极端冰雪灾害下考虑热惯性的综合能源系统韧性提升方法

本发明属于电力系统，涉及电气工程中的极端灾害下韧性提升方法，尤其是极端冰雪灾害下考虑热惯性的综合能源系统韧性提升方法。

背景技术：

1、极端冰雪灾害导致的配电网大规模停电事故频发，造成巨大的经济损失，严重危害人民群众的冷暖安危。遭遇极端冰雪灾害时，由于输电线路暴露在大气中，线路表面结冰过多，极易造成断线事故，导致电力中断。目前针对综合能源系统韧性已有一部分研究。但在以往研究中，韧性提升手段主要集中在电力系统线路加固和修复资源配置上，通过热能等其他形式能源特性提升电力系统韧性的研究还较为匮乏。因此，在遭遇极端冰雪灾害时，如何在综合能源系统中最大限度降低电力断供造成的危害成为研究重点。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的不足，提供一种极端冰雪灾害下考虑热惯性的综合能源系统韧性提升方法。在综合能源系统中，挖掘热能潜力，考虑热能特性对电力系统抵御极端冰雪灾害能力的影响，灾害前通过建筑物储热特性配置建筑物储热量，灾害后闭合联络开关进行拓扑重构，并且优化灾后抢修策略，通过多种手段提升电力系统韧性。

2、为此，本发明采用如下的技术方案：

3、一种极端冰雪灾害下考虑热惯性的综合能源系统韧性提升方法，包括：

4、收集当前极端冰雪灾害的相关参数及综合能源系统的相关参数；

5、基于收集的当前极端冰雪灾害的相关参数及综合能源系统的相关参数模拟冰雪参数并构建极端冰雪灾害下综合能源系统中的电网系统线路故障模型；所述极端冰雪灾害下综合能源系统中的电网系统线路故障模型表示线路覆冰厚度与线路故障概率的关系；

6、基于电网系统线路故障模型构建场景集合；场景集合中，每个场景中包含电网系统的若干线路，且场景中全部线路同时故障的概率大于d；

7、基于构建的场景集合构建综合能源系统韧性提升模型，所述综合能源系统韧性提升模型包含目标函数和约束条件，其中目标函数为最小化极端冰雪灾害发生前若干小时的制热耗电成本和切负荷成本之和以及寻找使得极端冰雪灾害发生后切负荷成本最小值最大的场景发生概率分布；所述场景发生概率为极端冰雪灾害来临时，发生该场景的概率；所述约束条件包括电网系统约束和热网系统约束，电网系统约束包括电网潮流约束、支路功率约束、节点电压约束、联通和辐射状约束和抢修约束；热网约束包括热网潮流约束、建筑物热惯性约束、供回水管道温度约束及建筑物温度约束；

8、结合收集的综合能源系统的相关参数求解构建的综合能源系统韧性提升模型，获得热网系统最优的制热功率及各场景下线路的抢修顺序；

9、基于获得的热网系统最优的制热功率控制综合能源系统并在极端冰雪灾害发生后按照实际断线情况对应的场景下线路的抢修顺序进行抢修，提升综合能源系统韧性。

10、进一步地，所述当前极端冰雪灾害的相关参数包括：电网系统线路环境温度、风速、降水率、冰雪灾害中心位置、冰雪灾害影响半径；综合能源系统的相关参数包括电网系统相关参数和热网系统相关参数，其中，电网系统相关参数包括：单位长度单位时间内线路覆冰载荷变化量、线路电流、线路位置、线路设计载荷、切负荷成本系数、各节点的电负荷、各节点的电压幅值、各节点的流入和流出有功功率、线路的电阻和电抗、各节点的电压幅值的上界和下界、节点间的父子关系、线路的有功功率和无功功率、线路的连接状态、线路的有功功率限值和无功功率限值；热网系统相关参数包括：管道始端和末端的温度、管道的水流量、管道的横截面积及长度，管道的传热系数；管道入口供/回水温度，管道出口供/回水温度、热网供水管道节点的温度及回水管道节点的温度、热网节点的热出力和热负荷以及通过节点的水流量、供水温度上限及下限、回水温度上限及下限、热负荷节点对应的室内温度，建筑物的热阻，建筑物室内空气热容量，建筑物数量，建筑物供暖热功率、建筑物室内最高温度和最低温度以及最舒适温度。

11、进一步地，所述极端冰雪灾害下综合能源系统中的电网系统线路故障模型具体如下：

12、；

13、；

14、

15、为电网线路ij的设计载荷；为t时刻电网线路ij的故障率；为t时刻线路ij的覆冰厚度；xij为线路ij所在位置横坐标；yij为线路ij所在位置纵坐标；为冰雪灾害中心位置横坐标；为冰雪灾害中心位置纵坐标；为冰雪灾害影响半径；le表示电网系统线路集合；a为线路覆冰增长率；t为线路环境温度；v为风速；p为降水率；i为线路电流。

16、进一步地，所述场景集合采用综合范数模糊集表示，如下：

17、；

18、式中：k为离散的场景个数；为第k个场景发生概率；为第k个场景的初始发生概率，场景的初始发生概率基于场景中全部线路同时故障的概率计算获得，其中场景中全部线路同时故障的概率越大，场景的初始发生概率越大；为置信水平。

19、进一步地，所述目标函数表示如下：

20、；

21、；

22、式中：x为第一阶段变量；y为第二阶段变量；k为离散的场景个数；为第k个场景发生概率；为第k个场景；为冰雪灾害发生前若干小时的供热成本；为冰雪灾害发生后切负荷成本；为供热成本系数；为切负荷成本系数；为t时刻制热功率；为t时刻节点i的电负荷；为t时刻节点i的负荷损失率，b为电网节点集合；为第k个场景下的第二阶段变量；为场景集合；为给定一组时优化变量的可行域；t为周期。

23、进一步地，所述联通和辐射状约束表示如下：

24、；

25、；

26、；

27、；

28、；

29、式中：为0-1变量，表示t时刻电网系统节点i和节点j的父子关系，若节点j为节点i的父节点，则；若节点i和节点j不相连，则；为与节点i相邻的节点集合；n为电网节点数量；为t时刻线路ij的连接状态0-1变量；le表示电网系统线路集合；

30、抢修约束表示如下：

31、；

32、；

33、；

34、式中：e表示配电网损坏后对应场景下的故障线路集合；为配电网抵御阶段结束时间，即灾害发生后，电网性能下降后的时刻；为t时刻线路ij的连接状态0-1变量。

35、进一步地，所述建筑物热惯性约束表示如下：

36、

37、式中：为t时刻热负荷节点a对应的室内温度；为热负荷节点a中对应建筑物的热阻；为热负荷节点a对应的建筑物室内空气热容量；为热负荷节点a对应的建筑物数量；为t时刻热负荷节点a对应的建筑物供暖热功率；为热负荷节点集；为时间间隔；为t时刻环境温度。

38、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的极端冰雪灾害下考虑热惯性的综合能源系统韧性提升方法。

39、一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时实现所述的极端冰雪灾害下考虑热惯性的综合能源系统韧性提升方法。

40、一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现所述极端冰雪灾害下考虑热惯性的综合能源系统韧性提升方法的步骤。

41、本发明具有的有益效果如下：

42、本发明考虑建筑物热惯性，在综合能源系统中充分挖掘了热能潜力，灾害前通过建筑物储热特性配置建筑物储热量，灾害后闭合联络开关进行拓扑重构，并且优化灾后抢修策略，通过多种手段提升电力系统韧性。对极端冰雪灾害来临时，提升综合能源系统韧性，降低极端冰雪灾害造成的损失具有重要意义。