CN115510618A - 计及元件重要度辨识的电气耦合系统两阶段韧性恢复方法 - Google Patents

计及元件重要度辨识的电气耦合系统两阶段韧性恢复方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115510618A
CN115510618A CN202211054556.XA CN202211054556A CN115510618A CN 115510618 A CN115510618 A CN 115510618A CN 202211054556 A CN202211054556 A CN 202211054556A CN 115510618 A CN115510618 A CN 115510618A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
electric
coupling system
network
recovery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211054556.XA
Other languages
English (en)
Inventor
徐巍峰
余彬
付冠华
罗曼
秦波
周建国
朱小炜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Power Supply Co of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Zhejiang Zhongxin Electric Power Engineering Construction Co Ltd
Original Assignee
Hangzhou Power Supply Co of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Zhejiang Zhongxin Electric Power Engineering Construction Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Power Supply Co of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd, Zhejiang Zhongxin Electric Power Engineering Construction Co Ltd filed Critical Hangzhou Power Supply Co of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Priority to CN202211054556.XA priority Critical patent/CN115510618A/zh
Publication of CN115510618A publication Critical patent/CN115510618A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/063—Operations research, analysis or management
    • G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
    • G06Q10/06312—Adjustment or analysis of established resource schedule, e.g. resource or task levelling, or dynamic rescheduling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/001—Methods to deal with contingencies, e.g. abnormalities, faults or failures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Economics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明公开了一种计及元件重要度辨识的电‑气耦合系统阶段韧性恢复方法。方法包括：根据每个元件移除后的电‑气耦合系统的系统功能水平获得各个元件的重要度指标；在考虑加固约束的情况下，在事前阶段对各个重要元件加固；在事后阶段获取电‑气耦合系统的待恢复负荷数据输入电‑气耦合系统韧性恢复优化模型中，输出待恢复元件集合的恢复决策变量，根据恢复决策变量进行韧性恢复，最终实现电‑气耦合系统两阶段的元件加固和韧性恢复。本发明方法可以在事前阶段和事后阶段指导快速有效地实现电‑气耦合系统的系统供能恢复，快速恢复极端事件发生后的电力负荷和天然气负荷，从而有效提升电‑气耦合系统整体的韧性水平。

Description

计及元件重要度辨识的电气耦合系统两阶段韧性恢复方法
技术领域
本发明涉及了一种电-气耦合系统阶段韧性恢复方法，具体涉及一种计及元件重要度辨识的电-气耦合系统阶段韧性恢复方法。
背景技术
近年来，随着天然气发电装机容量的不断增大和电转气技术的逐渐成熟，电力系统和天然气系统的耦合程度日益增强。两个系统的紧密耦合在带来经济效益的同时，也可能会增加故障大范围传播的风险，甚至导致整个电-气耦合系统的崩溃。因此，针对电-气耦合系统大范围能源供应中断情况，快速有效的恢复策略对于减小经济损失、提高系统韧性能力具有重要意义。
现有研究均针对电力系统独立运行场景，忽略了天然气系统和电力系统之间的耦合特性对恢复策略的影响。一方面，电-气耦合系统的韧性研究不仅需要考虑电力系统的恢复过程，还需要考虑天然气系统的恢复过程，如何基于两个系统的不同物理特性建立统一的韧性恢复框架是一个重点和难点；另一方面，电力系统和天然气系统之间的恢复过程需要协调，耦合设备的恢复决策不仅取决于自身所在系统，还取决于耦合系统，这将比单一能源系统的恢复决策问题更加复杂。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种计及元件重要度辨识的电-气耦合系统阶段韧性恢复方法。
本发明采用的技术方案是：
本发明电气耦合系统两阶段韧性恢复方法包括如下步骤：
1)建立包括若干元件的电-气耦合系统，获取电-气耦合系统中每个元件移除后的电-气耦合系统的系统功能水平，根据每个元件移除后的电-气耦合系统的系统功能水平获得电-气耦合系统中各个元件的重要度指标。
2)根据电-气耦合系统中各个元件的重要度指标，在考虑加固约束的情况下，选取各个元件中的若干元件作为重要元件，在电-气耦合系统遭遇极端事件前的事前阶段对各个重要元件进行加固。
3)在考虑电气耦合恢复优化约束的情况下，建立电-气耦合系统的韧性恢复优化模型；将电-气耦合系统中的各个元件中除了各个重要元件的其它若干元件构成待恢复元件集合，在电-气耦合系统遭遇极端事件后的事后阶段获取电-气耦合系统的待恢复负荷数据，将电-气耦合系统的待恢复负荷数据输入电-气耦合系统韧性恢复优化模型中，电-气耦合系统韧性恢复优化模型输出待恢复元件集合的恢复决策变量，根据恢复决策变量移除待恢复元件集合中的若干元件，使得电气耦合系统实现韧性恢复，最终实现电-气耦合系统两阶段的元件加固和韧性恢复。
所述的步骤1)中，电-气耦合系统包括电力网络和天然气网络，电力网络包括若干电节点、发电机组、变电站和电负荷设备，各个电节点之间通过各个输电线路相连接，各个发电机组、变电站和电负荷设备位于各自的电节点上，各个发电机组包括燃气机组和非燃气机组，非燃气机组具体为燃煤机组、核电机组或水电机组等；各个电负荷设备包括消耗常规电负荷的电负荷设备和消耗转气负荷的电负荷设备，常规电负荷用于与天然气网络无关的电负荷设备的正常工作。
天然气网络包括若干气节点、气源设备、压缩机设备和气负荷设备，各个气节点之间通过各个输气管道相连接，各个气源设备和气负荷设备位于各自的气节点上，各个气源设备包括常规气源和电转气设备，各个气负荷设备包括消耗常规气负荷的气负荷设备和消耗转电负荷的气负荷设备，常规气负荷用于与电力网络无关的气负荷设备的正常工作；天然气网络中还包括若干压缩机支路，每条压缩机支路的两端分别连接一个气节点，每条压缩机支路上均设有压缩机设备。
电力网络中的各个燃气机组所在的电节点分别连接天然气网络中的各个消耗转电负荷的气负荷设备所在的气节点；天然气网络中的各个电转气设备所在的气节点分别连接电力网络中的消耗转气负荷的电负荷设备所在的电节点。
所述的电-气耦合系统中的各个元件包括电力网络中的各个输电线路以及天然气网络中的各个输气管道和压缩机支路。
电-气耦合系统中的电力-天然气相互依赖环节包括燃气机组依赖链接和电转气设备依赖链接，燃气机组依赖链接是指燃气机组在电力网络中所在的电节点与在天然气网络中所在的气节点之间的链接；电转气设备依赖链接是指电转气设备在电力网络中所在的电节点与在天然气网络中所在的气节点之间的链接。燃气机组发电所消耗的天然气燃料依赖于与天然气网络的气节点；电转气设备维持正常工作所需要的电力负荷依赖于电力网络中的电节点。
所述的步骤1)中，获取电-气耦合系统中的每个元件移除后的电-气耦合系统的系统功能水平，根据每个元件移除后的电-气耦合系统的系统功能水平获得电-气耦合系统中各个元件的重要度指标，具体如下：
Figure BDA0003824441690000031
其中，LOR(ξ)表示电-气耦合系统中的元件ξ的重要度指标；t1和te分别表示电-气耦合系统中元件ξ的韧性恢复过程的起始时刻和终止时刻；
Figure BDA0003824441690000032
表示时刻t电-气耦合系统的期望系统功能水平，系统功能水平即电-气耦合系统在时刻t已恢复的负荷水平；
Figure BDA0003824441690000033
表示时刻t电-气耦合系统的系统功能水平；
Figure BDA0003824441690000034
表示时刻t电-气耦合系统中的元件ξ移除后的电-气耦合系统的系统功能水平。
所述的步骤2)中，加固约束具体如下：
Figure BDA0003824441690000035
其中，Γ表示电-气耦合系统中的被加固元件的总数量，χξ表示电-气耦合系统中的元件ξ的加固决策变量，若元件ξ被加固，则加固决策变量χξ＝1，否则χξ＝0；H为预设加固元件数量。
根据电-气耦合系统中各个元件的重要度指标，在考虑加固约束的情况下，选取各个元件中的若干元件作为重要元件，在电-气耦合系统遭遇极端事件前的事前阶段对各个重要元件进行加固，具体为将电-气耦合系统中各个元件的重要度指标按照数值大小从大到小排序，在考虑加固约束的情况下，确定电-气耦合系统中的被加固元件的总数量Γ，选取排序的前Γ个重要度指标各自的元件作为重要元件进行加固；当电-气耦合系统中元件的总个数大于等于预设加固元件数量H时，电-气耦合系统中的被加固元件的总数量Γ等于预设加固元件数量H。
所有被加固的元件在极端事件发生后，不会被严重破坏，能够被恢复至正常运行状态，从而最大程度地减小由于元件移除造成的韧性损失。
所述的步骤3)中，在考虑电气耦合恢复优化约束的情况下，建立的电-气耦合系统的韧性恢复优化模型，具体如下：
Figure BDA0003824441690000036
Figure BDA0003824441690000037
Figure BDA0003824441690000038
Figure BDA0003824441690000039
其中，R表示电-气耦合系统的系统韧性指标，T表示事后阶段的持续时间，将事后阶段的持续时间T划分为若干时段，NT表示事后阶段的持续时间T划分的时段总数；
Figure BDA00038244416900000310
和
Figure BDA00038244416900000311
分别表示时刻t的电力网络功能水平和天然气网络功能水平，υ表示权重系数；Ve和Vg分别表示电力网络的电节点集合和天然气网络的气节点的集合；
Figure BDA0003824441690000041
和
Figure BDA0003824441690000042
分别表示电力网络的电节点i和天然气网络的气节点j在时刻t的工作状态变量，若电力网络的电节点i或天然气网络的气节点j在时刻t的工作状态已恢复，则电力网络的电节点i或天然气网络的气节点j在时刻t的工作状态变量
Figure BDA0003824441690000043
或
Figure BDA0003824441690000044
等于1，否则等于0；τe,i和
Figure BDA0003824441690000045
分别表示电力网络的电节点i上的切负荷代价系数和待恢复负荷大小；τg,j和
Figure BDA0003824441690000046
分别表示天然气网络的气节点j上的切负荷代价系数和待恢复负荷大小，二者的乘积表示该节点上的负荷价值；代价具体为消耗的电量或天然气量的相关量。
电气耦合恢复优化约束具体如下：
Figure BDA0003824441690000047
Figure BDA0003824441690000048
Figure BDA0003824441690000049
Figure BDA00038244416900000410
Figure BDA00038244416900000411
Figure BDA00038244416900000412
Figure BDA00038244416900000413
Figure BDA00038244416900000414
Figure BDA00038244416900000415
其中，
Figure BDA00038244416900000416
和
Figure BDA00038244416900000417
分别表示电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p和压缩机支路c在t时段内的恢复决策变量，若电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在t时段内的工作状态已恢复，则电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在t时段内的恢复决策变量等于1，否则等于0，当电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在t时段内的恢复决策变量等于0时，电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在电-气耦合系统中被移除；Er表示被移除元件集合，被移除元件集合包含在待恢复元件集合内；
Figure BDA00038244416900000418
和
Figure BDA00038244416900000419
分别表示电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p和压缩机支路c在时刻t的工作状态变量，若电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在时刻t的工作状态已恢复，则电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在时刻t的工作状态变量等于1，否则等于0；
Figure BDA00038244416900000420
和
Figure BDA00038244416900000421
分别表示电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p和压缩机支路c在m时段内的恢复决策变量，若电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在m时段内的工作状态已恢复，则电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在m时段内的恢复决策变量等于1，否则等于0，当电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在m时段内的恢复决策变量等于0时，电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在电-气耦合系统中被移除；Eline、Epipe和Ecom分别表示所有电力网络中所有电力线路的集合、天然气网络中所有输气管道的集合和压缩机支路的集合；ηgfu,i表示电力网络的电节点i上的燃气机组的能源转化系数；
Figure BDA0003824441690000051
表示t时段内天然气网络的气节点j上的消耗转电负荷的气负荷设备的气转电负荷产出量；ρ表示天然气的热值；
Figure BDA0003824441690000052
表示t时段内电力网络的电节点i上的燃气机组的发电功率，
Figure BDA0003824441690000053
和
Figure BDA0003824441690000054
分别表示t时段内电力网络的电节点i上的燃气机组的发电功率的上限和下限；
Figure BDA0003824441690000055
表示电力网络的电节点i上的燃气机组在时刻t的工作状态变量，若电力网络的电节点i上的燃气机组在时刻t的韧性已恢复，则电力网络的电节点i上的燃气机组在时刻t的工作状态变量
Figure BDA0003824441690000056
等于1，否则等于0；
Figure BDA0003824441690000057
表示天然气网络的气节点j上的消耗转电负荷的气负荷设备的气转电负荷上限。
所述的步骤3)中，在电-气耦合系统遭遇极端事件后的事后阶段获取电-气耦合系统的待恢复负荷数据，所述的电-气耦合系统的待恢复负荷数据包括电力网络的电节点i上的待恢复负荷大小
Figure BDA0003824441690000058
以及天然气网络的气节点j上的待恢复负荷大小
Figure BDA0003824441690000059
将电-气耦合系统的待恢复负荷数据输入电-气耦合系统韧性恢复优化模型中，电-气耦合系统韧性恢复优化模型输出待恢复元件集合的恢复决策变量，所述的待恢复元件集合的恢复决策变量包括电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p和压缩机支路c在t时段内的恢复决策变量
Figure BDA00038244416900000510
和
Figure BDA00038244416900000511
根据恢复决策变量确定待恢复元件集合中的元件的移除策略，即确定移除待恢复元件集合中的若干元件，使得电气耦合系统实现韧性恢复，恢复重要度高的原件后可加快电气耦合系统的韧性恢复，最终实现电-气耦合系统两阶段的加固和韧性恢复，即事前阶段的元件加固和事后阶段元件韧性恢复。
对电-气耦合系统韧性进行极端事件仿真，通过期望损失韧性指标评估本发明方法下的电-气耦合系统抵御极端事件的韧性能力，具体如下：
Figure BDA00038244416900000512
其中，ELOR表示期望损失韧性指标；ns表示总仿真次数；
Figure BDA0003824441690000061
表示在第σ次极端事件仿真下的被移除元件集合；
Figure BDA0003824441690000062
为在第σ次极端事件仿真下的待恢复元件集合
Figure BDA0003824441690000063
的韧性损失值。
本发明的有益效果是：
在遭遇极端事件造成的灾害的情况下，电力网络与天然气网络紧密耦合的电-气耦合系统产生大范围能源供应的中断，本发明能够得到电-气耦合系统在事前阶段的元件加固结果和事后阶段的元件韧性恢复结果，从而指导电力线路和天然气管道的加固和恢复，可以在事前阶段和事后阶段快速有效地实现电-气耦合系统的系统供能恢复，快速恢复极端事件发生后的电力负荷和天然气负荷，从而有效提升电-气耦合系统整体的韧性水平，对于提供系统韧性能力具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的电-气耦合系统的实施例结构示意图；
图2是本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图2所示，本发明电气耦合系统两阶段韧性恢复方法包括如下步骤：
1)建立包括若干元件的电-气耦合系统，获取电-气耦合系统中每个元件移除后的电-气耦合系统的系统功能水平，根据每个元件移除后的电-气耦合系统的系统功能水平获得电-气耦合系统中各个元件的重要度指标。
步骤1)中，电-气耦合系统包括电力网络和天然气网络，电力网络包括若干电节点、发电机组、变电站和电负荷设备，各个电节点之间通过各个输电线路相连接，各个发电机组、变电站和电负荷设备位于各自的电节点上，各个发电机组包括燃气机组和非燃气机组，非燃气机组具体为燃煤机组、核电机组或水电机组等；各个电负荷设备包括消耗常规电负荷的电负荷设备和消耗转气负荷的电负荷设备，常规电负荷用于与天然气网络无关的电负荷设备的正常工作。
天然气网络包括若干气节点、气源设备、压缩机设备和气负荷设备，各个气节点之间通过各个输气管道相连接，各个气源设备和气负荷设备位于各自的气节点上，各个气源设备包括常规气源和电转气设备，各个气负荷设备包括消耗常规气负荷的气负荷设备和消耗转电负荷的气负荷设备，常规气负荷用于与电力网络无关的气负荷设备的正常工作；天然气网络中还包括若干压缩机支路，每条压缩机支路的两端分别连接一个气节点，每条压缩机支路上均设有压缩机设备。
电力网络中的各个燃气机组所在的电节点分别连接天然气网络中的各个消耗转电负荷的气负荷设备所在的气节点；天然气网络中的各个电转气设备所在的气节点分别连接电力网络中的消耗转气负荷的电负荷设备所在的电节点。
电-气耦合系统中的各个元件包括电力网络中的各个输电线路以及天然气网络中的各个输气管道和压缩机支路。
电-气耦合系统中的电力-天然气相互依赖环节包括燃气机组依赖链接和电转气设备依赖链接，燃气机组依赖链接是指燃气机组在电力网络中所在的电节点与在天然气网络中所在的气节点之间的链接；电转气设备依赖链接是指电转气设备在电力网络中所在的电节点与在天然气网络中所在的气节点之间的链接。燃气机组发电所消耗的天然气燃料依赖于与天然气网络的气节点；电转气设备维持正常工作所需要的电力负荷依赖于电力网络中的电节点。
步骤1)中，获取电-气耦合系统中的每个元件移除后的电-气耦合系统的系统功能水平，根据每个元件移除后的电-气耦合系统的系统功能水平获得电-气耦合系统中各个元件的重要度指标，具体如下：
Figure BDA0003824441690000071
其中，LOR(ξ)表示电-气耦合系统中的元件ξ的重要度指标；t1和te分别表示电-气耦合系统中元件ξ的韧性恢复过程的起始时刻和终止时刻；
Figure BDA0003824441690000072
表示时刻t电-气耦合系统的期望系统功能水平，系统功能水平即电-气耦合系统在时刻t已恢复的负荷水平；
Figure BDA0003824441690000073
表示时刻t电-气耦合系统的系统功能水平；
Figure BDA0003824441690000074
表示时刻t电-气耦合系统中的元件ξ移除后的电-气耦合系统的系统功能水平。
2)根据电-气耦合系统中各个元件的重要度指标，在考虑加固约束的情况下，选取各个元件中的若干元件作为重要元件，在电-气耦合系统遭遇极端事件前的事前阶段对各个重要元件进行加固。
步骤2)中，加固约束具体如下：
Figure BDA0003824441690000075
其中，Γ表示电-气耦合系统中的被加固元件的总数量，χξ表示电-气耦合系统中的元件ξ的加固决策变量，若元件ξ被加固，则加固决策变量χξ＝1，否则χξ＝0；H为预设加固元件数量。
根据电-气耦合系统中各个元件的重要度指标，在考虑加固约束的情况下，选取各个元件中的若干元件作为重要元件，在电-气耦合系统遭遇极端事件前的事前阶段对各个重要元件进行加固，具体为将电-气耦合系统中各个元件的重要度指标按照数值大小从大到小排序，在考虑加固约束的情况下，确定电-气耦合系统中的被加固元件的总数量Γ，选取排序的前Γ个重要度指标各自的元件作为重要元件进行加固；当电-气耦合系统中元件的总个数大于等于预设加固元件数量H时，电-气耦合系统中的被加固元件的总数量Γ等于预设加固元件数量H。
所有被加固的元件在极端事件发生后，不会被严重破坏，能够被恢复至正常运行状态，从而最大程度地减小由于元件移除造成的韧性损失。
3)在考虑电气耦合恢复优化约束的情况下，建立电-气耦合系统的韧性恢复优化模型；将电-气耦合系统中的各个元件中除了各个重要元件的其它若干元件构成待恢复元件集合，在电-气耦合系统遭遇极端事件后的事后阶段获取电-气耦合系统的待恢复负荷数据，将电-气耦合系统的待恢复负荷数据输入电-气耦合系统韧性恢复优化模型中，电-气耦合系统韧性恢复优化模型输出待恢复元件集合的恢复决策变量，根据恢复决策变量移除待恢复元件集合中的若干元件，使得电气耦合系统实现韧性恢复，最终实现电-气耦合系统两阶段的元件加固和韧性恢复。
步骤3)中，在考虑电气耦合恢复优化约束的情况下，建立的电-气耦合系统的韧性恢复优化模型，具体如下：
Figure BDA0003824441690000081
Figure BDA0003824441690000082
Figure BDA0003824441690000083
Figure BDA0003824441690000084
其中，R表示电-气耦合系统的系统韧性指标，T表示事后阶段的持续时间，将事后阶段的持续时间T划分为若干时段，NT表示事后阶段的持续时间T划分的时段总数；
Figure BDA0003824441690000085
和
Figure BDA0003824441690000086
分别表示时刻t的电力网络功能水平和天然气网络功能水平，υ表示权重系数；Ve和Vg分别表示电力网络的电节点集合和天然气网络的气节点的集合；
Figure BDA0003824441690000087
和
Figure BDA0003824441690000088
分别表示电力网络的电节点i和天然气网络的气节点j在时刻t的工作状态变量，若电力网络的电节点i或天然气网络的气节点j在时刻t的工作状态已恢复，则电力网络的电节点i或天然气网络的气节点j在时刻t的工作状态变量
Figure BDA0003824441690000089
或
Figure BDA00038244416900000810
等于1，否则等于0；τe,i和
Figure BDA00038244416900000811
分别表示电力网络的电节点i上的切负荷代价系数和待恢复负荷大小；τg,j和
Figure BDA00038244416900000812
分别表示天然气网络的气节点j上的切负荷代价系数和待恢复负荷大小，二者的乘积表示该节点上的负荷价值；代价具体为消耗的电量或天然气量的相关量。
电气耦合恢复优化约束具体如下：
Figure BDA0003824441690000091
Figure BDA0003824441690000092
Figure BDA0003824441690000093
Figure BDA0003824441690000094
Figure BDA0003824441690000095
Figure BDA0003824441690000096
Figure BDA0003824441690000097
Figure BDA0003824441690000098
Figure BDA0003824441690000099
其中，
Figure BDA00038244416900000910
和
Figure BDA00038244416900000911
分别表示电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p和压缩机支路c在t时段内的恢复决策变量，若电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在t时段内的工作状态已恢复，则电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在t时段内的恢复决策变量等于1，否则等于0，当电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在t时段内的恢复决策变量等于0时，电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在电-气耦合系统中被移除；Er表示被移除元件集合，被移除元件集合包含在待恢复元件集合内；
Figure BDA00038244416900000912
和
Figure BDA00038244416900000913
分别表示电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p和压缩机支路c在时刻t的工作状态变量，若电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在时刻t的工作状态已恢复，则电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在时刻t的工作状态变量等于1，否则等于0；
Figure BDA00038244416900000914
和
Figure BDA00038244416900000915
分别表示电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p和压缩机支路c在m时段内的恢复决策变量，若电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在m时段内的工作状态已恢复，则电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在m时段内的恢复决策变量等于1，否则等于0，当电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在m时段内的恢复决策变量等于0时，电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在电-气耦合系统中被移除；Eline、Epipe和Ecom分别表示所有电力网络中所有电力线路的集合、天然气网络中所有输气管道的集合和压缩机支路的集合；ηgfu,i表示电力网络的电节点i上的燃气机组的能源转化系数；
Figure BDA0003824441690000101
表示t时段内天然气网络的气节点j上的消耗转电负荷的气负荷设备的气转电负荷产出量；ρ表示天然气的热值；
Figure BDA0003824441690000102
表示t时段内电力网络的电节点i上的燃气机组的发电功率，
Figure BDA0003824441690000103
和
Figure BDA0003824441690000104
分别表示t时段内电力网络的电节点i上的燃气机组的发电功率的上限和下限；
Figure BDA0003824441690000105
表示电力网络的电节点i上的燃气机组在时刻t的工作状态变量，若电力网络的电节点i上的燃气机组在时刻t的韧性已恢复，则电力网络的电节点i上的燃气机组在时刻t的工作状态变量
Figure BDA0003824441690000106
等于1，否则等于0；
Figure BDA0003824441690000107
表示天然气网络的气节点j上的消耗转电负荷的气负荷设备的气转电负荷上限。
步骤3)中，在电-气耦合系统遭遇极端事件后的事后阶段获取电-气耦合系统的待恢复负荷数据，电-气耦合系统的待恢复负荷数据包括电力网络的电节点i上的待恢复负荷大小
Figure BDA0003824441690000108
以及天然气网络的气节点j上的待恢复负荷大小
Figure BDA0003824441690000109
将电-气耦合系统的待恢复负荷数据输入电-气耦合系统韧性恢复优化模型中，电-气耦合系统韧性恢复优化模型输出待恢复元件集合的恢复决策变量，待恢复元件集合的恢复决策变量包括电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p和压缩机支路c在t时段内的恢复决策变量
Figure BDA00038244416900001010
和
Figure BDA00038244416900001011
根据恢复决策变量确定待恢复元件集合中的元件的移除策略，即确定移除待恢复元件集合中的若干元件，使得电气耦合系统实现韧性恢复，恢复重要度高的原件后可加快电气耦合系统的韧性恢复，最终实现电-气耦合系统两阶段的加固和韧性恢复，即事前阶段的元件加固和事后阶段元件韧性恢复。
对电-气耦合系统韧性进行极端事件仿真，通过期望损失韧性指标评估本发明方法下的电-气耦合系统抵御极端事件的韧性能力，具体如下：
Figure BDA00038244416900001012
其中，ELOR表示期望损失韧性指标；ns表示总仿真次数；
Figure BDA00038244416900001013
表示在第σ次极端事件仿真下的被移除元件集合；
Figure BDA00038244416900001014
为在第σ次极端事件仿真下的待恢复元件集合
Figure BDA00038244416900001015
的韧性损失值。
按照本发明方法实施的具体实施例如下：
如图1所示，以IEEE30节点电力系统和比利时20节点天然气系统组成的电-气耦合系统为例，结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施。
1)元件重要度辨识
首先辨识出每个元件在系统中的重要程度，从而指导事前阶段重要元件加固策略。利用本发明提出的电-气耦合系统韧性恢复优化模型，可以求解得到理想恢复过程和各元件移除后的实际恢复过程，基于此辨识出各元件的重要度LOR(ξ)，其中压缩机支路重要度较低，未列入表格。
Figure BDA0003824441690000111
2)韧性恢复策略评估结果
进一步将本方法提出的计及元件重要度辨识的电-气耦合系统阶段韧性恢复方法与传统方法进行对比，传统方法通常只考虑在事后阶段进行恢复，并且恢复时不考虑各个元件恢复的优先级，对比结果如下表所示。
Figure BDA0003824441690000112
从上表可以看出，本方法与传统方法相比，在极端事件导致的被移除的元件个数不同的各种场景下，期望损失韧性指标均更低，从而说明本方法可以降低极端天气影响下电气耦合系统的韧性损失。

Claims (6)

1.一种计及元件重要度辨识的电气耦合系统两阶段韧性恢复方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)建立包括若干元件的电-气耦合系统，获取电-气耦合系统中每个元件移除后的电-气耦合系统的系统功能水平，根据每个元件移除后的电-气耦合系统的系统功能水平获得电-气耦合系统中各个元件的重要度指标；
2)根据电-气耦合系统中各个元件的重要度指标，在考虑加固约束的情况下，选取各个元件中的若干元件作为重要元件，在电-气耦合系统遭遇极端事件前的事前阶段对各个重要元件进行加固；
3)在考虑电气耦合恢复优化约束的情况下，建立电-气耦合系统的韧性恢复优化模型；将电-气耦合系统中的各个元件中除了各个重要元件的其它若干元件构成待恢复元件集合，在电-气耦合系统遭遇极端事件后的事后阶段获取电-气耦合系统的待恢复负荷数据，将电-气耦合系统的待恢复负荷数据输入电-气耦合系统韧性恢复优化模型中，电-气耦合系统韧性恢复优化模型输出待恢复元件集合的恢复决策变量，根据恢复决策变量移除待恢复元件集合中的若干元件，使得电气耦合系统实现韧性恢复，最终实现电-气耦合系统两阶段的元件加固和韧性恢复。
2.根据权利要求1所述的一种计及元件重要度辨识的电气耦合系统两阶段韧性恢复方法，其特征在于：所述的步骤1)中，电-气耦合系统包括电力网络和天然气网络，电力网络包括若干电节点、发电机组、变电站和电负荷设备，各个电节点之间通过各个输电线路相连接，各个发电机组、变电站和电负荷设备位于各自的电节点上，各个发电机组包括燃气机组和非燃气机组，各个电负荷设备包括消耗电负荷的电负荷设备和消耗转气负荷的电负荷设备；
天然气网络包括若干气节点、气源设备、压缩机设备和气负荷设备，各个气节点之间通过各个输气管道相连接，各个气源设备和气负荷设备位于各自的气节点上，各个气源设备包括气源和电转气设备，各个气负荷设备包括消耗气负荷的气负荷设备和消耗转电负荷的气负荷设备；天然气网络中还包括若干压缩机支路，每条压缩机支路的两端分别连接一个气节点，每条压缩机支路上均设有压缩机设备；
电力网络中的各个燃气机组所在的电节点分别连接天然气网络中的各个消耗转电负荷的气负荷设备所在的气节点；天然气网络中的各个电转气设备所在的气节点分别连接电力网络中的消耗转气负荷的电负荷设备所在的电节点；
所述的电-气耦合系统中的各个元件包括电力网络中的各个输电线路以及天然气网络中的各个输气管道和压缩机支路。
3.根据权利要求2所述的一种计及元件重要度辨识的电气耦合系统两阶段韧性恢复方法，其特征在于：所述的步骤1)中，获取电-气耦合系统中的每个元件移除后的电-气耦合系统的系统功能水平，根据每个元件移除后的电-气耦合系统的系统功能水平获得电-气耦合系统中各个元件的重要度指标，具体如下：
Figure FDA0003824441680000021
其中，LOR(ξ)表示电-气耦合系统中的元件ξ的重要度指标；t1和te分别表示电-气耦合系统中元件ξ的韧性恢复过程的起始时刻和终止时刻；
Figure FDA0003824441680000022
表示时刻t电-气耦合系统的期望系统功能水平，系统功能水平即电-气耦合系统在时刻t已恢复的负荷水平；
Figure FDA0003824441680000023
表示时刻t电-气耦合系统的系统功能水平；
Figure FDA0003824441680000024
表示时刻t电-气耦合系统中的元件ξ移除后的电-气耦合系统的系统功能水平。
4.根据权利要求2所述的一种计及元件重要度辨识的电气耦合系统两阶段韧性恢复方法，其特征在于：所述的步骤2)中，加固约束具体如下：
Figure FDA0003824441680000025
其中，Γ表示电-气耦合系统中的被加固元件的总数量，χξ表示电-气耦合系统中的元件ξ的加固决策变量，若元件ξ被加固，则加固决策变量χξ＝1，否则χξ＝0；H为预设加固元件数量；
根据电-气耦合系统中各个元件的重要度指标，在考虑加固约束的情况下，选取各个元件中的若干元件作为重要元件，在电-气耦合系统遭遇极端事件前的事前阶段对各个重要元件进行加固，具体为将电-气耦合系统中各个元件的重要度指标按照数值大小从大到小排序，在考虑加固约束的情况下，确定电-气耦合系统中的被加固元件的总数量Γ，选取排序的前Γ个重要度指标各自的元件作为重要元件进行加固。
5.根据权利要求2所述的一种计及元件重要度辨识的电气耦合系统两阶段韧性恢复方法，其特征在于：所述的步骤3)中，在考虑电气耦合恢复优化约束的情况下，建立的电-气耦合系统的韧性恢复优化模型，具体如下：
Figure FDA0003824441680000026
Figure FDA0003824441680000027
Figure FDA0003824441680000031
Figure FDA0003824441680000032
其中，R表示电-气耦合系统的系统韧性指标，T表示事后阶段的持续时间，将事后阶段的持续时间T划分为若干时段，NT表示事后阶段的持续时间T划分的时段总数；
Figure FDA0003824441680000033
和
Figure FDA0003824441680000034
分别表示时刻t的电力网络功能水平和天然气网络功能水平，υ表示权重系数；Ve和Vg分别表示电力网络的电节点集合和天然气网络的气节点的集合；
Figure FDA0003824441680000035
和
Figure FDA0003824441680000036
分别表示电力网络的电节点i和天然气网络的气节点j在时刻t的工作状态变量，若电力网络的电节点i或天然气网络的气节点j在时刻t的工作状态已恢复，则电力网络的电节点i或天然气网络的气节点j在时刻t的工作状态变量
Figure FDA0003824441680000037
或
Figure FDA0003824441680000038
等于1，否则等于0；τe,i和
Figure FDA0003824441680000039
分别表示电力网络的电节点i上的切负荷代价系数和待恢复负荷大小；τg,j和
Figure FDA00038244416800000310
分别表示天然气网络的气节点j上的切负荷代价系数和待恢复负荷大小；
电气耦合恢复优化约束具体如下：
Figure FDA00038244416800000311
Figure FDA00038244416800000312
Figure FDA00038244416800000313
Figure FDA00038244416800000314
Figure FDA00038244416800000315
Figure FDA00038244416800000316
Figure FDA00038244416800000317
Figure FDA00038244416800000318
Figure FDA00038244416800000319
其中，
Figure FDA00038244416800000320
和
Figure FDA00038244416800000321
分别表示电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p和压缩机支路c在t时段内的恢复决策变量，若电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在t时段内的工作状态已恢复，则电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在t时段内的恢复决策变量等于1，否则等于0，当电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在t时段内的恢复决策变量等于0时，电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在电-气耦合系统中被移除；Er表示被移除元件集合，被移除元件集合包含在待恢复元件集合内；
Figure FDA0003824441680000041
和
Figure FDA0003824441680000042
分别表示电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p和压缩机支路c在时刻t的工作状态变量，若电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在时刻t的工作状态已恢复，则电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在时刻t的工作状态变量等于1，否则等于0；
Figure FDA0003824441680000043
和
Figure FDA0003824441680000044
分别表示电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p和压缩机支路c在m时段内的恢复决策变量，若电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在m时段内的工作状态已恢复，则电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在m时段内的恢复决策变量等于1，否则等于0，当电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在m时段内的恢复决策变量等于0时，电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p或压缩机支路c在电-气耦合系统中被移除；Eline、Epipe和Ecom分别表示所有电力网络中所有电力线路的集合、天然气网络中所有输气管道的集合和压缩机支路的集合；ηgfu,i表示电力网络的电节点i上的燃气机组的能源转化系数；
Figure FDA0003824441680000045
表示t时段内天然气网络的气节点j上的消耗转电负荷的气负荷设备的气转电负荷产出量；ρ表示天然气的热值；
Figure FDA0003824441680000046
表示t时段内电力网络的电节点i上的燃气机组的发电功率，
Figure FDA0003824441680000047
和
Figure FDA0003824441680000048
分别表示t时段内电力网络的电节点i上的燃气机组的发电功率的上限和下限；
Figure FDA0003824441680000049
表示电力网络的电节点i上的燃气机组在时刻t的工作状态变量，若电力网络的电节点i上的燃气机组在时刻t的韧性已恢复，则电力网络的电节点i上的燃气机组在时刻t的工作状态变量
Figure FDA00038244416800000410
等于1，否则等于0；
Figure FDA00038244416800000411
表示天然气网络的气节点j上的消耗转电负荷的气负荷设备的气转电负荷上限。
6.根据权利要求5所述的一种计及元件重要度辨识的电气耦合系统两阶段韧性恢复方法，其特征在于：所述的步骤3)中，在电-气耦合系统遭遇极端事件后的事后阶段获取电-气耦合系统的待恢复负荷数据，所述的电-气耦合系统的待恢复负荷数据包括电力网络的电节点i上的待恢复负荷大小
Figure FDA00038244416800000412
以及天然气网络的气节点j上的待恢复负荷大小
Figure FDA00038244416800000413
将电-气耦合系统的待恢复负荷数据输入电-气耦合系统韧性恢复优化模型中，电-气耦合系统韧性恢复优化模型输出待恢复元件集合的恢复决策变量，所述的待恢复元件集合的恢复决策变量包括电力网络中的输电线路l、天然气网络中的输气管道p和压缩机支路c在t时段内的恢复决策变量
Figure FDA00038244416800000414
和
Figure FDA00038244416800000415
根据恢复决策变量确定待恢复元件集合中的元件的移除策略，即确定移除待恢复元件集合中的若干元件，使得电气耦合系统实现韧性恢复，最终实现电-气耦合系统两阶段的加固和韧性恢复，即事前阶段的元件加固和事后阶段元件韧性恢复。
CN202211054556.XA 2022-08-31 2022-08-31 计及元件重要度辨识的电气耦合系统两阶段韧性恢复方法 Pending CN115510618A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211054556.XA CN115510618A (zh) 2022-08-31 2022-08-31 计及元件重要度辨识的电气耦合系统两阶段韧性恢复方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211054556.XA CN115510618A (zh) 2022-08-31 2022-08-31 计及元件重要度辨识的电气耦合系统两阶段韧性恢复方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115510618A true CN115510618A (zh) 2022-12-23

Family

ID=84502235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211054556.XA Pending CN115510618A (zh) 2022-08-31 2022-08-31 计及元件重要度辨识的电气耦合系统两阶段韧性恢复方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115510618A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112217202B (zh) 考虑灵活性投资的分布式新能源、储能与配电网规划方法
CN103310065B (zh) 计及分布式发电和储能单元的智能配网重构方法
CN113489033A (zh) 面向韧性提升的配电网分布式电源储能控制方法及系统
CN111444593B (zh) 一种电-气综合能源系统元件脆弱性改善方法
CN109031952B (zh) 一种电-气互联综合能源系统混合控制方法
CN113742917B (zh) 一种考虑多阶段恢复过程的综合能源系统韧性提升方法
CN105529701B (zh) 一种基于人工蜂群算法的含直流换流站电源恢复路径优化方法
CN112260261B (zh) 一种电-气综合能源系统脆弱性评估与改善方法
CN112271726B (zh) 考虑电-水-气耦合关系的配电系统故障恢复方法
CN115995790A (zh) 一种配电网故障恢复方法、系统、设备及介质
CN111861029A (zh) 一种计及孤岛划分和网络重构的供电可靠性评估方法
CN109768546B (zh) 基于多智能软开关协调的有源配电网供电恢复方法
CN108075476A (zh) 一种基于潮流转移关系的安全约束最优潮流方法
CN113328437B (zh) 一种智能配电网cps拓扑构建方法及故障恢复方法
CN111313420B (zh) 极端天气下基于多能协调的配电网弹性提升方法及系统
CN112688285A (zh) 配电网中操作人员优化调度的故障隔离与负荷恢复方法
CN108616145B (zh) 一种计及事故后电压影响效果的新能源切机优化方法
CN113852084A (zh) 考虑智能软开关优化配置的配电网多阶段韧性提升方法
CN115510618A (zh) 计及元件重要度辨识的电气耦合系统两阶段韧性恢复方法
CN104348131B (zh) 一种基于智能配电网35kV电源故障的恢复系统及方法
CN116231634A (zh) 一种计及韧性提升的多能耦合配电系统故障恢复方法
CN105552880A (zh) 基于状态枚举法的电力系统典型故障集确定方法
CN115719967A (zh) 一种用于提高供电可靠性的有源配电网储能装置优化配置方法
CN112448404B (zh) 一种电-气-热互联背景下的配电网可靠性增效计算方法
CN111786382B (zh) 一种考虑加权潮流熵的配电网负荷恢复量计算方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination