[发明专利]一种多源互补城市热网的可靠性评估及优化方法

说明书

本发明公开了一种多源互补城市热网的可靠性评估及优化方法，用于评估和优化热网元件故障后的恢复策略。为了量化可靠性，将其理解为允许其从供热不足状态(元件故障)恢复到标准水平的正常操作条件的热网的属性，定义了一组评估度量。考虑多维可靠性度量，包括响应时间元件，元件故障率和恢复弹性等。首先根据热网的结构参数建立热网模型，针对城市热网进行热工水力计算，根据网络的拓扑结构和各个元件的可靠性信息提出可靠性指标，其次基于时序蒙特卡洛计算给定时间尺度下的权重函数，并定义多热源城市热网的恢复弹性指标，最后根据可靠性、恢复弹性、恢复成本，建立热网多目标可靠性优化算，用于指导和实现多能互补背景下的热网优化调度。

技术领域

本发明涉及一种多源互补城市热网元件故障情况下的可靠性评估以及优化方法，属于热网优化调度领域。

背景技术

伴随能源转型，以及新型城市能源网络的发展，越来越强调“多源互补，多能协同”，致力于实现城市能源供应整体效益的最大化。热网作为城市能源网络中的重要组成部分，其在面临大扰动时，快速响应供应和负荷的大幅波动能力直接关系着人们的正常生活和生产活动。其中，热网的可靠性是供热企业技术装备水平和管理水平的综合体现。随着经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，热用户对供热的要求也越来越高，因此提高供热可靠性既是热用户的期望也是供热企业的目标。目前我国热网存在结构薄弱、设备老化、调度水平低等问题，很大程度上制约了供热可靠性的提升。其次，热网运行中元件产生故障不可避免，其可靠性可以通过检修等方法进行调整，也可通过投入新元件等方法提高热网的可靠性。但是检修和投入新元件都需要投入一定的成本，因此在确保供热可靠性的同时，如何获得最大效益的恢复策略对于供热系统的运行调度十分重要。

本发明提出了热网元件故障情况下的可靠性评估以及优化问题，以满足供热可靠目标并确定故障后的最佳恢复策略，尤其是计算、分析了用于评估多源互补城市热网恢复策略有效性的可靠性指标和恢复弹性度量指标，针对这两个指标对热网故障下恢复策略以及成本进行优化建模。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多源互补城市热网的可靠性评估及优化方法。

一种多源互补城市热网的可靠性评估及优化方法，包括如下步骤：

步骤S1，根据热网的拓扑结构和各个元件的可靠性信息，进行可靠性建模，计算出面向热用户的可靠性指标；

步骤S2，根据相应天气变化下的供热不足统计结果，通过这些事故引发的概率，计算热用户侧的供热不足情况，基于时序蒙特卡洛计算给定时间尺度下的权重函数；

步骤S3，定义多热源城市热网的恢复弹性评价指标，在此基础上建立构建热网的弹性评估指标，从而针对热网进行恢复弹性评价；

步骤S4，根据可靠性指标和弹性指标建立热网可靠性优化框架，同时考虑修复成本，来优化热网元件的恢复策略。

上述技术方案中，进一步的，所述的步骤S1具体为：

步骤S1，根据热网的拓扑结构和各个元件的可靠性信息，定义可靠性指标。

考虑一个标准的热网，包括M个元件(阀门、三通和疏水器)和N个热力站/热用户。根据网络的拓扑结构和各个元件的可靠性信息，可以计算出面向热用户的可靠性指标。首先定义元件i的故障率λ_i、元件i的修复/更换时间r_i、元件i的故障时间的随机变量T_i、热力站j供热不足的时间Q_Tj、热力站j对应的热用户数N_j。其中i∈[1,M],j∈[1,N]，并且所有指标都是非负数。则可得到热力站j所对应的故障率λ_j、供热不足的时间Q_Tj以及热力站j的供热不足恢复时间r_j为：