基于相互依存网络的综合能源系统脆弱性评估方法研究

发布时间：2020-09-03 08:27

　　综合能源系统侧重多种能源综合协调,主要特点是电、热、冷、气等不同能源系统之间互联。发展综合能源系统对提高能源利用效率、保障社会供能安全性、规模化开发可再生能源具有十分重要的意义,目前得到了国内外的高度关注和广泛研究。目前对综合能源系统的研究主要针对系统的建模仿真、规划优化和运行控制,对于综合能源系统的脆弱性评估较少。但是脆弱性对综合能源系统能源供应的可靠性、系统的安全经济运行影响巨大。由此可见,对综合能源系统进行全面和准确地脆弱性评估具有重要意义。在国家自然科学基金面上项目的资助下,本文从复杂网络的角度出发,基于相互依存网络理论,进一步考虑综合能源系统中孤岛存活可能性、能源子系统分层分区特性以及网络节点异质性等特有特性,从各个侧面对综合能源系统的脆弱性进行了评估。论文的主要研究内容及成果如下:(1)构建了综合能源系统的相互依存网络模型。在复杂网络理论研究基础上,分析了综合能源系统脆弱性评估中引入相互依存网络的可行性和关键耦合元件,搭建了以电/气为代表的综合能源系统相互依存模型,并对各能源子系统相互依存的动态影响关系进行了分析,为后续的脆弱性评估奠定基础。(2)提出了基于相互依存网络的综合能源系统脆弱性评估一般性框架。从复杂网络角度出发,提出了综合能源系统的网络特性指标和脆弱性评估指标;提出了用于综合能源系统脆弱性评估的一般性评估框架和方法,对IEEE39节点算例进行了电-气耦合算例的扩展,并基于修改的算例验证了所提框架和指标的有效性。(3)分别提出了考虑综合能源系统三个侧面特性的脆弱性评估方法。针对综合能源系统具有孤岛存活可能性的特性,提出了一种评估综合能源系统的脆弱性的新指标-树核度,该指标有利于克服传统指标忽略孤岛存活的可能性的缺点,提高综合能源系统脆弱性评估的准确性;针对能源子系统分层分区部署的建设现状以及具有社团结构的特性,提出基于社团的介观层面的综合能源系统脆弱性评估方法,从而有利于能源子系统区块化管理和降低计算复杂度;针对电网和天然气网各节点由于拓扑位置和承担任务的不同导致节点重要度不同的特性,提出考虑系统能量流的节点异质性的综合能源系统脆弱性评估方法,以精准评估综合能源系统中各环节失效对于系统脆弱性的影响。综上所述,本文针对综合能源系统的脆弱性进行了多侧面多角度的评估,为综合能源系统的安全稳定运行提供了强有力的理论基础和技术支持。
【学位单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM73;TK01
【部分图文】：

示意图,能源系统,电力价格,天然气价格

２．２．１综合能源系统结构逡逑综合能源系统由电力系统、天然气系统、热管网等多个能源子系统紧密耦合构成。逡逑图２．１为综合能源系统的示意图其中蓝色箭头代表信息流，红色箭头代表能量流。逡逑从能量流角度看，电网中的天然气可由电转气设施和液化天然气站提供；当可再逡逑生能源机组出力过剩时，可以利用电转气技术将电力转化为甲烷，再将甲烷传输到天逡逑然气管网供需求侧使用。我国新能源装机容量近些年来不断扩大，电转气为解决新能逡逑源发电过多导致的电网输电阻塞问题提供了一种新思路。电转气技术对保护环境也很逡逑有益，运行过程中可以回收利用碳，因此有很好的环境效益。另一方面，燃气轮机可逡逑以实现电能到天然气的转换，随着电转气技术的日益发展以及燃气轮机和电转气设备逡逑大量的使用，电力系统与天然气系统的耦合程度越来越深，能量流在两系统中实现了逡逑双向交互。ＣＨＰ／ＣＣＨＰ机组将天然气转化为电能和热能，供用户使用，其中热能通过逡逑热管网传递。大型发电机组及分布式电源通过输配电网向用户提供电能

示意图,耦合组,用户级,天然气

逦负荷）逡逑分布式电源逡逑图２．１综合能源系统示意图逡逑从电力市场角度来看，天然气价格和电力价格彼此之间会相互影响。天然气价格逡逑的波动影响燃气机组的经济性，从而影响到燃气机组的调度出力，造成电网与负荷之逡逑间供需平衡的变化，从而改变其他发电机组的状态和出力。逡逑天然气网主要包括天然气管道、气源厂压缩机站、储气设施、调压装置等，电网逡逑主要包括发电机、变压器、输电线路和负荷等。天然气网和电网存在很多相似性，都逡逑被用来在供需侧之间传递能量。两者之间的相似性可总结如下：逡逑（１）

集线器,能源,可再生能源,示例

传达的理念是协同传输多种能源［６１］。逡逑能源耦合矩阵在能源集线器中充当能量输入与输出端之间连接的桥梁，能源集线逡逑器的数学表达如图２．３所示，结构示例如图２．４所示。Ｐ为能源集线器输入，Ｌ为能源逡逑集线器输出，Ｃ为耦合矩阵，则能源集线器可用下式描述：逡逑Ｌ邋＝邋ＣＰ逦（２．１）逡逑Ｌａ逦Ｃａａ逦Ｃｐａ逦．．．逦Ｃｃｏａ逦Ｐａ逡逑Ｌｐ逦Ｅ＿ｃｃｐ逦Ｃｐｐ逦…＃幔穑X感ｐ3?馨．．逦＿逦？逦？逦？逦？逦．．．逡逑＿Ｌａ邋＿逦Ｃｃｏａ逦＾６｝ｆ｝逦？＊＊逦＾ｓ＞ｗ＿逦＿Ｐａ逡逑Ｌ逦＇逦ｃ逦Ｐ逡逑输出矩阵逦耦合矩阵逦输入矩阵逡逑图２．３能源集线器的数学表达形式逡逑电力邋＼逦「逦逦邋Ｉ逡逑逦７逦＾邋—１逦逦｜逦，逡逑１１逦．邋—邋NB．．逦Ｉ逡逑＾逦Ｉ邋逦邋—逦Ｉ逦能逡逑N！逡逑Ｉ逦｜逦源逡逑源逦天然气逦｜邋Ｑｌｔｉ逦￣￣逦Ｉ逦＊逡逑输逦Ｉ逦Ｉ逦出逡逑■逦！逦１逡逑入逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逡逑热能邋＼逦Ｉ逦＇逦Ｉ逦Ｉ逦热负荷逡逑ｐｎ邋逦＞＞逦：邋－邋＼邋－邋ｔ邋－邋ｎ逦ｊ逦１逦ｌｗ逡逑逦邋Ｔ７逦，邋？？逦Ｉ逦冷负荷逡逑ｉ邋ｍＨｉ逦｜逡逑能逦ｉ逦ｊ逦｜逦流入网络逡逑ｐＫ逦ＩＩ！逦ｒ逡逑图２

【参考文献】