本发明涉及多能源系统及其利用领域，具体涉及一种能量枢纽模型的可靠性评估方法及系统。
背景技术：
能源互联网是能源与互联网融合的产物，实现了多种类型能源的开放互联，形成了多能流系统。多能流系统相对于相互独立的单能流系统其优势在于：第一，多种类型能源的开放互联可以更方便的实现能量的梯级利用和能量的统筹管理，从而提高能量利用效率；第二，多能流系统可以充分发挥各种类型能源的使用特点，有利于可再生能源的消纳，实现电网的削峰填谷；第三，多能源的综合利用，提高了能量消费者的用能可靠性；第四，多种能源设施的统筹规划建设可以减少基础设施的重复建设成本。多能流系统作为一种能源利用领域的新理念，它的提出和发展既是能源系统自身发展的趋势也是外部环境和社会对能量利用方式改进的迫切需求。
然而，如何验证能量枢纽的供能可靠性是非常重要的，现有技术中保证多能流系统的供能可靠性的方法还属于空白。
技术实现要素：
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种能量枢纽模型的可靠性评估方法及系统。
本发明提供的技术方案是：一种能量枢纽模型的可靠性评估方法，包括：
根据能量枢纽模型中各能量转换器的故障率和修复率计算每种能量转换器的投产因子；
根据所述投产因子得到能量枢纽的供能能力；
结合所述能量枢纽的供能能力、能量消费者的用能需求以及所述投产因子得到能量枢纽的可靠性。
优选的，所述能量枢纽模型中各能量转换器，包括：
任意两种类型的能量之间的转换关系；其中所述能量包括电能、化学能和热能，所述能量枢纽模型中有32种能量转换器。
优选的，所述根据能量枢纽模型中各能量转换器的故障率和修复率计算每种能量转换器的投产因子，包括：
根据能量枢纽模型中各能量转换器的故障率和修复率计算各能量转换器的工作状态可能性；
根据所述各能量转换器的工作状态可能性计算能源枢纽运行状态的发生概率；
根据所述能源枢纽运行状态的发生概率确认能量枢纽的投产因子。
优选的，所述能量枢纽模型中各能量转换器的故障率和修复率，分别如下式所示：
式中：f：能量枢纽模型中各能量转换器的故障率矩阵；fαβ：能量枢纽模型中各能量转换器的故障率；α和β的取值为e、t和c；e：电能；t：热能；c：化学能；
式中：m：能量枢纽模型中各能量转换器的修复率矩阵；μαβ：能量枢纽模型中各能量转换器的修复率。
优选的，所述各能量转换器工作状态的可能性，包括：
各能量转换器运行的可能性和各能量转换器不运行的可能性；
所述各能量转换器运行的可能性，如下式所示：
式中：rαβ：能量转换器运行的可能性；
所述各能量转换器不运行的可能性，如下式所示：
式中：qαβ：能源转换器不运行的可能性。
优选的，所述根据所述能源枢纽工作状态的发生概率确认能量枢纽的投产因子，如下式所示：
式中：p：投产因子矩阵；
优选的，所述根据所述投产因子得到能量枢纽的供能能力，如下式所示：
式中：s：不同状态下的能量枢纽的供能能力矩阵；
优选的，所述结合所述能量枢纽的供能能力和能量消费者的用能需求以及所述投产因子得到能量枢纽的可靠性，包括：
根据能量枢纽的供能能力和能量消费者的用能需求计算能量枢纽的运行状态；
根据所述能量枢纽的运行状态和所述投产因子得到能量枢纽的可靠性。
优选的，所述根据能量枢纽的供能能力和能量消费者的用能需求计算能量枢纽的运行状态，如下式所示：
bij＝lj≤siji∈[1,…,8],j∈[1,2,3]
式中：bij：能量枢纽的运行状态矩阵；lj：能量消费者的需求矩阵；sij：能量枢纽的供能能力矩阵。
优选的，所述能量消费者的需求矩阵，如下式所示：
l＝[lelclt]
式中：le：能量消费者对电能的需求；lc：能量消费者对化学能的需求；lt：能量消费者对热能的需求。
优选的，所述根据所述能量枢纽的运行状态和所述投产因子得到能量枢纽的可靠性，如下式所示：
式中：pout：能量枢纽的可靠性矩阵；peout：能源枢纽中电能的供能可靠性；pcout：能源枢纽中化学能的供能可靠性；ptout：能源枢纽中热能的供能可靠性；bt：运行状态矩阵的转置；p：投产因子矩阵。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种能量枢纽模型的可靠性评估系统，包括：
计算模块：用于根据能量枢纽模型中各能量转换器的故障率和修复率计算每种能量转换器的投产因子；
处理模块：用于根据所述投产因子得到能量枢纽的供能能力；
分析模块：用于结合所述能量枢纽的供能能力、能量消费者的用能需求以及所述投产因子得到能量枢纽的可靠性。
优选的，所述计算模块，包括：
第一计算单元：用于根据能量枢纽模型中各能量转换器的故障率和修复率计算各能量转换器的工作状态可能性；
第二计算单元：用于根据所述各能量转换器的工作状态可能性计算能源枢纽运行状态的发生概率；
第三计算单元：用于根据所述能源枢纽运行状态的发生概率确认能量枢纽的投产因子。
优选的，所述分析模块，包括：
第四计算单元：用于根据能量枢纽的供能能力和能量消费者的用能需求计算能量枢纽的运行状态；
分析单元：用于根据所述能量枢纽的运行状态和所述投产因子得到能量枢纽的可靠性。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的技术方案，根据能量枢纽模型中各能量转换器的故障率和修复率计算每种能量转换器的投产因子；然后根据投产因子得到能量枢纽的供能能力；结合所述能量枢纽的供能能力、能量消费者的用能需求以及投产因子得到能量枢纽的可靠性，填充了能量枢纽模型可靠性评估的空缺。
附图说明
图1为本发明能量枢纽模型的可靠性评估方法的流程图；
图2为本发明能量枢纽模型的结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
本实施例中提供的一种能量枢纽模型的可靠性评估方法，如图1所示，包括：
根据能量枢纽模型中各能量转换器的故障率和修复率计算每种能量转换器的投产因子；
根据所述投产因子得到能量枢纽的供能能力；
结合所述能量枢纽的供能能力、能量消费者的用能需求以及所述投产因子得到能量枢纽的可靠性。
本实施例中提供的能源枢纽模型具有电能、化学能、热能等三种形式的输入和输出，其运行策略为，输入的电能可以被分为三份，一份直接以电能形式输出，一份通过电能-化学能转换器转化为化学能形式输出，一份通过电能-热能转换器转化为热能形式输出；输入的化学能可以被分为三份，一份直接以化学能形式输出，一份通过化学能-电能转换器转化为电能形式输出，一份通过化学能-热能转换器转化为热能形式输出；输入的热能可以被分为三份，一份直接以热能形式输出，一份通过热能-电能转换器转化为电能形式输出，一份通过热能-化学能转换器转化为化学能形式输出。
本实施例中采用的能源枢纽模型如图1所示。图中e代表电能，t代表热能，c代表化学能，e-t代表电能-热能转换器，e-c代表电能-化学能转换器，e-e代表电能-电能转换器，t-e代表热能-电能转换器，t-c代表热能-化学能转换器，t-t代表热能-热能转换器，c-t代表化学能-热能转换器，c-e代表化学能-电能转换器，c-c代表化学能-化学能转换器。
能源枢纽作为一种多种能源转换设备的抽象模型，其数学表述为耦合矩阵，如式(1-1)所示。
式中cαβ定义为耦合因子，它代表从α类型的能量转换为β类型能量的转换效率。
在能源枢纽模型中，并不是所有类型的能量转换器都会被采用，通过定义故障率模型和修复率模型来判断任意两种类型的能量之间的转换是否发生。
假设能源枢纽的运行行为符合稳态马尔科夫过程，则可参照式(1-1)的形式类似地定义能源枢纽的故障率矩阵(2-1)和修复率矩阵(2-2)。
在实际运行的过程中，并不是所有的能量转换器都会被使用，对于没有运行的能源转换器，设定fαβ等于0，设定μαβ等于1。
能量转换器的工作状态包括：能量转换器运行的可能性和能量转换器不运行的可能性；
能量转换器运行的可能性定义为rαβ，如式(2-3)所示：
能源转换器不运行的可能性定义为qαβ，如式(2-4)所示：
由图2可知，输出端的所有类型的能量都由能源枢纽中输入端的能量联系在一起，其中有些联系是直接的，有些联系是间接的。能源枢纽中所有的能量转换方式在实际应用中都可能处于运行或不运行状态，因此，本实施例中，仅就输出同一种类型的能源转换器来讨论，可以归纳出八种可能的运行状态，如表1所示。表中，τeβ、τtβ、τcβ分别代表输入为电能、热能、化学能输出都为β类型能的能量转换器。
表1中所列出的运行状态发生概率将通过故障率和修复率来计算。
本实施例中提供了针对状态3：τeβ运行，τtβ运行，τcβ不运行，即在图1中输入为电能的三种能量转换器e-e、e-c和e-t都运行，输入为热能的三种能量转换器t-t、t-c和t-e都运行，输入为化学能的三种能量转换器c-c、c-e和c-t都不运行，发生状态3的概率如式(3-1)所示：
表1能源枢纽的运行状态
通过故障率和修复率，可以定义出能量枢纽中各能量转换器的投产因子，通过投产因子可以反映出能源枢纽中各能量转换器设施的可靠性，其中如果有能量不经过能量转换器而直接从能源枢纽的入口端连接到输出端则认为该能量传输的可靠性为100％。一个能量枢纽的投产因子矩阵可写为p，即理论上能量枢纽模型的工作状态，如式(4-1)所示。
式中：
能源枢纽的一种运行状态是否可靠与该运行状态下的供能能力与能量消费者的能量需求有关。于是，需要定义一个能量枢纽各能量转换器的供能能力矩阵
通过表1和各能量转换器的供能能力矩阵可得能量枢纽在不同运行状态下的供能能力矩阵s,如式(4-3)所示。
供能能力矩阵有8行3列，每行对应于一种可能的工作状态，矩阵中的每个元素表示在该工作状态下能量枢纽对特定能量的输出能力，例如第二行第二列表示，在e-c不运行，c-c运行，t-c运行的状态下，能量枢纽所能提供化学能的输出能力。
s矩阵和p矩阵的元素的含义是一一对应的。p矩阵第一列表示输出电能的能量转换器的8种状态，第二列表示输出化学能的能量转换器的8种状态，第三列表示输出热能的能量转换器的8种状态；每一列的p值之和应为1。
一个能够成功供能的运行状态一定需要满足的条件是：该状态下能量枢纽的供能能力要等于或大于能量消费者的需求，因此需要建立一个由布尔变量组成的矩阵b来存储实际中所有可能发生的运行状态，如式(4-4)所示，定义一个能量消费者的需求矩阵l：
l＝[lelclt](4‐4)
其中le、lc、lt分别代表能量消费者对电能、化学能、热能的需求。
b定义为式(4-5)，称为运行状态矩阵，当满足能量枢纽的供能能力等于或大于能量消费者的需求时，b的值为1；否则为0。
bij＝lj≤siji∈[1,…,8],j∈[1,2,3](4‐5)
最后，通过能量枢纽的投产因子矩阵和运行状态矩阵，可得能量枢纽模型的可靠性矩阵，如式(4-6)所示，
其中peout、pcout、ptout分别代表该能源枢纽的电能、化学能和热能的供能可靠性指标，bt：运行状态矩阵的转置。
本实施例还可以拓展到能量枢纽模型的优化配置方法，能源枢纽的配置方式的成功与否同时取决于能源枢纽的各种能量转换器的供能能力和能量消费者对各种能量的需求能力，只要能量消费者对能量的需求能力低于能源枢纽的供能能力，则这种配置方式的能源枢纽是成功的。
基于同一发明构思，本实施例中还提供了一种能量枢纽模型的可靠性评估系统，包括：
计算模块：用于根据能量枢纽模型中各能量转换器的故障率和修复率计算每种能量转换器的投产因子；
处理模块：用于根据所述投产因子得到能量枢纽的供能能力；
分析模块：用于结合所述能量枢纽的供能能力、能量消费者的用能需求以及所述投产因子得到能量枢纽的可靠性。
实施例中，所述计算模块，包括：
第一计算单元：用于根据能量枢纽模型中各能量转换器的故障率和修复率计算各能量转换器的工作状态可能性；
第二计算单元：用于根据所述各能量转换器的工作状态可能性计算能源枢纽运行状态的发生概率；
第三计算单元：用于根据所述能源枢纽运行状态的发生概率确认能量枢纽的投产因子。
实施例中，所述分析模块，包括：
第四计算单元：用于根据能量枢纽的供能能力和能量消费者的用能需求计算能量枢纽的运行状态；
分析单元：用于根据所述能量枢纽的运行状态和所述投产因子得到能量枢纽的可靠性。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。