考虑多类型极端灾害的综合能源系统韧性评估技术（2023.10）-26页_14mb

综合能源系统韧性评估技术总结

核心内容

本研究针对多类型极端灾害对综合能源系统（电/气/热）的威胁，提出了一种考虑多类型极端灾害的综合能源系统韧性评估技术。该技术通过构建多类型灾害场景数据库、改进电气负荷削减算法和基于影响增量的韧性评估方法，全面评估系统在极端灾害下的韧性水平，并为韧性提升提供科学依据。

主要观点

1. 极端灾害对能源系统的影响

   • 极端灾害频发，对能源系统安全可靠供能构成重大威胁。
   • 极端灾害可能造成故障在不同能源系统间传播，扩大事故影响，甚至导致多种能源供应同时中断。

2. 多类型灾害建模

   • 台风建模：基于组合权举法生成台风场景集，利用Batts风场理论和微元法计算架空线路的失效概率。
   • 地震建模：参考《中国地震动参数区划图》，采用三级潜在震源区划分方案，通过等烈度线椭圆群计算架空线路、变压器和燃气管道的失效概率。

3. 电气负荷削减改进算法

   • 构建解耦优化框架，对电网和气网进行交替优化，直至燃气电厂供气负荷削减量小于阈值。
   • 提出气网两阶段优化模型，第一阶段采用混合整数线性规划模型，第二阶段基于非线性连续模型进行修正，提升求解效率和精度。

4. 韧性评估方法

   • 基于影响增量的韧性评估方法（IISE）：通过将高阶故障状态的影响折算至低阶状态，实现单次状态分析覆盖多个系统状态，显著提升评估效率。
   • 基于复用影响增量库的韧性评估方法：影响增量作为中间值，具有可重复使用的特点，通过预先构建影响增量库，可大幅提高韧性评估速度。

5. 韧性提升方法

   • 基于全局灵敏度分析，评估不同参数变化对韧性指标的影响，指导精准的韧性提升策略。
   • 提出三种韧性提升方案，分别基于全局灵敏度、局部灵敏度和简单相加方法，验证了全局灵敏度方法的准确性与有效性。

关键信息

• 台风场景建模：

  • 台风基础参数包括登陆点、行进方向、初始中心气压差和行进速度。
  • 登陆点沿海岸线均匀分布，行进方向服从双正态分布，初始中心气压差和行进速度服从对数正态分布。

• 地震场景建模：

  • 采用三级潜在震源区划分方案，枚举震级档和潜在震中点生成地震场景集。
  • 地震烈度分布以椭圆群形式表示，用于计算不同元件的失效概率。

• 韧性指标计算：

  • 包括两种参数：极端灾害下元件故障概率 $P_W$ 和系统负荷削减量 $Q_W$。
  • 韧性指标 $R_{sys}$ 用于全面评估系统抵御极端灾害的能力，$R_m$ 和 $C_m$ 用于指导韧性提升方案。

• 韧性评估流程：

  • 确定研究区域的主要灾害类型及年发生频次。
  • 构建多类型灾害场景数据库（DSD）和复用影响增量库（RIID）。
  • 调取 $F$ 和 $\Delta I$ 计算韧性指标，并通过场景权重 $\mathcal{W}$ 评估系统韧性水平。

• 算例分析：

  • 以台湾临海地震区为算例，生成10000个台风场景和13806个地震场景。
  • 应用MCS、SE和IISE方法计算韧性指标，结果显示IISE法误差远低于SE法，且计算时间显著减少。
  • 方案1~3的韧性提升效果表明，基于全局灵敏度的方法在提升韧性方面更为有效。

评估方法对比

参考文献

1. Liu Zeyu, Li Hang, Hou Kai*, et al. Risk assessment and alleviation of regional integrated energy system considering cross-system failures [J], Applied energy, 2023, 350: 121714.
2. Wang Han, Hou Kai*, Zhao Junbo, et, al. Planning-Oriented resilience assessment and enhancement of integrated electricity-gas system considering multi-type natural disasters [J]. Applied Energy, 2022, 315: 118824.
3. Liu Xiaonan, Hou Kai*, Jia Hongjie, et, al. A Planning-Oriented Resilience Assessment Framework for Transmission Systems under Typhoon Disasters [J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2020, 11(6): 5431-5441.
4. Liu Xiaonan, Hou Kai*, Jia Hongjie, et al. A resilience assessment approach for power system from perspectives of system and component levels [J]. International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2020, 118: 105837.
5. Zhao Ningyuan, Yu Xiaodan, Hou Kai*, et, al. Full-time scale resilience enhancement framework for power transmission system under ice disasters [J]. International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2021, 126: 106609.
6. Lei Yunkai, Hou Kai*, et al. A New Reliability Assessment Approach for Integrated Energy Systems: Using Hierarchical Decoupling Optimization Framework and Impact-increment Based State Enumeration Method, Applied energy, 2018, 210: 1237-1250.
7. Liu Zeyu, Hou Kai*, et al. A Lagrange multiplier based state enumeration reliability assessment for power systems with multiple types of loads and renewable generations [J], IEEE Transactions on Power Systems, 2021.
8. Liu Zeyu, Tang Putting, Hou Kai*, et al. A Lagrange-multiplier-based reliability assessment power systems considering topology and injection uncertainties[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2023.
9. 王晗, 侯恺*, 等. 计及地震灾害不确定性的电气互联系统韧性评估与提升方法[J]. 中国电机工程学报, 2022, 42(03):853-864.
10. 王晗, 侯恺*, 等. 基于全局灵敏度分析的电气互联系统韧性提升方法[J]. 电力系统自动化, 2023.