本发明涉及一种综合能源系统中可再生能源全部消纳的失效计算方法，属于综合能源系统运行和规划技术领域。
背景技术：
随着间歇性可再生能源的快速发展，电力系统面临越来越多的不确定性因素。尽管我国近年来不断出台支持新能源消纳的政策，国家能源局近日发布的数据却显示，弃风问题不但未能有效解决，反而随着装机容量的上升，呈现愈演愈烈态势，成为阻碍我国新能源产业健康发展的一个顽疾。十三五期间，我国风电发电装机规模还将进一步扩大，间歇性可再生能源消纳面临更大压力。来自国家能源局的报告，2016年，西北五省(区)新增风电并网容量681.3万千瓦，截至2016年年底，累计并网容量4329万千瓦，占全网总装机的19.6％。2016年，风电发电量524.64亿千瓦时，占全网总发电量的8.4％；利用小时数1424小时，弃风电量262.25亿千瓦时，弃风率33.34％。西北五省(区)中，甘肃、新疆、宁夏风电运行形势最为严峻，弃风率依次为43.11％、38.37％和13.05％。此外，陕西弃风率为6.61％，青海未发生弃风限电现象。综合能源系统运行和规划中，准确地评估电力系统消纳可再生能源出力能力具有重要工程意义。间歇性可再生能源全额消纳失效概率计算不仅需要考虑可再生能源随机性出力和冷热电气负荷等变量的不确定性，还需要考虑冷热电多能变量的相关关系。此外，外部电网消纳可再生能源容量的上限与综合能源系统中的风光发电量及热电负荷也具有显著的相关性。
技术实现要素：
本发明的目的是提出一种综合能源系统中可再生能源全部消纳的失效计算方法，以克服现有随机模拟方法计算失效概率的不足之处，满足含高比例随机波动风电和不确定性负荷的综合能源系统的分析、运行与规划要求。
本发明提出的综合能源系统中可再生能源全部消纳的失效计算方法，包括以下步骤：
(1)在一个时间段内，分别采集接入综合能源系统的m个风电场的m个有功功率、接入综合能源系统的n个建筑物供暖系统的n个热负荷功率和接入综合能源系统的n个建筑物供电系统的n个电负荷功率；定义接入综合能源系统的热电联产系统的发电和风电场的发电为可再生能源，从综合能源系统并入的外部电网获取该时间段内可再生能源的消纳功率上限，设定：外部电网与综合能源系统之间有一个并网点，该并网点对应一个消纳功率上限变量数据；
(2)根据上述步骤(1)采集的变量数据，采用参数估计方法，分别计算每个风电场有功功率的边缘累积概率分布函数和概率分布类型，分别计算每个建筑物供暖系统热负荷功率的边缘累积概率分布函数和概率分布类型，分别计算每个建筑物供电系统电负荷功率的边缘累积概率分布函数和概率分布类型，计算外部电网与综合能源系统之间并网点可再生能源的消纳功率上限的边缘累积概率分布函数和概率分布类型；
(3)采用假设检验方法，分别对上述步骤(2)计算得到的边缘累积概率分布函数和概率分布类型进行假设检验，若通过假设检验，则进行步骤(4)，若未通过假设检验，则返回步骤(2)；
(4)根据上述步骤(1)采集的变量数据，组成一个矩阵，该矩阵的行数为采集变量数据的个数，矩阵的列数表示变量的个数，变量的个数为：m+n+n+1，计算该矩阵的平均值mu、标准方差var和相关系数矩阵r；
(5)根据上述步骤(3)得到的概率分布类型和上述步骤(4)得到的标准方差var和相关系数矩阵r，利用概率等效变化方法，计算与上述步骤(3)的边缘累积概率分布函数等效的正态分布相关系数矩阵r0和下三角矩阵l0：
r0＝t(r,var)
其中，t(·)表示等效变换公式
(6)从接入综合能源系统的热电联产系统获得热电比，建立可再生能源被外部电网全部消纳的极限状态方程gpower如下：
其中：pgrid为外部电网消纳可再生能源的消纳功率上限，pi,wind为第i个风电场的有功功率，qi,load为第i个建筑物的热负荷功率，pi,load表示第i个建筑物的电负荷功率，c表示热电联产系统的热电比；
(7)根据步骤(5)得到的下三角矩阵l0和步骤(6)得到的极限状态方程，利用一次可靠度方法，以上述步骤(4)得到的矩阵平均值mu为初始值，计算得到可靠度指标β；
(8)根据上述步骤(7)得到的可靠度指标β，计算得到综合能源系统中可再生能源全部消纳的失效概率pf：
pf＝φ(-β)
其中，φ为标准正态累计概率分布的运算符号。
本发明提出的综合能源系统中可再生能源全部消纳的失效计算方法，其优点是：
本发明的综合能源系统中可再生能源全部消纳的失效计算方法，考虑了不确定性和相关性对间歇性可再生能源消纳的影响，建立了准确的综合能源系统不确定性数学模型。外部电网的消纳上限被认为是一个不确定性随机变量，使得计算结果更加贴近实际。采用结构安全度委员会推荐的基于迭代算法(hasofer-lind-rackwitz-fiessler)的设计点搜索方法，能够准确计算外部电网无法全部消纳间歇性可再生能源的失效概率。失效概率指标结合其他重要经济和环境指标，可以帮助统运营商针对综合能源系统、热电联产系统和电力系统现状做出更加合理的规划方案和运行策略。
具体实施方式
本发明提出的综合能源系统中可再生能源全部消纳的失效计算方法，包括以下步骤：
(1)在一个时间段内，分别采集接入综合能源系统的m个风电场的m个有功功率、接入综合能源系统的n个建筑物供暖系统的n个热负荷功率和接入综合能源系统的n个建筑物供电系统的n个电负荷功率；定义接入综合能源系统的热电联产系统的发电和风电场的发电为可再生能源，从综合能源系统并入的外部电网获取该时间段内可再生能源的消纳功率上限，设定：外部电网与综合能源系统之间有一个并网点，该并网点对应一个消纳功率上限变量数据；
(2)根据上述步骤(1)采集的变量数据，采用参数估计方法，分别计算每个风电场有功功率的边缘累积概率分布函数和概率分布类型，分别计算每个建筑物供暖系统热负荷功率的边缘累积概率分布函数和概率分布类型，分别计算每个建筑物供电系统电负荷功率的边缘累积概率分布函数和概率分布类型，计算外部电网与综合能源系统之间并网点可再生能源的消纳功率上限的边缘累积概率分布函数和概率分布类型；
(3)采用假设检验方法，分别对上述步骤(2)计算得到的边缘累积概率分布函数和概率分布类型进行假设检验。假设检验可以有多种方法，当边缘累积概率分布函数是正态分布时，可以采用柯尔莫可洛夫-斯米洛夫检验(kolmogorov–smirnovtest)方法检验；边缘累积概率分布函数是非正态分布时，采用贝叶斯理论进行假设检验(参考文献姜培华,范国良.几种非正态总体未知参数的贝叶斯假设检验问题[j].南通大学学报(自然科学版),2013,(01):82-86.)。若通过假设检验，则进行步骤(4)，若未通过假设检验，则返回步骤(2)；
(4)根据上述步骤(1)采集的变量数据，组成一个矩阵，该矩阵的行数表示采集变量数据的个数，同一时间段内的变量数据个数一致，矩阵的列数表示变量的个数，变量的个数为：m+n+n+1，即m个风电场+n个建筑物电负荷+n个建筑物热负荷+1个消纳功率上限变量，计算该矩阵的平均值mu、标准方差var和相关系数矩阵r，体现了综合能源系统的相关性；
(5)根据上述步骤(3)得到的概率分布类型和上述步骤(4)得到的标准方差var和相关系数矩阵r，利用概率等效变化方法，计算与上述步骤(3)的边缘累积概率分布函数等效的正态分布相关系数矩阵r0和下三角矩阵l0：
r0＝t(r,var)
其中，t(·)表示等效变换公式(可参考文献liu,p.l.andderkiureghian,a.,multivariatedistributionmodelswithprescribedmarginalsandcovariances.probabilisticengineeringmechanics,1986.1(2):pp.105–112.)，
(6)从接入综合能源系统的热电联产系统(以热定电方式运行)获得热电比，建立可再生能源被外部电网全部消纳的极限状态方程gpower如下：
其中：pgrid为外部电网消纳可再生能源的消纳功率上限，pi,wind为第i个风电场的有功功率，qi,load为第i个建筑物的热负荷功率，pi,load表示第i个建筑物的电负荷功率，c表示热电联产系统的热电比；
(7)根据步骤(5)得到的下三角矩阵l0和步骤(6)得到的极限状态方程，利用一次可靠度方法，采用结构安全度委员会(jointcommitteeofstructuresafety，jcss)推荐的基于迭代算法(hasofer-lind-rackwitz-fiessler)的设计点搜索方法，以上述步骤(4)得到的矩阵平均值mu为初始值，计算得到可靠度指标β，即hasofer–lindreliability指标。
(8)根据上述步骤(7)得到的可靠度指标β，计算得到综合能源系统中可再生能源全部消纳的失效概率pf：
pf＝φ(-β)
其中，φ为标准正态累计概率分布的运算符号。