一种基于故障耦合传播过程的综合能源系统负荷安全域演变特征生成方法与流程

本发明涉及一种基于故障耦合传播过程的综合能源系统负荷安全域演变特征生成方法，属于综合能源系统安全分析技术领域。

背景技术：

综合能源系统因其环保、能源利用率高，已成为未来能源领域变革的重要发展趋势之一，其中以冷热电联供为代表的冷热电耦合综合能源系统发展迅速。冷热电系统的联合优化可以提高燃料利用效率，节省运行成本，但当前耦合系统能流研究主要针对于电力系统，忽略了耦合系统中各子系统对整个综合能源系统的影响。在综合能源系统中，电力系统与热力系统、天然气通过热电联产单元、燃气轮机、p2g装置、电驱动压缩机、浸入式加热器、水泵等元件联系起来。元件种类相比传统电力系统中的断路器、继保装置等更加丰富，且不同能量系统时间常数不一致，元件物理特性很难在确定性方法中统一起来，同时由于综合能源系统元件的退出或故障所引发的一系列事件同样可能导致整个综合能源系统的崩溃。其中电力与天然气系统间的耦合元件燃气轮机的作用更加突出，其一方面通过天然气系统的供气路径获得机组燃料天然气，另一方面通过将天然气的化学能转化为电能向电力系统注入，一旦燃气轮机部分出现故障，对系统所造成的恶行影响不可估量。在综合能源系统深度耦合的背景下，针对供气、供热、供冷系统中的管网特性、综合能源系统负荷安全域方面的研究还有待深入，只有在深入掌握系统内在规律之后，才能充分了解整个综合能源系统的拓扑变化特征和负荷安全域变化特征，做到综合能源系统的安全高效运行。

本发明基于故障耦合传播下在综合能源系统中考虑故障耦合传播下拓扑的变化，并分析拓扑变化下综合能源系统鞍结分岔演变过程，结合马尔可夫过程中综合能源系统负荷安全域边界变化，分析综合能源系统负荷安全域演变特征，据此提出了一种基于故障耦合传播过程的综合能源系统负荷安全域演变特征生成方法，对于提升综合能源系统运行的安全性、稳定性具有重大意义。

技术实现要素：

针对现今综合能源系统负荷安全域研究领域的不足，本发明介绍了一种基于故障耦合传播过程的综合能源系统负荷安全域演变特征生成方法，首先考虑故障耦合传播下的综合能源系统拓扑变化，基于马尔可夫过程分析综合能源系统拓扑变化特征，同时分析拓扑变化下综合能源系统鞍结分岔演变过程，讨论马尔可夫过程中综合能源系统负荷安全域边界变化，最后得到故障耦合传播下的综合能源系统负荷安全域演变特征。

本发明采用如下技术方案：

一种基于故障耦合传播过程的综合能源系统负荷安全域演变特征生成方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：采集故障耦合传播下的综合能源系统拓扑变化信息；

步骤2：基于马尔可夫过程分析综合能源系统拓扑变化特征；

步骤3：通过故障耦合传播下综合能源系统拓扑变化，分析综合能源系统鞍结分岔演变过程；

步骤4：基于马尔可夫过程得到故障耦合传播下综合能源系统负荷安全域边界变化，得到故障耦合传播下综合能源系统负荷安全域演变特征。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本发明分析流程图。

具体实施方式

本发明在综合能源系统中故障耦合传播背景下，考虑故障耦合传播下拓扑的变化，并分析拓扑变化下综合能源系统鞍结分岔演变过程，结合马尔可夫过程中综合能源系统负荷安全域边界变化，分析综合能源系统负荷安全域演变特征，据此提出了综合能源系统负荷安全域演变特征生成方法，对于提升综合能源系统运行的安全性、稳定性具有重大意义。

本发明包括以下步骤：

步骤1：采集故障耦合传播下的综合能源系统拓扑变化信息

(1)构建正常工作情况下综合能源系统物理拓扑模型。

(2)基于综合能源系统物理拓扑模型以及综合能源各子系统耦合关系，考虑综合能源系统中所有会发生的耦合故障，列举出综合能源系统具有的m条耦合故障演化路径，耦合故障演化路径集合y和耦合故障演化路径yi可表示为

y＝{y1,y2,…,yu}

yi＝{ti1,ti2,…,tiv}

式中tij第i条耦合故障演化路径的第j个故障环节，j＝1,2,…,v。其中，本文将具有v个故障环节的耦合故障演化路径称为v阶段演化路径。

(3)基于m条耦合故障演化路径，分析并记录系统中相应的物理拓扑变化信息。

步骤2：基于马尔可夫过程分析综合能源系统拓扑变化特征

(1)根据步骤一中记录的综合能源系统拓扑变化信息，基于马尔可夫过程分析综合能源系统拓扑变化特征。因为转移过程中的每一个状态的转移概率仅与当前状态有关，而与系统历史状态无关，故系统耦合故障转移过程符合马尔可夫过程特征。

(2)在综合能源系统耦合故障转移过程中，假设耦合故障演化路径y，有v个故障环节，则该演化路径的发生概率为：

p(yi)＝p(ti1)p(ti2)p(ti3)…p(tiv)

式中p(ti)为演化路径yi中初始故障环节的故障概率，p(tij)，(j＞1)为前一个故障发生(即前j-1次故障发生后)的条件下当前故障环节的故障概率。

(3)基于马尔可夫过程的耦合故障演化路径发生的概率，分析系统的薄弱环节，找到系统的薄弱环节及异质能流间的状态转移关系，进而分析得到综合能源系统拓扑变化特征。

步骤3：通过故障耦合传播下综合能源系统拓扑变化，分析综合能源系统鞍结分岔演变过程；

(1)基于故障耦合传播下综合能源系统物理拓扑，构建不同故障演化路径下拓扑的能量网络方程，并得到状态变量的平衡解曲线表达式。

(2)基于平衡解曲线表达式仿真得到平衡解流形，找到平衡解流形曲线上的鞍结分岔点snb1和奇异诱导分岔点sib。

(3)根据综合能源系统状态变量在平衡解流形曲线各分段的变化情况，分析系统在鞍结分岔点snb1附近稳定性，并通过得到的稳定性结论，得到综合能源系统鞍结分岔演变过程。

步骤4：基于马尔可夫过程得到故障耦合传播下综合能源系统负荷安全域边界变化，从而得到故障耦合传播下综合能源系统负荷安全域演变特征。

基于步骤3中平衡解流形曲线，结合故障耦合传播下马尔可夫过程导致的系统物理拓扑变化，得到各故障演变路径下综合能源系统负荷安全域边界的变化，然后将安全域边界变化进行分析，生成故障耦合传播下综合能源系统负荷安全域演变特征。

据此就得到一种基于故障耦合传播过程的综合能源系统负荷安全域演变特征生成方法。

以上实施方案仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种基于故障耦合传播过程的综合能源系统负荷安全域演变特征生成方法，属于综合能源系统安全分析技术领域，具体步骤如下：首先考虑故障耦合传播下的综合能源系统拓扑变化，构建正常工作情况下综合能源系统物理拓扑模型，再基于马尔可夫过程分析综合能源系统拓扑变化特征，同时分析拓扑变化下综合能源系统鞍结分岔演变过程，讨论马尔可夫过程中综合能源系统负荷安全域边界变化，最后生成故障耦合传播下的综合能源系统负荷安全域演变特征。

技术研发人员：马瑞;王大朔;邱小洪;颜宏文
受保护的技术使用者：长沙理工大学
技术研发日：2019.03.11
技术公布日：2019.06.21