考虑多类型极端灾害的综合能源系统韧性评估技术

汶川地震汶川地震2008年，中国汶川发生8.0级地震，管网破坏严重，直接经济损失高达8451亿元。2012年飓风桑迪在美国新泽西州大西洋城附近沿海登陆，造成18个州超过820万用户和商家停电，直接经济损失约为740亿美元。研究背景电/气/热综合能源系统→多种能源综合能源系统在实现多能互补互济的同时，也可能造成事故在不同能源系统之间耦合传播，扩大事故影响，甚至导致多种能源供应同时停止，严重威台北市新回雪风雪风台湾“815”大停电●未收波及台湾“815”大停电风电厂韧性指标的计算包括两部分参数：一、极端灾害情况下出现某种元件故障情况的概率；二、极端灾害导致的系统负荷削减的大小。Qit)Rys=E(S,)Qit)Rys=E(S,)·故障场景下源、储可用度台风场景1地震场景1冰灾场景1台风场景245一多类型极端灾害场景概率建模一多类型极端灾害场景概率建模故障场景下电气负荷削减改进算法故障场景下电气负荷削减改进算法基于复用影响增量库的韧性评估方法基于复用影响增量库的韧性评估方法行进方向，初始中心气压差和行进速度。台风概率模型应用组合枚,其发生概率Pw行进方向θ服从双正态分布6台风通常难以破坏室内设施及地下元件，故本研究只考虑架空线路在台风下的受损情况。台风攻击模型根据Batts风场理论求得直接参数，即各地实时风速vt),并基于微元法计算架空线台风路径00yaya)①v①海岸线台风风场示意图台风基础参数风眼实时坐标7各地实时风速v(t)7《中国地震动参数区划图》提出了三级潜在震源区划分方案：在地震基础参数为震级和震中点。地震概率模型首先枚举震级档，再枚举该震级档对应的潜在震中点，从而生成潜在地震概率集。MAMMAMucAMMucAM地震活动断层构造源A构造源B背景源C背景源D构造源A构造源B背景源C背景源DM~MD■Mg~M~MD震级上限■Mac~MB■Mac~MB81.2典型极端灾害建模——地震概率模型参考烈度椭圆衰减关系，地震攻击模型将等烈度线视为参考烈度椭圆衰减关系，地震攻击模型将等烈度线视为同心同向、层层嵌套的椭圆群，并由震级和震中点推算椭圆方向、半径和中心，进而绘制地震烈度I的分布图，计算架空线路、变压器和燃气管道基烈度6区外边界44烈度6区外边界44长轴烈度8区烈度7区烈度6区烈度8区烈度8区烈度I分布地震烈度分布示意图地震烈度分布示意图9二三2.1电气综合能源系统的解耦优化框架考虑燃气电厂等电气耦合装置，构建基于解耦优化的电气互联系开始确定燃气电厂有功出力Pa根据耗量方程计算燃气电厂供气负荷Gu气负荷削减优化确定燃气电厂的供气负荷削减量G否修改燃气电厂有功出力上限否修改燃气电厂有功出力上限Pumu优化收敛u计算总负荷削减量结束针对气网最优负荷求解难收敛，受初值影响大等问题，将简化混合整数线性规划模型为第一阶段模型，第一阶段实数优化解作为第二阶段非线性连续模型的内点法初值，整数优化解则在第二阶段模型中沿用，从而实现对简化解的修正。第一阶段混合整数线性模型优化结果实数型变量气源出力节点气压压缩比气负荷削减量初值压缩机状态管道燃气流向沿用第二阶段非线性连续模型气负荷削减优化非线性连续模型第二阶段固定了燃气流向和压缩机状态，并以第一阶段优化解为目标函数气负荷削减量最小min约束条件流量-气压Weymouth方程f²=K,|n²-π}|f²=K,(g,-g,)(π²-π²)气压缩机耗量方程第一阶段(忽略)压缩机约束两算法的计算结果存在明显偏差，说明气网第二阶段优化模型发两算法的计算结果存在明显偏差，说明气网第二阶段优化模型发所提两阶段模型在三阶以内故障状态下均实现收敛，这说明气网优化第一阶段能够为第二阶段模型提供一个足够好的内点法初值。参数单阶段两阶段Q₂-数关系，可将复杂的多能流优化问题转化为简单的函数计算，减少故障状态分析所需的优化计算次数。型转化为方程组，并构建了数据驱动的相似性匹配技术与相似矩阵快速求逆最优解最优解基于状态相似性的线性方程组求解可靠性评估状态相似性特征集合基于数据驱动的相似性特征选取特征提取状态相似性特征集合基于数据驱动的相似性特征选取特征提取特征1特征N特征1特征N一多类型极端灾害场景概率建模一多类型极端灾害场景概率建模故障场景下电气负荷削减改进算法故障场景下电气负荷削减改进算法基于复用影响增量库的韧性评估方法基于复用影响增量库的韧性评估方法3.1基于影响增量的韧性评估方法针对多类型设备故障导致的系统状态组合爆炸问题，将针对多类型设备故障导致的系统状态组合爆炸问题，将高阶故障状态的影响拆分折算至相应的低阶状态，实现了单次状态分析覆盖多个系统状态，提升评估效率。设备故障逐个分析可能的故障状态，效率低、精度差源荷波动单次分析覆盖多个故障状态，效率大大提升3.1基于影响增量的韧性评估方法利用影响增量△I,替换掉Is,是传统状态枚举法的改进方法，通过将状态可获得较高精度，提升评估效率。传统状态枚举法(SE)引入影响增量基于影响增量的状态枚举法(IISE)pAI+p₂AI₂+'P₁P₂△I12低阶状态高阶状态(保留)(忽略)不随灾害场景的变化并反复调取，实现计算速度的大幅提升。 样本抽样抽样抽样dKdKrsys,Krm,KRIIDDSDW1面向规划的韧性指标基于影响增量公式推导全局灵敏度，能够分析不同参数之间的相互作用对韧性指标的影响，准确反映元件强化策略的韧性提升效果，指导韧性的精准提升。灵敏度分析各元件失效概率模型结果模型结果模型结果模型结果模型结果将电气互联系统附在中国台湾将电气互联系统附在中国台湾临海地震区上作为算例，并应用组合枚举法生成了10000个台风场景和13806个地震场景构成潜在灾害场景集。以特定地震场景为例验证所提韧性评估方法的可行性。场景震级属于7~7.5震级档，此灾害场景同时影响电网和气网的元件，有一定的代表性。构造源A构造源B烈度8区背景源C背景源D代表性100km烈度7区近海水域0烈度6区(a)电力子系统(b)天然气子系统0000于SE法，而3阶IISE法误差仅为0.92%,且复用影响增量库在确保精度的同时能够显著提高韧性评估速度。方法rsys(MW)误差(%)计算时间(s)-46.785