[发明专利]一种计及热动态特性的多微能源网系统可靠性评估方法

权利要求书

1.一种计及热动态特性的多微能源网系统可靠性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、计及微能源网间多种能量之间的功率交互，基于能源集线器构建多微能源网系统；

S2、利用节点法建立供热管网模型，并依照热负荷特性将热负荷分为常年性热负荷和季节性热负荷，建立热负荷动态特性模型；

S2步骤中供热管网模型建立如下：

采用管道热平衡节点法和苏霍夫温降模型进行建模，建模如下：

其中，和为热水从流进管道至流出管道的时间间隔数，可用下式表达：

式中，ρ为水的密度；A_p和L_p分别为管道p的横截面积和长度；为管道p在t时刻的工质流量；和分别为供水管道p在t时刻的进水温度和出水温度；和分别为回水管道t时刻的进水温度和出水温度；

在传输过程中，热水与管壁进行热交换，产生温损，计及温损后，输出温度为：

式中，和分别为供水管道和回水管道计及温损后t时刻的出水温度；为管道外部环境温度；J为热水流经管道的温损系数；ζ为管道的导热系数；c为水的比热容；

S2步骤中热负荷动态特性模型建立如下：

季节性热负荷主要指采暖、通风、空气调节系统的热负荷，其与室外温度息息相关，其全年变化幅度较大，日内波动较小，采用建筑热负荷模型进行建模：

根据上式易得到：

式中，为热网在t时刻向用户季节性热负荷提供的热功率；为用户在t时刻的室内温度；为t时刻的室外温度；R为建筑物的热阻；C为室内空气热容；

S3、考虑供热管网的传输延迟和温度损耗以及季节性热负荷的惯性，考虑各微能源网之间的电能和天然气能量交互及其对系统运行工况的影响，建立计及热动态特性的多微能源网最优切负荷模型；

S3步骤中计及热动态特性的多微能源网最优切负荷模型建立如下：

根据计及微能源网与主网、微能源网与微能源网间的能量交互和热动态特性，建立多微能源网的最优负荷削减模型；

在最优负荷削减模型中，考虑能量交互、需求响应和负荷削减，以微能源网的能量交互成本、弃风弃光惩罚成本和负荷削减惩罚成本之和最小为该模型的目标函数：

式中，N为多微能源网中的微能源网数量；C_epc,n和C_gpc,n分别为第n个微能源网与主网电能和天然气的交互成本；C_mepc,n和C_mgpc,n分别为第n个微能源网与其它微能源网电能和天然气的交互成本；C_rcc,n为第n个微能源网的弃风弃光惩罚成本；C_lcc,n分别为第n个微能源网的负荷削减惩罚成本；

式中，为微能源网间t时刻的电能交互价格；为微能源网间t时刻的天然气交互价格；和分别为第n个微能源网的电负荷削减量、常年性热负荷削减量和季节性热负荷削减量；

约束条件包含如下：

电功率平衡约束

式中，为系统电输出端口t时刻的输出功率；为第k台风机t时刻的输出功率；为第k台光伏板t时刻的输出功率；为第k台电储能装置t时刻与微能源网的净交换功率；K_tr、K_chp、K_es、K_eb和K_p2g分别为变压器、CHP机组、电储能、电锅炉和P2G装置的数量；

天然气功率平衡约束

式中，为第k台气储能装置t时刻与微能源网的净交换功率；K_cp、K_gs和K_ab分别为压缩机、气储能和燃气锅炉的数量；

热功率平衡约束

式中，为系统热输出端口t时刻的输出功率；为第k台热储能装置t时刻与微能源网的净交换功率；K_hs为热储能数量，c_w为水的比热容；为微能源网t时刻向用户常年性热负荷提供的热功率；

需求侧功率平衡约束

在设备故障导致负荷削减后，微能源网提供的能量不足以满足负荷需求，需在需求侧增设负荷削减的决策变量；

对于电负荷和常年性热负荷，需求侧功率平衡中需增设负荷削减变量，以及负荷削减量的限制约束：

式中，为系统t时刻的电负荷需求量；为系统t时刻的常年性热负荷需求量；

季节性热负荷削减是由于热网向用户提供的热功率致使室内温度超出适宜温度区间引起的，其削减量等于热网向用户提供的理论热功率和实际热功率之差的绝对值：

式中，T_com,min和T_com,max分别为微能源网室内最小适宜温度和最大适宜温度；为热网向用户t时刻提供的理论热功率；理论热功率是指从现有温度调整到适宜温度区间内温度所需的最小热功率；

易可推导出，季节性热负荷削减量为：

能量转换设备出力约束

最优负荷削减模型中，需考虑能量转换装置的运行状态及其出力能力，故在模型中增设一组二进制变量，用于表示能量转换装置的运行状态，0表示元件故障，1表示元件运行；

式中，和分别为第k个CHP机组、燃气锅炉、电锅炉、P2G装置、变压器、压缩机、风机和光伏板t时刻的元件运行状态；

储能设备出力约束

式中，为第k台储能装置t时刻对微能源网的净能源交换功率；和分别为第k台储能装置t时刻的充能和放能功率；为第k台储能装置t时刻的存储能量；γ_k为第k台储能装置的能量自损率；η_c,k和η_d,k为第k台储能装置的能量充放效率；和为第k台储能装置的最大充放功率限制；和分别为储能装置的最大和最小容量限制；和分别为储能装置充放状态，0表示不进行能量充放，1表示能量充放；

式中，和分别为第k个电储能、热储能和天然气储能装置t时刻的元件运行状态；

系统运行约束

微能源网与主网和天然气网进行能量交互的功率约束：

G^min≤G^t≤G^max

P^min≤P^t≤P^max

式中，G^min和G^max分别为系统天然气输入端口的最小输入功率和最大输入功率；P^min和P^max分别为系统电能输入端口的最小输入功率和最大输入功率；

弃风量和弃光量的约束：

式中，为第k台风机t时刻的最大输出功率；为第k台光伏板t时刻的最大输出功率；

为了使供热管网更加经济可靠地运行，需要限制供、回水管道的出入口温度：

式中，和分别为热网供水管道水的最小温度和最大温度；和分别为热网回水管道水的最小温度和最大温度；

S4、采用序贯蒙特卡洛模拟法评估多微能源网系统的可靠性，计算该多微能源网系统的年度可靠性指标。