[发明专利]基于故障关联矩阵的园区综合能源系统可靠性计算方法

说明书

一种基于故障关联矩阵的园区综合能源系统可靠性计算方法：对于给定的园区综合能源系统输入系统的设备、拓扑、运行和故障参数；对设备、支路和母线分别编号，对母线进行层级划分；建立设备故障率、故障修复时间向量和母线负荷列向量；建立设备‑输入支路关联矩阵、各母线的母线‑输入支路向量、母线‑输出支路矩阵、支路能量转换系数矩阵、母线间转供关系矩阵；逐个设备计算设备故障时系统支路的最大供能能力向量，形成设备故障时所有支路最大供能能力矩阵；生成设备故障时母线剩余供能能力矩阵、母线转供负荷矩阵、母线停供负荷矩阵；计算园区综合能源系统各母线的可靠性指标。本发明通过故障关联矩阵，可以快速计算园区综合能源系统可靠性指标。

技术领域

本发明涉及一种综合能源系统可靠性计算方法。特别是涉及一种基于故障关联矩阵的园区综合能源系统可靠性计算方法。

背景技术

随着传统化石能源的日益枯竭及环境的恶化，为实现节能减排，提高能源利用效率，能源系统由传统的电、气、冷、热系统单独规划设计与独立运行模式向综合能源系统(Integrated Energy System，IES)发展。综合能源系统对各类能源的分配、转化、存储、消费进行整体上的协调、配合和优化，实现多能耦合互补，提高系统的供能可靠性。因此，考虑设备的故障机制、网络的拓扑变化与多能耦合转换因素对系统运行状态的影响，建立综合能源可靠性评价指标并研究可靠性评估方法，用定性或定量指标反映系统能源供应中断的风险水平，对指导IES规划、运行等生产实际活动具有重要意义。

目前，园区综合能源系统可靠性评价方法大多采用模拟法，通过对系统各元件状态采样，模拟整个系统的运行情况，记录系统中各用户的供能情况，通过大量模拟后的统计结果计算各负荷节点的可靠性指标。为了得到准确的可靠性指标，该方法较为费时，且无法明确展示影响可靠性的因素与评估指标之间的关系。采用基于故障关联矩阵的可靠性指标计算方法，以元件为对象，依次分析每个元件故障给各个负荷点带来的影响，根据影响类型的不同构建相应的故障关联矩阵，通过故障概率、故障时间的叠加得到各个负荷点的可靠性指标。通过故障关联矩阵，可以直观的显示故障事件对可靠性指标的影响，便于找出系统的可靠性薄弱环节，有助于优化系统运行策略，提升系统可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以直观的显示故障事件对可靠性指标的影响，便于找出系统的可靠性薄弱环节，提升系统可靠性的基于故障关联矩阵的园区综合能源系统可靠性计算方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于故障关联矩阵的园区综合能源系统可靠性计算方法，包括如下步骤：

1)对于给定的园区综合能源系统，输入如下参数信息：设备参数，包括系统中各设备的类型、数量、额定容量、功率、以及设备的效率或能效比；系统拓扑参数，包括支路、设备、母线连接关系，联络开关位置；系统运行参数，包括各母线上负荷大小及负荷优先级、设备的优先启停顺序；系统故障参数，包括各设备的故障率、故障修复时间，故障后系统调度转供时间；

2)采用广度优先搜索算法，从源设备开始搜索设备、支路和母线，按搜索顺序对设备、支路、母线分别编号；对同一母线上的多条输出支路及同类型设备，编号时按支路负荷的优先级或设备的优先启停顺序从高到低排列；对母线进行层级划分，从源设备开始，能流每经过一条母线，则该条母线的层级增加一级；

3)将所有设备故障率、故障修复时间和母线负荷分别按编号顺序排列，建立设备故障率向量设备故障修复时间向量和母线负荷列向量P＝[P₁ P₂ … P_k … P_b]^T，其中m为设备的总数，b为系统中的母线总数，分别表示设备i的故障率与故障修复时间；P_k表示母线k上的直供负荷；

4)根据步骤1)输入的设备参数、系统拓扑参数和系统运行参数，建立设备-输入支路关联矩阵C、各母线的母线-输入支路向量母线-输出支路矩阵支路能量转换系数矩阵L、母线间转供关系矩阵T；