全性指标；在计算得到预想事故集的所有预想状态的安全性指标后，根据所有预想状态的安全性指标计算得到能源系统的安全性指标；根据能源系统的安全性指标得到能源系统的安全性评估结果。本发明能够有效提高能源系统安全性评估的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其是涉及一种能源系统的安全性评估方法、装置及存储介质。
背景技术
随着热电联产单元、燃气轮机和燃煤机等耦合装置的不断利用，电力系统与气网、热网的联系也越来越紧密。通过这些耦合装置将不同子系统连接成综合能源系统，可以显著提高能源的利用效率。然而不同供能系统的耦合也给省域能源系统的安全稳定运行带来了挑战，子系统的故障会蔓延至其他系统，从而导致大范围、长时间的系统故障。对省域能源系统进行安全性评估可以尽早为能源系统提供预警，降低运行风险。尽管电力系统的安全性评估已经被广泛研究，但是相关的研究成果并不能直接应用到省域综合能源系统中。因为不同系统间复杂的耦合关系和运行特性，使得省域能源系统的安全性评估更加困难。能源系统的安全性评估通常用于定量分析像元件故障、负荷波动以及源波动等不确定性因素对系统可靠性的影响。分析省域能源系统的安全性分为系统状态选择、系统状态分析和完全性指标计算三个基本步骤。系统状态分析是计算系统在特定状态下最小的负荷削减量，因此负荷的削减计算对于评估能源系统的安全性具有重要作用，可以指导系统的计划和运行。
现有的能源系统的安全性评估方法没有全面考虑能源耦合装置对气网和热网等能源子系统的影响，导致能源系统安全性评估的准确性较差。
发明内容
本发明提供了一种能源系统的安全性评估方法、装置及存储介质，以解决现有的安全性评估方法没有全面考虑能源耦合装置对气网和热网等能源子系统的影响，导致能源系统安全性评估的准确性较差的技术问题。
本发明的一个实施例提供了一种能源系统的安全性评估方法，包括：
构建最优负荷削减模型，所述最优负荷削减模型包括目标函数和系统约束，所述系统约束包括电力系统约束、天然气系统约束、供热系统约束和子系统间的等式耦合约束；
构建预想事故集，从所述预想事故集中选取一个预想状态；
基于混合整数线性规划方法求解所述最优负荷削减模型，得到所述预想状态的安全性指标；
在计算得到所述预想事故集的所有预想状态的安全性指标后，根据所有所述预想状态的安全性指标计算得到能源系统的安全性指标；
根据所述能源系统的安全性指标得到所述能源系统的安全性评估结果。
进一步的，所述目标函数为：
其中，其中
为燃煤机的运行费用，
为气井的运行费用，
为负荷削减的惩罚费
用，T为调度周期，t为调度周期的t时刻。
进一步的，所述电力系统约束包括线路潮流约束、节点功率平衡约束、线路容量约束、负荷削减约束和机组出力约束；所述天然气系统约束包括气体流量平衡约束、管道气流约束、节点气压约束、天然气产量约束和负荷削减约束；所述供热系统约束包括电锅炉输出约束、热源节点与热负荷节点的换热约束和热负荷削减约束；所述等式耦合约束以耦合元件表示。
进一步的，所述构建预想事故集，包括：
基于N-1准则构建考虑耦合元件故障、发电机故障、起源故障、电力线路故障和压缩机故障的预想事故集。
进一步的，所述预想状态的安全性指标包括：预想状态的供电不足量、预想状态的供气不足量、预想状态的供热不足量和预想状态的总能量不足量。
进一步的，所述能源系统的安全性指标包括：能源系统的供电不足期望、能源系统的供气不足期望、能源系统的供热不足期望、能源系统的总能量不足期望、能源系统的负荷削减频率和能源系统的负荷削减概率。
进一步的，所述根据所述能源系统的安全性指标得到所述能源系统的安全性评估结果，包括:
将所述能源系统的安全性指标与预设的安全性指标阈值区间进行比对，根据所述安全性指标阈值区间对应的安全等级，判断所述能源系统的安全等级。
本发明的一个实施例提供了一种能源系统的安全性评估装置，包括：
最优负荷削减模型构建模块，用于构建最优负荷削减模型，所述最优负荷削减模型包括目标函数和系统约束；
预想事故集构建模块，用于构建预想事故集，从所述预想事故集中选取一个预想状态；
预想状态安全性指标求解模块，用于基于混合整数线性规划方法求解所述最优负荷削减模型，得到所述预想状态的安全性指标；
能源系统安全性指标求解模块，用于在计算得到所述预想事故集的所有预想状态的安全性指标后，根据所有所述预想状态的安全性指标计算得到能源系统的安全性指标；
能源系统安全性评估模块，用于根据所述能源系统的安全性指标得到所述能源系统的安全性评估结果。
本发明的一个实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述的能源系统的安全性评估方法。
本发明实施例考虑了在能源系统中，能源耦合装置对气网、热网等能源子系统的影响，构建电力系统约束、天然气系统约束、供热系统约束和子系统间的等式耦合约束，根据构建的电力约束和目标函数构建最优负荷削减模型，以计算得到预想事故状态和能源系统的安全性指标，从而能够全面评估能源系统的安全性，有效提高能源系统安全性评估的准确性和可靠性。
进一步的，本发明实施例基于最优负荷削减模型和能源系统的运行特性，从N-1事故集和能源系统两个层面求解安全性指标，通过这两个层面的安全性指标能够表示每个事故集的安全等级和能源系统的负荷供应情况，从而能够有效提高能源系统的安全性评估准确性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种能源系统的安全性评估方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种能源系统的安全性评估方法的又一流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种能源系统的安全性评估装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
请参阅图1，本发明的一个实施例提供了一种能源系统的安全性评估方法，包括：
S1、构建最优负荷削减模型，最优负荷削减模型包括目标函数和系统约束，系统约束包括电力系统约束、天然气系统约束、供热系统约束和子系统间的等式耦合约束；
本发明实施例适用于能源系统，能源系统为电力系统、天然气系统和供热系统等多个子系统构成的综合能源系统，本发明实施例中的能源系统可以为省域能源系统。
为了使能源系统的总成本最小，即能源系统的生产成本和负荷削减成本最小，本发明实施例的最优负荷削减模型考虑能源供应优先级，从而能够有效提高安全性评估的准确性。
S2、构建预想事故集，从预想事故集中选取一个预想状态；
在本发明实施例中，可以将电力系统中的基于N-1准则的预想事故集构建方法拓展到本发明实施例的省域能源系统，基于多能流计算方法和灵敏度分析法等辨识系统薄弱环节，从而建立考虑耦合元件故障、发电机故障、气源故障、电力线路故障、压缩机故障的预想事故集，本发明实施例随机从预想事故集中选取一个预想状态计算安全性指标，在完成当前预想状态的安全性指标性计算后，随机选取下一个预想状态计算安全性指标，直至得到所有预想状态的安全性指标。
S3、基于混合整数线性规划方法求解最优负荷削减模型，得到预想状态的安全性指标；
在本发明实施例中，基于混合整数线性规划求解最优负荷削减模型，得到事故发生后未来一段时间内（24h）能源系统为满足运行约束，在采取包括源出力调整、变压器变比调整、压缩机变比调整等安全措施后，仍然需要削减的负荷量计算得到的需要削减的负荷量用于计算预想状态的安全性指标和能源系统的安全性指标。
S4、在计算得到预想事故集的所有预想状态的安全性指标后，根据所有预想状态的安全性指标计算得到能源系统的安全性指标；
S5、根据能源系统的安全性指标得到能源系统的安全性评估结果。
在本发明实施例中，在得到能源系统的安全性指标之后，根据预设的条件以及能源系统的安全性指标，得到能源系统的安全性评估结果。预设的条件可以为，根据能源系统的安全性指标所在安全性指标的阈值区间，判断能源系统的安全等级，其中不同的阈值区间对应不同安全等级。
本发明实施例考虑了能源系统的运行特性，以及在能源系统中，能源耦合装置对气网、热网等能源子系统的影响，构建电力系统约束、天然气系统约束、供热系统约束和子系统间的等式耦合约束，根据构建的电力约束和目标函数构建最优负荷削减模型，以计算得到预想事故状态和能源系统的安全性指标，从而能够全面评估能源系统的安全性，有效提高能源系统安全性评估的准确性和可靠性。本发明实施例能够应用于能源系统等具有多种耦合装置、复杂的拓扑结构和双向能量流的大规模能源系统中，具有重要的工程应用价值。
在一个实施例中，目标函数为：
其中，其中
为燃煤机的运行费用，
为气井的运行费用，
为负荷削减的惩罚
费用，T为调度周期，t为调度周期的t时刻。
在计算得到预想状态的安全性指标之后，还可以根据目标函数对每个预想状态的安全程度进行排序，以分析省域能源系统中不同元件发生故障后对系统运行安全产生的影响。
在本发明实施例中，目标函数可以具体定义为：
燃煤机的运行费用：
其中，a，b，c为燃煤机组费用系数,i为机组索引，
为机组在t时刻的功率输出。
气井的运行费用：
其中，
为单位燃气产气成本，p为气井索引，
为气井在t时刻的产气量。
负荷削减的惩罚费用：
其中，
、
、
分别为电、气、热负荷削减的单位成本，可以反应能源供应的优先
级，
、
、
分别为电、气、热负荷的集合，
、
、
分别为电、气、热负荷削减量，g、
w、m分别表示电、气、热负荷的索引。
在一个实施例中，电力系统约束包括线路潮流约束、节点功率平衡约束、线路容量约束、负荷削减约束和机组出力约束；天然气系统约束包括气体流量平衡约束、管道气流约束、节点气压约束、天然气产量约束和负荷削减约束；供热系统约束包括电锅炉输出约束、热源节点与热负荷节点的换热约束和热负荷削减约束；等式耦合约束以耦合元件表示。
在一个实施例中，构建预想事故集，包括：
基于N-1准则构建考虑耦合元件故障、发电机故障、起源故障、电力线路故障和压缩机故障的预想事故集。
在本发明实施例中，基于多能流计算方法和灵敏度分析法辨识系统薄弱环节，从而建立构建考虑耦合元件故障、发电机故障、起源故障、电力线路故障和压缩机故障的预想事故集，进而能够有效提高能源系统安全性评估的全面性和可靠性。
在一个实施例中，预想状态的安全性指标包括：预想状态的供电不足量、预想状态的供气不足量、预想状态的供热不足量和预想状态的总能量不足量。
在本发明实施例中，预想状态的供电不足量为：
其中，
为电负荷在t时刻的消减量。
预想状态的供气不足量为：
其中，
为气负荷在t时刻的消减量。
预想状态的供热不足量为：
其中，
为热负荷在t时刻的消减量。
预想状态的总能量不足量为：
在本发明实施例中，
，
是对气负荷削减的单位转换，将削减量统一用MWh表示，其中
是气负荷消减
量，LHV为天然气低热值，取值为37.26MJ/m3。
在本发明实施例中，根据预想状态的安全性指标用于对每个预想事故状态的安全程度进行定量评估，并将定量评估结果进行排序。
在一个实施例中，能源系统的安全性指标包括：能源系统的供电不足期望、能源系统的供气不足期望、能源系统的供热不足期望、能源系统的总能量不足期望、能源系统的负荷削减频率和能源系统的负荷削减概率。
在本发明实施例中，能源系统的供电不足期望为：
能源系统的供气不足期望为：
能源系统的供热不足期望为：
能源系统的总能量不足期望为:
能源系统的负荷削减频率为：
能源系统的负荷削减概率为：
在本发明实施例中，
和
分别表示预想事故集合和预想事故数量；
表示负
荷削减状态，在状态z的
个时段内若出现负荷削减其值为1，否则为0。
在本发明实施例中，能源系统的安全性指标用于评估能源系统的风险概率和安全程度，以风险概率和安全程度两方面对能源系统的安全性进行评估，从而能够有效提高安全性评估的全面性和可靠性。
在一个实施例中，根据能源系统的安全性指标得到能源系统的安全性评估结果，包括:
将能源系统的安全性指标与预设的安全性指标阈值区间进行比对，根据安全性指标阈值区间对应的安全等级，判断能源系统的安全等级。
请参阅图2，为本发明实施例提供了的一种能源系统的安全性评估方法的另一流程示意图。
实施本发明实施例，具有以下有益效果：
本发明实施例考虑了在能源系统中，能源耦合装置对气网、热网等能源子系统的影响，构建电力系统约束、天然气系统约束、供热系统约束和子系统间的等式耦合约束，根据构建的电力约束和目标函数构建最优负荷削减模型，以计算得到预想事故状态和能源系统的安全性指标，从而能够全面评估能源系统的安全性，有效提高能源系统安全性评估的准确性和可靠性。
进一步的，本发明实施例基于最优负荷削减模型和能源系统的运行特性，从N-1事故集和能源系统两层面求解安全性指标，通过这两层安全性指标能够表示每个事故集的安全等级和能源系统的负荷供应情况，从而能够有效提高能源系统的安全性评估准确性。
请参阅图3，本发明的一个实施例提供了一种能源系统的安全性评估装置，包括：
最优负荷削减模型构建模块10，用于构建最优负荷削减模型，最优负荷削减模型包括目标函数和系统约束；
预想事故集构建模块20，用于构建预想事故集，从预想事故集中选取一个预想状态；
预想状态安全性指标求解模块30，用于基于混合整数线性规划方法求解最优负荷削减模型，得到预想状态的安全性指标；
能源系统安全性指标求解模块40，用于在计算得到预想事故集的所有预想状态的安全性指标后，根据所有预想状态的安全性指标计算得到能源系统的安全性指标；
能源系统安全性评估模块50，用于根据能源系统的安全性指标得到能源系统的安全性评估结果。
在一个实施例中，目标函数为：
其中，其中
为燃煤机的运行费用，
为气井的运行费用，
为负荷削减的惩罚
费用，T为调度周期，t为调度周期的t时刻。
在一个实施例中，电力系统约束包括线路潮流约束、节点功率平衡约束、线路容量约束、负荷削减约束和机组出力约束；天然气系统约束包括气体流量平衡约束、管道气流约束、节点气压约束、天然气产量约束和负荷削减约束；供热系统约束包括电锅炉输出约束、热源节点与热负荷节点的换热约束和热负荷削减约束；等式耦合约束以耦合元件表示。
在一个实施例中，预想事故集构建模块20还用于：
基于N-1准则构建考虑耦合元件故障、发电机故障、起源故障、电力线路故障和压缩机故障的预想事故集。
在一个实施例中，预想状态的安全性指标包括：预想状态的供电不足量、预想状态的供气不足量、预想状态的供热不足量和预想状态的总能量不足量。
在一个实施例中，能源系统的安全性指标包括：能源系统的供电不足期望、能源系统的供气不足期望、能源系统的供热不足期望、能源系统的总能量不足期望、能源系统的负荷削减频率和能源系统的负荷削减概率。
在一个实施例中，能源系统安全性评估50模块还用于:
将能源系统的安全性指标与预设的安全性指标阈值区间进行比对，根据安全性指标阈值区间对应的安全等级，判断能源系统的安全等级。
本发明的一个实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行如上述的能源系统的安全性评估方法。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种能源系统的安全性评估方法，其特征在于，包括：
构建最优负荷削减模型，所述最优负荷削减模型包括目标函数和系统约束，所述系统约束包括电力系统约束、天然气系统约束、供热系统约束和子系统间的等式耦合约束；
构建预想事故集，从所述预想事故集中选取一个预想状态；
基于混合整数线性规划方法求解所述最优负荷削减模型，得到所述预想状态的安全性指标；
在计算得到所述预想事故集的所有预想状态的安全性指标后，根据所有所述预想状态的安全性指标计算得到能源系统的安全性指标；
根据所述能源系统的安全性指标得到所述能源系统的安全性评估结果。
2.如权利要求1所述的能源系统的安全性评估方法，其特征在于，所述目标函数为：
其中，其中
为燃煤机的运行费用，
为气井的运行费用，
为负荷削减的惩罚费
用，T为调度周期，t为调度周期的t时刻。
3.如权利要求1所述的能源系统的安全性评估方法，其特征在于，所述电力系统约束包括线路潮流约束、节点功率平衡约束、线路容量约束、负荷削减约束和机组出力约束；所述天然气系统约束包括气体流量平衡约束、管道气流约束、节点气压约束、天然气产量约束和负荷削减约束；所述供热系统约束包括电锅炉输出约束、热源节点与热负荷节点的换热约束和热负荷削减约束；所述等式耦合约束以耦合元件表示。
4.如权利要求1所述的能源系统的安全性评估方法，其特征在于，所述构建预想事故集，包括：
基于N-1准则构建考虑耦合元件故障、发电机故障、起源故障、电力线路故障和压缩机故障的预想事故集。
5.如权利要求1所述的能源系统的安全性评估方法，其特征在于，所述预想状态的安全性指标包括：预想状态的供电不足量、预想状态的供气不足量、预想状态的供热不足量和预想状态的总能量不足量。
6.如权利要求1所述的能源系统的安全性评估方法，其特征在于，所述能源系统的安全性指标包括：能源系统的供电不足期望、能源系统的供气不足期望、能源系统的供热不足期望、能源系统的总能量不足期望、能源系统的负荷削减频率和能源系统的负荷削减概率。
7.如权利要求1所述的能源系统的安全性评估方法，其特征在于，所述根据所述能源系统的安全性指标得到所述能源系统的安全性评估结果，包括:
将所述能源系统的安全性指标与预设的安全性指标阈值区间进行比对，根据所述安全性指标阈值区间对应的安全等级，判断所述能源系统的安全等级。
8.一种能源系统的安全性评估装置，其特征在于，包括：
最优负荷削减模型构建模块，用于构建最优负荷削减模型，所述最优负荷削减模型包括目标函数和系统约束；
预想事故集构建模块，用于构建预想事故集，从所述预想事故集中选取一个预想状态；
预想状态安全性指标求解模块，用于基于混合整数线性规划方法求解所述最优负荷削减模型，得到所述预想状态的安全性指标；
能源系统安全性指标求解模块，用于在计算得到所述预想事故集的所有预想状态的安全性指标后，根据所有所述预想状态的安全性指标计算得到能源系统的安全性指标；
能源系统安全性评估模块，用于根据所述能源系统的安全性指标得到所述能源系统的安全性评估结果。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至7中任意一项所述的能源系统的安全性评估方法。
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| CN202211270290.2A Pending CN115345386A (zh) | 2022-10-18 | 2022-10-18 | 一种能源系统的安全性评估方法、装置及存储介质 |
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2022
- 2022-10-18 CN CN202211270290.2A patent/CN115345386A/zh active Pending
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