模型-数据混合驱动的综合能源系统运行可靠性评估

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综合能源系统(integrated energy systems,IES)运行可靠性更加关注系统在实时运行条件下的时变可靠性。对系统进行运行可靠性评估,不仅能实时反映系统运行状态,还能在考虑多重运行不确定性因素的影响下定位系统的薄弱环节,有助于对系统可能面临的故障风险进行合理预测。IES涉及多个能源环节,存在不同供能子系统间的耦合问题,影响运行可靠性的因素极为复杂多样。为了规避短期运行风险,提升系统的安全性与可靠性,IES运行可靠性的建模及评估工作具有重要意义。本文以电-气互联IES为研究对象,通过模型驱动环节与数据驱动环节的多重串联配合,进行了IES的运行可靠性评估研究,重点研究内容如下:1)IES运行可靠性建模。利用马尔可夫两状态时变模型进行设备短期故障建模,进而推导出设备状态转移模型以及系统状态转移模型,所得模型更加符合运行层面的定位与要求;对天然气系统进行建模并考虑耦合环节,设计了天然气系统故障状态下的负荷削减策略,建立考虑天然气系统实时故障的燃气轮机出力模型,并将燃气轮机作为电力系统的分布式电源接入,以负荷削减量最小为优化目标,在直流潮流的基础上建立线性规划模型,利用CPLEX软件进行系统最优负荷削减计算,保障后续的运行可靠性评估计算结果均为系统的最优水平。2)IES运行可靠性综合评估。采用M-H采样代替传统的蒙特卡洛采样进行系统状态生成及选取,能够获得更高的计算准确率和更好的稳定性。对IES运行可靠性评估的四维指标体系进行总结与更新,并利用主成分分析法进行四维指标体系计算结果的降维与重要指标提取,结合层次维指标定位系统重要设备以及薄弱环节,完成IES的综合评估。3)考虑风光出力时序互补性的IES运行可靠性评估。针对现有互补性评价方法无法反映可再生能源出力的时序特性问题,本文介绍了一种考虑时序连续性的互补性评价方法,提出了时序互补率与时序互补量两个新指标,利用K-means算法进行出力典型日的筛选,并用不同场景下的运行可靠性评估进一步证明考虑风光出力互补性会使得运行可靠性评估结果更准确,对照典型日内运行可靠性与出力互补性的关系,更加证明较好的风光出力时序互补性对系统运行可靠性水平有提升作用。
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