[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

摘要

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。

主权项

1.一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，其特征是按如下步骤进行；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；步骤1.3、利用式(4)计算天然气管网的状态概率p(S_ng)：式(4)中，Ω_A和Ω_U分别表示元件处于正常状态和故障状态的集合，当S_ng(i)＝0时，i∈Ω_U；当S_ng(i)＝1时，i∈Ω_A；步骤二、建立基于状态概率转移等效方法的天然气管网可靠性等效模型：步骤2.1、定义k为天然气管网的抽样状态序列编号，设定总的抽样次数为K；定义t为用气负载设备编号，并初始化t＝1；步骤2.2、初始化k＝1；步骤2.3、按照步骤1.2抽样第k个模拟序列下天然气管网的随机模拟状态S_ng[k]，并计算其状态概率p(S_ng[k])；步骤2.4、通过深度搜索算法遍历第k个模拟序列对应的天然气管网的连通性，并判断第t个用气负载设备是否与天然气管网相连接，如果相连接，则称第t个用气负载设备没有发生受累停运，标记为x(S_ng[k,t])＝0；否则，则称第t个用气负载设备发生受累停运，标记为x(S_ng[k,t])＝1；从而利用式(5)得到第k个抽样序列下第t个用气负载设备发生受累停运的概率p_ng(k,t)：p_ng(k,t)＝p(S_ng[k])×x(S_ng[k,t])                    (5)步骤2.5、将k+1赋值给k，判断k>K是否成立，若成立，则利用式(6)获得第t个用气负载设备的累积受累停运概率p_ng(t)；否则，返回步骤2.3执行；步骤2.6、将t+1赋值给t，判断t>N_nd是否成立，若成立，则利用式(7)计算所有用气负载设备的累积受累停运概率p_ng；否则，返回步骤2.2执行：式(7)中，N_nd为天然气管网的用气负载总数目；步骤三、采用串联等效原理将天然气管网的不确定性和燃气轮机的随机故障进行概率等效，从而建立考虑天然气管网不确定性的燃气轮机可靠性模型：步骤3.1、获取燃气轮机的可靠性参数，包括：燃气轮机m的故障率λ_gt(m)和修复率γ_gt(m)；并利用式(8)和(9)计算燃气轮机m的可用率A_gt(m)和不可用率U_gt(m)：步骤3.2、利用式(10)和(11)得到燃气轮机m的等值可用率p_Aeq(m)和等值不可用率p_Ueq(m)：p_Aeq(m)＝(1‑p_ng(m))×A_gt(m)                    (10)p_Ueq(m)＝1‑(1‑p_ng(m))×A_gt(m)                  (11)步骤四、利用蒙特卡洛模拟方法评估考虑天然气管网不确定性的气‑电耦合系统可靠性：步骤4.1、设定h为蒙特卡洛模拟抽样序数，H_max为模拟抽样总次数；初始化h＝1；步骤4.2、假设燃气轮机采用两状态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(12)得到第h次抽样中燃气轮机m的随机模拟状态S_gt(m,h)，从而得到第h个模拟抽样序列下M个燃气轮机的工作状态S_gt(h),＝{S_gt(1,h),S_gt(2,h),…,S_gt(M,h)}：式(12)中，r_gt(m,h)表示第h个模拟抽样序列下在[0,1]区间均匀分布的第m个随机数；m＝1,2,…M，M为燃气轮机组中燃气轮机的数目；步骤4.3、假设传统发电机采用两状态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，利用式(13)得到第h次抽样中传统发电机j的随机模拟状态S_tp(j,h)，从而得到第h个模拟抽样序列下J个传统发电机的工作状态S_tp(h)＝{S_tp(1,h),S_tp(2,h),…,S_tp(J,h)}：式(13)中，r_tp(j,h)为第h个模拟抽样序列下在[0,1]区间均匀分布的第j个随机数，p_Utp(j,h)为传统发电机j的不可用率，j＝1,2…，J，J为传统发电机组中发电机的数目；步骤4.4、利用式(14)和式(15)分别计算第h个模拟抽样序列下燃气轮机组的发电功率P_tp(h)和传统发电机组的发电功率P_gt(h)：式(14)‑式(15)中，P_rtp(m,h)和P_rgt(j,h)分别为单台传统发电机和单台燃气轮机的额定容量；步骤4.5、利用式(16)计算第h个模拟抽样序列下气‑电耦合系统的总发电功率P_sys(h)：P_sys(h)＝P_tp(h)+P_gt(h)                        (16)步骤4.6、令f表示事件：P_sys(h)<P_L(h)；判断P_sys(h)<P_L(h)是否成立，若成立，则表示气‑电耦合系统处于失负荷状态，并令标记函数I_h(f)＝1，否则，表示气‑电耦合系统没有失负荷，并令标记函数I_h(f)＝0；其中，P_H(h)为第h个模拟抽样序列下的系统负荷；步骤4.7、将h+1赋值给h，判断h>H_max是否成立，若成立，则执行步骤4.8；否则，返回步骤4.2执行；步骤4.8、利用式(17)计算气‑电耦合系统的缺电概率HOHP：步骤4.9、利用式(18)计算气‑电耦合系统的缺电时间期望HOHE(h/yh)：步骤4.10、利用式(19)计算气‑电耦合系统的缺供电力EDNS(MW)：步骤4.11、利用式(20)计算气‑电耦合系统的期望缺供电量EENS(MWh)：式(17)‑(20)中，H_max是最大抽样序数；步骤4.12、利用式(21)和(22)分别计算天然气发电的可靠性直接贡献指标B_dr(x)和单位贡献指标B_pu(x)：B_dr(x)＝x_before‑x_after                        (21)式(21)‑(22)中，x指气‑电耦合系统任一可靠性指标，即LOLP,LOLE,EDNS或EENS；x_before和x_after分别为燃气轮机接入前和接入后的气‑电耦合系统可靠性指标值；P_rgt(m)为燃气轮机m的装机容量。