气电综合能源系统的可靠性评估方法、系统及可存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种气电综合能源系统的可靠性评估方法，包括：构建天然气管道多状态移过程的马尔可夫状态模型，获得气电综合能源系统的相关参数；在给定的时间区间内，获得天然气管道的时序转移状态过程，获得其他元件的状态时序序列；通过组合全部元件状态的时序序列得到时序系统状态转移过程；在给定时间区间内对气电综合能源系统的每个系统状态进行能流计算分析，根据能流计算分析结果判断是否进行最优能流分析；根据得到的系统分析结果得到风险指标，判断收敛停止判据是否满足要求，如果满足，停止执行。将天然气管道多状态和多故障模式转移过程的四状态马尔可夫状态模型，用在系统风险评估中的双层蒙特卡洛抽样算法，提高了系统评估的准确性。了系统评估的准确性。了系统评估的准确性。

【技术实现步骤摘要】
气电综合能源系统的可靠性评估方法、系统及可存储介质


[0001]本专利技术属于气电综合能源系统评估
，本专利技术涉及一种气 电综合能源系统的可靠性评估方法、系统及可存储介质。

技术介绍

[0002]天然气管道作为气电综合能源系统的重要元件，只有对其进行准 确的可靠性建模才可有效地对整个气电综合能源系统进行正确的可 靠性水平估计。在工程实际中发现天然气管道的故障模式通常可以划 分成三类：小孔漏气，大孔漏气以及断裂故障。当因外部干扰或地质 灾害导致天然气管道发生严重断裂故障时，上游天然气供应将无法通 过故障天然气管道到达下游气负荷区。然而，当天然气管道只是发生 了小孔漏气或大孔漏气时，上游天然气供应仍然可以通过故障天然气 管道到达下游气负荷区，但是一部分天然气不可避免将泄露到周边环 境中，漏气故障直到被探测到才会被修复。
[0003]不足的是，如图1所示，现有气电综合能源系统可靠性评估研究 普遍只是考虑管道断裂故障模式，完全忽略了天然气管道漏气故障 (小孔漏气和大孔漏气)的影响。相关统计资料表明小孔漏气和大孔 漏气的故障发生频率是断裂故障频率的5
‑
10倍。因此，在气电综合能 源系统风险评估中忽略管道的此两类漏气故障可能将导致风险评估 出现较大误差。更重要的是，管道漏气可能引发爆炸，火灾，和毒害， 进而导致出现重大人员伤亡，巨大经济损失以及环境污染等风险。因 此，在气电综合能源系统对漏气风险实现定量分析，即同时考虑漏气 故障发生的程度、位置和概率，是很有必要的，这对预防漏气故障、 减少漏气故障引起的损失具有重要意义。
[0004]申请号2021111780609公开了基于交叉熵理论的天然气管网供气 可靠性检测方法及装置，根据输入数据通过基于交叉熵的时序蒙特卡 洛方法对目标天然气管网状态转移过程进行模拟，获得时序状态转移 序列；根据各需求点所含用户的用气特性和所述时序状态转移序列计 算结果获得状态转移后目标天然气管网的供气量；根据所述用户需求 预测结果和所述供气量分析获得目标天然气管网的供气可靠性检测 数据。该方法仅仅公开了通过基于交叉熵的时序蒙特卡洛方法对目标 天然气管网状态转移过程进行模拟，获得时序状态转移序列，并没有 考虑管道的多种故障模式，可靠性评估的准确性并不是很高。
[0005]申请号201710175146.3公开了城市天然气管道系统管道故障传 播影响评估方法及系统，通过建立城市天然气管道系统的网络模型， 获取城市天然气管道系统正常状态下的流量和压力分配情况，再进行 管道故障的模拟，获取城市天然气管道系统管道故障后的流量和压力 分配情况。将正常状态的流量压力的分配情况与故障状态的流量压力 的分配情况进行比较，进一步进行城市天然气管道系统的管道故障传 播影响评估。该方法通过管道系统正常状态下的流量和压力分配情况 对管道故障进行模拟，并没有对管道的故障模式进行建模，没有模拟 产生随机状态转移过程，可靠性评估的准确性并不是很高。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种气电综合能源系统的可靠性评估方 法、系统及可存储介质，在气电综合能源系统对漏气风险实现定量分 析，可以确定管道漏气发生的位置及漏孔大小，并用于评估气电综合 能源系统的可靠性水平，可以进一步提高气电综合能源系统可靠性评 估的准确性。
[0007]实现本专利技术目的的技术解决方案为：
[0008]一种气电综合能源系统的可靠性评估方法，包括以下步骤：
[0009]S01：构建天然气管道多状态移过程的马尔可夫状态模型，获得气 电综合能源系统的相关参数；
[0010]S02：在给定的时间区间内，获得天然气管道的时序转移状态过程， 获得其他元件的状态时序序列；
[0011]S03：通过组合全部元件状态的时序序列得到时序系统状态转移过 程；
[0012]S04：在给定时间区间内对气电综合能源系统的每个系统状态进行 能流计算分析，根据能流计算分析结果判断是否进行最优能流分析；
[0013]S05：根据得到的系统分析结果得到风险指标，判断收敛停止判据 是否满足要求，如果不满足，则转入步骤S02；否则，停止执行。
[0014]优选的技术方案中，所述步骤S01中天然气管道马尔可夫状态模 型为：
[0015][0016]其中，λ
12
为正常运行的管道向断裂故障转移的转移率，λ
13
为正常 运行的管道向小孔漏气故障转移的转移率，λ
14
为正常运行的管道向 大孔漏气故障转移的转移率，λ
21
为从断裂故障状态向正常状态转移 的转移率，λ
32
为小孔漏气故障向断裂故障转移的转移率，λ
34
为小孔 漏气故障向大孔漏气故障转移的转移率，λ
42
为大孔漏气故障向断裂 故障转移的转移率，f3和f4分别是遭遇小孔漏气故障和大孔漏气故障 的频率，f2是进入修复状态的频率。
[0017]优选的技术方案中，所述步骤S01中的相关参数包括年负荷曲线 和每个元件的状态转移率。
[0018]优选的技术方案中，所述步骤S02中获得天然气管道的时序转移 状态过程的方法包括：
[0019]S21：识别管道模型的当前状态及当前状态可能到达的下个状态；
[0020]S22：根据管道当前状态的每个向外转移率，抽样确定当前状态所 有可能的状态持续时间；
[0021]S23：在所有可能的状态持续时间中选取最小值作为管道当前状态 的持续时间，确定管道状态的下一次转移方向。
[0022]优选的技术方案中，所述步骤S05中风险指标包括广义负荷削减、 电负荷削减、气
负荷削减、风电削减、小漏气和严重漏气六个角度， 每个角度都定义了三类风险指标，分别表示故障发生概率、故障严重 程度和故障发生频率；
[0023]所述收敛停止判据是EENS的方差系数：
[0024]β＝std(EENS)/EENS
ꢀꢀꢀ
(44)
[0025]其中，std(EENS)是指标EENS的标准差，EENS表示期望广义负 荷缺供量。
[0026]优选的技术方案中，如果管道处于漏气状态，则用两个独立的随 机数确定管道漏气点的位置和漏孔大小，包括以下步骤：
[0027]S211：抽样一个分布在0和1之间的均匀分布随机数U，天然气 泄漏的位置位于离起点长度L
ml
处：
[0028]L
ml
＝L
mn
U
ꢀꢀꢀ
(11)
[0029]L
mn
为管道的长度；
[0030]S212：抽样一个正态分布随机数d～N(μ,σ)作为漏孔直径，漏孔面 积A由下式决定：
[0031][0032]其中，正态分布参数μ和σ随漏气故障模式的类型而变化，d是 漏孔直径。
[0033]本专利技术还公开了一种计算机存储介质，其上存储有计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气电综合能源系统的可靠性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S01：构建天然气管道多状态移过程的马尔可夫状态模型，获得气电综合能源系统的相关参数；S02：在给定的时间区间内，获得天然气管道的时序转移状态过程，获得其他元件的状态时序序列；S03：通过组合全部元件状态的时序序列得到时序系统状态转移过程；S04：在给定时间区间内对气电综合能源系统的每个系统状态进行能流计算分析，根据能流计算分析结果判断是否进行最优能流分析；S05：根据得到的系统分析结果得到风险指标，判断收敛停止判据是否满足要求，如果不满足，则转入步骤S02；否则，停止执行。2.根据权利要求1所述的气电综合能源系统的可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤S01中天然气管道马尔可夫状态模型为：其中，λ
12
为正常运行的管道向断裂故障转移的转移率，λ
13
为正常运行的管道向小孔漏气故障转移的转移率，λ
14
为正常运行的管道向大孔漏气故障转移的转移率，λ
21
为从断裂故障状态向正常状态转移的转移率，λ
32
为小孔漏气故障向断裂故障转移的转移率，λ
34
为小孔漏气故障向大孔漏气故障转移的转移率，λ
42
为大孔漏气故障向断裂故障转移的转移率，f3和f4分别是遭遇小孔漏气故障和大孔漏气故障的频率，f2是进入修复状态的频率。3.根据权利要求1所述的气电综合能源系统的可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤S01中的相关参数包括年负荷曲线和每个元件的状态转移率。4.根据权利要求1所述的气电综合能源系统的可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤S02中获得天然气管道的时序转移状态过程的方法包括：S21：识别管道模型的当前状态及当前状态可能到达的下个状态；S22：根据管道当前状态的每个向外转移率，抽样确定当前状态所有可能的状态持续时间；S23：在所有可能的状态持续时间中选取最小值作为管道当前状态的持续时间，确定管道状态的下一次转移方向。5.根据权利要求1所述的气电综合能源系统的可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤S04中能流计算分析方法的能流方程由下述所有等式约束组成：气网子系统等式约束：
S
cgc,t
‑
K
gc
·
S
gc,t
·
(R
t
·
α
‑
1)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)(16)(16)(16)(16)其中，S
p,t
是t时刻的能流向量，即S
p,t
＝[S
12,t
,
…
,S
mn,t
,
…
]
T
；sgn是取正负号运算，M
gp
是气节点
‑
管道关联矩阵，其行数等于气体节点数，列数等于管道数，如果气体节点是参考方向上该管道的起点，则矩阵中对应元素为1，如果气体节点是该管道的终点，则矩阵中对应元素为
‑
1，其它情况矩阵中对应元素为0；Π
t
是t时刻气节点气压平方向量；Z
p
是天然气管道阻抗系数向量；右上角.α表示对向量中的每个元素进行α次方运算；S
p,u,t
是t时刻管道上游能流向量；S
p,d,t
是t时刻管道下游能流向量；K
p
是管存系数向量；S
cgc,t
是t时刻压气站的能耗向量，S
gc,t
是t时刻通过压气站的能流向量；R
t
是t时刻的压缩比向量；K
gc
和α是常系数向量；是气节点
‑
压气站上游关联矩阵，是气节点
‑
压气站下游关联矩阵，是气节点
‑
压气站关联矩阵；是储气库t时刻工作气含量向量，是储气库t时刻垫底气含量向量，是储气库t
‑
Δt时刻工作气含量向量，S
st,dis,t
是储气库放气速率，和是储气库t时刻最大储/放气速率，K
st,1
、K
st,2
、和K
st,3
是常系数向量；S
gw,t
是t时刻气井供气功率向量，S
L,t
是t时刻气负荷向量，S
Lc,t
是t时刻气负荷削减量向量，S
gpg,t
是t时刻燃气发电机GPG耗气功率向量，S
p2g,t
是t时刻电转气站P2G供气功率向量，是气节点
‑
气井关联矩阵，是气节点
‑
储气库关联矩阵，M
gL
是气节点
‑
气负荷关联矩阵，是气节点
‑
管道上游关联矩阵，M
gp,d
是气节点
‑
管道下游关联矩阵，是气节点
‑
燃气发电机关联矩阵，是气节点
‑
电转气站关联矩阵。如果有管道通过抽样后转变为漏气故障状态，则将该管道的相应气流约束方程(13)
‑
(15)变为下列方程(1)
‑
(10)：(10)：
S
ml,d,t
‑
S
ln,u,t
‑
S
Leak,t
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)其中，S
ml,u,t
,S
ml,d,t
分别是t时刻管道ml段上游和下游的能流率，S
ln,u,t
,S
ln,d,t
分别是t时刻管道ln段上游和下游的能流率；π
m,t
是t时刻首端入口气压，π
n,t
是t时刻末端出口气压，π
l,t
是t时刻漏气点气压；dml是管道ml段的参考方向系数，当π
m,t
大于π
l,t
时其值为1，否则其值为
‑
1；d
ln
管道ln段的参考方向系数，当π
l,t
大于π
n,t
时其值为1，否则其值为
‑
1；Z
mn
是管道阻抗系数，Z
ml
是管道ml段的阻抗系数，Z
ln
是管道ln段的阻抗系数；L
mn
是管道长度，L
...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐义，耿莲，朱培逸，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：