基于故障关联矩阵的园区综合能源系统可靠性评价

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园区综合能源系统(community integrated energy system,CIES)通过耦合设备实现了多能互补与能源的梯级利用,是实现能源清洁低碳、安全高效利用的重要途径,近些年来得到了广泛的应用。然而,由于不同能源的紧密耦合,元件故障在各供能子系统相互传递,使系统的运行面临新的风险。为保障CIES的安全可靠运行,本文围绕CIES的可靠性评价与分析方法开展研究,建立了CIES的可靠性评价模型,提出面向可靠性评价的故障关联矩阵构建方法,以及基于故障关联矩阵的可靠性计算、评价与分析方法,实现了CIES可靠性指标的快速准确分析计算与可靠性薄弱环节的有效辨识。主要工作归纳如下:1)建立了CIES的可靠性评价模型。首先,分析了CIES的设备特性、供能结构与运行方式,建立了CIES的通用能量母线模型,实现了系统元件特性、拓扑结构与能量耦合转换关系的统一描述;其次,分析了供能中断后冷/热负荷的楼宇室内温度动态变化过程,建立了考虑热惯性的负荷可靠性模型,更准确地反映了供冷、供热故障对用户用能体验的影响。2)提出了基于故障关联矩阵的CIES的可靠性指标解析计算方法。根据设备故障对负荷造成的停供范围与持续时间的不同,定义了三类故障关联矩阵,提出了基于通用能量母线模型的故障关联矩阵构建方法;通过故障关联与设备可靠性参数间的矩阵代数、布尔运算实现了CIES可靠性指标的显示解析计算。通过算例分析验证了本方法计算可靠性指标的准确性。3)提出了基于故障关联矩阵的CIES可靠性评价与分析方法。通过快速搜索和发现密度峰聚类法与k-means聚类法相结合,实现了CIES多种类型负荷在不同运行时期的典型场景生成;结合可靠性指标的解析计算方法实现多场景的CIES可靠性评价;利用故障关联矩阵的结构特征实现了各设备对供能可靠性影响的直接分析,实现了系统薄弱环节的快速辨识。
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