一种极端天气下电热能量网络韧性评估方法及系统

本发明涉及韧性评估领域，特别是涉及一种极端天气下电热能量网络韧性评估方法及系统。

背景技术：

1、电热能量网络在生产、传输、分配和利用等多个环节存在耦合关系，尤其在供暖季，大量热电联产机组“以热定电”运行，以及风力发电、光伏发电等可再生能源发电与工业、商业和民用负荷等终端负荷的大规模接入，导致电热能量网络结构高度复杂，交互耦合程度加深，调节、响应能力和手段十分有限。暴雪、冻雨等极端天气导致输电线路断线、铁塔倒塌、供暖管冻裂等，给电热能量网络安全稳定运行带来严峻挑战。

2、韧性是指电网、热网等关键能源基础设施或系统准备和适应“低概率-高风险”事件的能力，以及承受中断并迅速恢复的能力。韧性评估是系统风险和薄弱环节识别的重要方法，有必要从全局视角构建韧性评估体系，量化评估不同发展阶段电热能量网络的韧性，真实反应复杂约束下电热能量网络的运行状态，支撑极端天气下电热能量网络运行决策。

3、目前已有韧性评估方面的研究主要针对配电网，韧性指标虽有多种形式，但本质上都关注两方面内容，即极端天气下系统性能受影响程度和性能变化速率。值得注意的是，单一能量网络内的故障也可能通过耦合元件引起网络间的级联故障，从而扩大停电停热规模。现有研究仅考虑单一扰动下网络的运行情况，忽略了持续扰动以及所造成的级联故障对网络的影响。

4、综上，目前面向电热能量网络韧性评估的相关研究尚处于起步阶段，大量前沿、具有挑战性的问题没有得到解决。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种极端天气下电热能量网络韧性评估方法及系统，可提高极端天气下电热能量网络韧性评估的准确度，更精准地识别电热能量网络的薄弱环节，进而提升电热能量网络的韧性。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种极端天气下电热能量网络韧性评估方法，包括以下步骤。

3、建立极端天气下电热能量网络的线路故障模型；所述线路故障模型包括外力故障模型及过载故障模型。

4、采用蒙特卡洛模拟法模拟极端天气，并基于所述外力故障模型切除由极端天气引起的故障线路。

5、平衡孤岛并计算潮流，基于所述过载故障模型切除过载线路。

6、基于两阶段优化模型对所述电热能量网络进行重构并平衡功率，计算级联故障图中每条边的权重；所述两阶段优化模型中的第一阶段优化模型以开关动作成本最小为目标，决策所述电热能量网络中开关及联络阀的状态，第二阶段优化模型以失负荷成本最小为目标，调整所述电热能量网络中的机组出力。

7、建立所述电热能量网络的级联故障图，计算元件级韧性指标及系统级韧性指标，以评估极端天气下所述电热能量网络的韧性；所述级联故障图中包括顶点集合、边集合以及权重集合；顶点集合中的顶点为故障线路，边集合中的边为顶点间的连线，权重集合中包括每条边的权重。

8、为实现上述目的，本发明还提供了一种极端天气下电热能量网络韧性评估系统，包括以下模块。

9、线路故障模型建立模块，用于建立极端天气下电热能量网络的线路故障模型；所述线路故障模型包括外力故障模型及过载故障模型。

10、故障线路切除模块，用于采用蒙特卡洛模拟法模拟极端天气，并基于所述外力故障模型切除由极端天气引起的故障线路。

11、过载线路切除模块，用于平衡孤岛并计算潮流，基于所述过载故障模型切除过载线路。

12、权重计算模块，用于基于两阶段优化模型对所述电热能量网络进行重构并平衡功率，计算级联故障图中每条边的权重；所述两阶段优化模型中的第一阶段优化模型以开关动作成本最小为目标，决策所述电热能量网络中开关及联络阀的状态，第二阶段优化模型以失负荷成本最小为目标，调整所述电热能量网络中的机组出力。

13、韧性评估模块，用于建立所述电热能量网络的级联故障图，计算元件级韧性指标及系统级韧性指标，以评估极端天气下所述电热能量网络的韧性；所述级联故障图中包括顶点集合、边集合以及权重集合；顶点集合中的顶点为故障线路，边集合中的边为顶点间的连线，权重集合中包括每条边的权重。

14、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明结合故障传播机理，构建了电热能量网络的级联故障图，考虑了持续扰动和级联故障对电热能量网络的影响，更加准确地描述和模拟故障在电热能量网络中的传播过程，并且通过元件级韧性指标和系统级韧性指标描述线路的脆弱度和传播性，更精准地识别电热能量网络的薄弱环节。进一步通过两阶段优化模型量化持续冰灾下级联故障对电热能量网络的影响，通过改变电热网络的拓扑结构，调整机组出力，提升了电热能量网络的韧性。

技术特征：

1.一种极端天气下电热能量网络韧性评估方法，其特征在于，所述极端天气下电热能量网络韧性评估方法包括：

2.根据权利要求1所述的极端天气下电热能量网络韧性评估方法，其特征在于，所述极端天气为冰灾天气。

3.根据权利要求2所述的极端天气下电热能量网络韧性评估方法，其特征在于，所述外力故障模型为：

4.根据权利要求2所述的极端天气下电热能量网络韧性评估方法，其特征在于，所述过载故障模型为：

5.根据权利要求1所述的极端天气下电热能量网络韧性评估方法，其特征在于，所述两阶段优化模型的目标函数为：

6.根据权利要求1所述的极端天气下电热能量网络韧性评估方法，其特征在于，所述两阶段优化模型的约束条件数包括电网约束、热网约束及机组运行约束。

7.根据权利要求6所述的极端天气下电热能量网络韧性评估方法，其特征在于，所述电网约束为：

8.根据权利要求1所述的极端天气下电热能量网络韧性评估方法，其特征在于，采用以下公式确定级联故障图中顶点与顶点间边的权重：

9.根据权利要求1所述的极端天气下电热能量网络韧性评估方法，其特征在于，采用以下公式计算元件级韧性指标：

10.一种极端天气下电热能量网络韧性评估系统，其特征在于，所述极端天气下电热能量网络韧性评估系统包括：

技术总结
本发明提供了一种极端天气下电热能量网络韧性评估方法及系统，属于韧性评估领域，方法包括：建立极端天气下电热能量网络的线路故障模型；线路故障模型包括外力故障模型及过载故障模型；采用蒙特卡洛模拟法模拟极端天气，并基于外力故障模型切除由极端天气引起的故障线路；平衡孤岛并计算潮流，基于过载故障模型切除过载线路；基于两阶段优化模型对电热能量网络进行重构并平衡功率，计算级联故障图边的权重；建立电热能量网络的级联故障图，计算元件级韧性指标及系统级韧性指标。本发明考虑了持续扰动和级联故障对电热能量网络的影响，更精准地识别电热能量网络的薄弱环节，提升了电热能量网络的韧性。

技术研发人员：于松源,魏楚茜,房方
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12