[发明专利]考虑天然气输配管网不确定性的气-电耦合系统可靠性评估方法

说明书

本发明公开了一种考虑天然气管网不确定性的气‑电耦合系统可靠性评估方法，其步骤包括：1基于解析方法对天然气管网的运行状态进行模拟；2基于提出的状态概率转移技术将天然气管网的失效概率转移到燃气轮机的发电失效状态；3基于网络等效技术建立考虑天然气管网不确定的燃气轮机可靠性等值模型；4将天然气管网和风电场接入RBTS系统，计算耦合系统的可靠性。本发明通过研究不同影响因素对耦合系统可靠性的影响，建立了考虑天然气管网不确定的气‑电耦合系统可靠性模型，并根据算例对各个影响因素进行定量分析，进而为实际气‑电耦合系统工程规划和可靠运行提供依据和参考。

技术领域

本发明涉及可靠性评估领域，具体涉及一种考虑天然气管网不确定性的气-电耦合系统可靠性评估方法。

背景技术

随着经济的发展，能源消耗量持续增长，天然气作为一种清洁的化石能源，在全球一次能源供应中的份额快速增加。随着燃气轮机、页岩气开发等技术的突破，燃气发电也将成为我国天然气消费的主力版块。天然气在我国资源总量丰富，然而我国幅员辽阔，天然气输配管网结构错综复杂，用户众多，使得天然气管网的可靠性评估工作难度加大。目前国内外对于天然气网络可靠性分析的研究仍处于探索阶段，将天然气管网纳入电力系统进行可靠性评估更是处于起步阶段。

对于天然气管网的可靠性评估问题，主要方法有故障树分析法和蒙塔卡洛模拟法。蒙特卡洛法又称统计模拟法，以概率和统计理论方法为基础，通过使用随机数解决所求的计算问题，但蒙特卡洛法通常需要大量的样本和模拟时间来保证其精度，且天然气网络系统中存在大量不确定性因素会对模拟过程造成一定的困难；故障树分析法需要对研究目标建立故障树，运用最小割集法，根据各故障事件的权值(经验法、半经验法确定)得出研究目标的失效概率，但构造故障树的过程逻辑性较强且较为繁琐。对于天然气管网系统和电力系统的耦合，现有研究大多数集中在二者的联合运行和规划，很少对耦合系统进行可靠性评估，也很少有研究能够详细计及天然气管网系统中的各种不确定性因素对系统可靠性的影响。

发明内容

本发明是为避免上述现有研究所存在的不足之处，提供了一种考虑天然气管网不确定性的气-电耦合系统可靠性评估方法，以期能够降低使用蒙特卡罗模拟法对整个气-电耦合系统的大规模评估造成评估工作的复杂性和不精确性，同时也可以单独对天然气管网进行可靠性评估，实现评估的简便性和精确性。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明一种考虑天然气管网不确定性的气-电耦合系统可靠性评估方法的特点是按如下步骤进行；

步骤一、利用解析方法对天然气管网的工作状态进行模拟，并计算状态概率；

步骤1.1、获得天然气管网中各元件的可靠性参数，包括：元件i的故障率λ_ng(i)和修复时间γ_ng(i)；并利用式(1)和(2)计算元件i的可靠性指标，包括：可用率A_ng(i)和不可用率U_ng(i)：

式(1)和(2)中，1/γ_ng(i)表示元件i的修复率，T为给定的时间区间的小时数；

步骤1.2、对天然气管网的工作状态进行模拟：

假设天然气管网中每个元件采用两状态Markov模型表示，其中两状态中的运行状态用1表示，停运状态用0表示，则利用式(3)得到元件i的随机模拟状态S_ng(i)，从而得到天然气管网中n个元件的随机模拟状态S_ng＝{s_ng(1),s_ng(2),…,s_ng(n)}：

式(3)中，r_ng(i)为与模拟元件i对应的第i个服从区间[0,1]上均匀分布的抽样随机数；