考慮多類型極端災(zāi)害的綜合能源系統(tǒng)韌性評估技術(shù)

汶川地震汶川地震2008年，中國汶川發(fā)生8.0級地震，管網(wǎng)破壞嚴重，直接經(jīng)濟損失高達8451億元。2012年颶風桑迪在美國新澤西州大西洋城附近沿海登陸，造成18個州超過820萬用戶和商家停電，直接經(jīng)濟損失約為740億美元。研究背景電/氣/熱綜合能源系統(tǒng)→多種能源綜合能源系統(tǒng)在實現(xiàn)多能互補互濟的同時，也可能造成事故在不同能源系統(tǒng)之間耦合傳播，擴大事故影響，甚至導致多種能源供應(yīng)同時停止，嚴重威臺北市新回雪風雪風臺灣“815”大停電●未收波及臺灣“815”大停電風電廠韌性指標的計算包括兩部分參數(shù)：一、極端災(zāi)害情況下出現(xiàn)某種元件故障情況的概率；二、極端災(zāi)害導致的系統(tǒng)負荷削減的大小。Qit)Rys=E(S,)Qit)Rys=E(S,)·故障場景下源、儲可用度臺風場景1地震場景1冰災(zāi)場景1臺風場景245一多類型極端災(zāi)害場景概率建模一多類型極端災(zāi)害場景概率建模故障場景下電氣負荷削減改進算法故障場景下電氣負荷削減改進算法基于復用影響增量庫的韌性評估方法基于復用影響增量庫的韌性評估方法行進方向，初始中心氣壓差和行進速度。臺風概率模型應(yīng)用組合枚,其發(fā)生概率Pw行進方向θ服從雙正態(tài)分布6臺風通常難以破壞室內(nèi)設(shè)施及地下元件，故本研究只考慮架空線路在臺風下的受損情況。臺風攻擊模型根據(jù)Batts風場理論求得直接參數(shù)，即各地實時風速vt),并基于微元法計算架空線臺風路徑00yaya)①v①海岸線臺風風場示意圖臺風基礎(chǔ)參數(shù)風眼實時坐標7各地實時風速v(t)7《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》提出了三級潛在震源區(qū)劃分方案：在地震基礎(chǔ)參數(shù)為震級和震中點。地震概率模型首先枚舉震級檔，再枚舉該震級檔對應(yīng)的潛在震中點，從而生成潛在地震概率集。MAMMAMucAMMucAM地震活動斷層構(gòu)造源A構(gòu)造源B背景源C背景源D構(gòu)造源A構(gòu)造源B背景源C背景源DM~MD■Mg~M~MD震級上限■Mac~MB■Mac~MB81.2典型極端災(zāi)害建?！卣鸶怕誓Ｐ蛥⒖剂叶葯E圓衰減關(guān)系，地震攻擊模型將等烈度線視為參考烈度橢圓衰減關(guān)系，地震攻擊模型將等烈度線視為同心同向、層層嵌套的橢圓群，并由震級和震中點推算橢圓方向、半徑和中心，進而繪制地震烈度I的分布圖，計算架空線路、變壓器和燃氣管道基烈度6區(qū)外邊界44烈度6區(qū)外邊界44長軸烈度8區(qū)烈度7區(qū)烈度6區(qū)烈度8區(qū)烈度8區(qū)烈度I分布地震烈度分布示意圖地震烈度分布示意圖9二三2.1電氣綜合能源系統(tǒng)的解耦優(yōu)化框架考慮燃氣電廠等電氣耦合裝置，構(gòu)建基于解耦優(yōu)化的電氣互聯(lián)系開始確定燃氣電廠有功出力Pa根據(jù)耗量方程計算燃氣電廠供氣負荷Gu氣負荷削減優(yōu)化確定燃氣電廠的供氣負荷削減量G否修改燃氣電廠有功出力上限否修改燃氣電廠有功出力上限Pumu優(yōu)化收斂u計算總負荷削減量結(jié)束針對氣網(wǎng)最優(yōu)負荷求解難收斂，受初值影響大等問題，將簡化混合整數(shù)線性規(guī)劃模型為第一階段模型，第一階段實數(shù)優(yōu)化解作為第二階段非線性連續(xù)模型的內(nèi)點法初值，整數(shù)優(yōu)化解則在第二階段模型中沿用，從而實現(xiàn)對簡化解的修正。第一階段混合整數(shù)線性模型優(yōu)化結(jié)果實數(shù)型變量氣源出力節(jié)點氣壓壓縮比氣負荷削減量初值壓縮機狀態(tài)管道燃氣流向沿用第二階段非線性連續(xù)模型氣負荷削減優(yōu)化非線性連續(xù)模型第二階段固定了燃氣流向和壓縮機狀態(tài)，并以第一階段優(yōu)化解為目標函數(shù)氣負荷削減量最小min約束條件流量-氣壓Weymouth方程f2=K,|n2-π}|f2=K,(g,-g,)(π2-π2)氣壓縮機耗量方程第一階段(忽略)壓縮機約束兩算法的計算結(jié)果存在明顯偏差，說明氣網(wǎng)第二階段優(yōu)化模型發(fā)兩算法的計算結(jié)果存在明顯偏差，說明氣網(wǎng)第二階段優(yōu)化模型發(fā)所提兩階段模型在三階以內(nèi)故障狀態(tài)下均實現(xiàn)收斂，這說明氣網(wǎng)優(yōu)化第一階段能夠為第二階段模型提供一個足夠好的內(nèi)點法初值。參數(shù)單階段兩階段Q?-數(shù)關(guān)系，可將復雜的多能流優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為簡單的函數(shù)計算，減少故障狀態(tài)分析所需的優(yōu)化計算次數(shù)。型轉(zhuǎn)化為方程組，并構(gòu)建了數(shù)據(jù)驅(qū)動的相似性匹配技術(shù)與相似矩陣快速求逆最優(yōu)解最優(yōu)解基于狀態(tài)相似性的線性方程組求解可靠性評估狀態(tài)相似性特征集合基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的相似性特征選取特征提取狀態(tài)相似性特征集合基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的相似性特征選取特征提取特征1特征N特征1特征N一多類型極端災(zāi)害場景概率建模一多類型極端災(zāi)害場景概率建模故障場景下電氣負荷削減改進算法故障場景下電氣負荷削減改進算法基于復用影響增量庫的韌性評估方法基于復用影響增量庫的韌性評估方法3.1基于影響增量的韌性評估方法針對多類型設(shè)備故障導致的系統(tǒng)狀態(tài)組合爆炸問題，將針對多類型設(shè)備故障導致的系統(tǒng)狀態(tài)組合爆炸問題，將高階故障狀態(tài)的影響拆分折算至相應(yīng)的低階狀態(tài)，實現(xiàn)了單次狀態(tài)分析覆蓋多個系統(tǒng)狀態(tài)，提升評估效率。設(shè)備故障逐個分析可能的故障狀態(tài)，效率低、精度差源荷波動單次分析覆蓋多個故障狀態(tài)，效率大大提升3.1基于影響增量的韌性評估方法利用影響增量△I,替換掉Is,是傳統(tǒng)狀態(tài)枚舉法的改進方法，通過將狀態(tài)可獲得較高精度，提升評估效率。傳統(tǒng)狀態(tài)枚舉法(SE)引入影響增量基于影響增量的狀態(tài)枚舉法(IISE)pAI+p?AI?+'P?P?△I12低階狀態(tài)高階狀態(tài)(保留)(忽略)不隨災(zāi)害場景的變化并反復調(diào)取，實現(xiàn)計算速度的大幅提升。 樣本抽樣抽樣抽樣dKdKrsys,Krm,KRIIDDSDW1面向規(guī)劃的韌性指標基于影響增量公式推導全局靈敏度，能夠分析不同參數(shù)之間的相互作用對韌性指標的影響，準確反映元件強化策略的韌性提升效果，指導韌性的精準提升。靈敏度分析各元件失效概率模型結(jié)果模型結(jié)果模型結(jié)果模型結(jié)果模型結(jié)果將電氣互聯(lián)系統(tǒng)附在中國臺灣將電氣互聯(lián)系統(tǒng)附在中國臺灣臨海地震區(qū)上作為算例，并應(yīng)用組合枚舉法生成了10000個臺風場景和13806個地震場景構(gòu)成潛在災(zāi)害場景集。以特定地震場景為例驗證所提韌性評估方法的可行性。場景震級屬于7~7.5震級檔，此災(zāi)害場景同時影響電網(wǎng)和氣網(wǎng)的元件，有一定的代表性。構(gòu)造源A構(gòu)造源B烈度8區(qū)背景源C背景源D代表性100km烈度7區(qū)近海水域0烈度6區(qū)(a)電力子系統(tǒng)(b)天然氣子系統(tǒng)0000于SE法，而3階IISE法誤差僅為0.92%,且復用影響增量庫在確保精度的同時能夠顯著提高韌性評估速度。方法rsys(MW)誤差(%)計算時間(s)-46.785