含电解水制氢的综合能源系统N-2断线故障的筛选方法与流程

本发明涉及电-气互联综合能源系统运行与检修，并且更具体地，涉及一种含电解水制氢的综合能源系统n-2断线故障的筛选方法。

背景技术：

1、当今社会，能源问题成为学术界与工业界讨论的热点，天然气因其环保高效、储量丰富等优点而受到广泛关注，燃气发电越来越受到重视。随着燃气轮机的大规模并网，电网与气网之间的联系日益紧密。一方面，燃气轮机和电转气(power to gas，p2g)技术的能量转换(本文中p2g技术主要指电解水制氢技术)、气网中管存的时空平移特性为消纳可再生能源以及平抑电网峰谷差提供了新途径；另一方面，电力系统安全性也受到了耦合元件能量转换的影响，气网运行波动可通过耦合元件传递至电网，机组出力发生变化，电网运行受限。因此，如文献一《考虑关键故障筛选的电-气互联综合能源系统混合控制方法》(电网技术2019年1月号第43卷第1期第1212-1217页)所述,开展电-气互联综合能源系统(integrated power and gas energy systems，ipges)安全性分析研究可为未来能源系统的视在运行与进一步发展奠定基础。

2、电力系统可靠性评估必须满足“n-1”基本原则，在此基础上进行的n-2故障检验是进行可靠性评估的关键问题之一。如文献二《基于模糊理论的计及元件危险性因子的n-2故障快速筛选法》(电网技术2017年4月号第41卷第4期第1212-1217页)所述，用解析法进行n-2故障状态枚举的方法准确度最高，但大规模电力系统元件众多，n-2故障组合数目很大，通过状态枚举法进行n-2故障检验的计算量呈几何级数増长，容易引起“维数灾”。有鉴于此，对于大规模的复杂电-气互联综合能源系统而言，对每个n-2故障都进行详细的计算是不必要和不切视在的。文献一提出了一种基于模糊理论和元件危险因子的n-2故障筛选方法，该方法主要根据故障元件对整个系统的可靠性影响的大小来针对n-2故障进行筛选，但并没有考虑所筛选出的n-2故障的发生概率，这将可能导致故障工作把宝贵的计算时间及控制资源浪费在预防发生概率小的n-2故障上，而对一些发生概率大且有一定危害的n-2故障却可能出现漏选的问题。

3、当评估一个电-气互联综合能源系统n-2故障场景发生概率的大小时，需要考虑两方面的问题：第一个故障(首发故障)的发生概率、首发故障发生后再发生第二个故障的概率。但是，通过对现有文献的调研发现：目前缺乏针对电-气互联综合能源系统n-2断线故障筛选问题的研究工作，急需要提出含电解水制氢的综合能源系统n-2断线故障的筛选方法。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种含电解水制氢的综合能源系统n-2断线故障的筛选方法、系统及电子设备。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种含电解水制氢的综合能源系统n-2断线故障的筛选方法，包括：

3、步骤1：考虑首发故障和第二个故障均为输电线路故障的第一n-2故障场景集合，计算第一n-2故障场景集合中每一个n-2故障场景的评估指标，并根据评估指标对第一n-2故障场景集合中的n-2故障场景进行筛选得到需要处理的n-2故障场景，构建需要处理的n-2故障场景集合；

4、步骤2：考虑首发故障和第二个故障均为气网管道故障的第二n-2故障场景集合，计算第二n-2故障场景集合中每一个n-2故障场景的评估指标，根据评估指标对第二n-2故障场景集合中的n-2故障场景进行筛选得到需要处理的n-2故障场景，并将筛选的n-2故障场景添加至需要处理的n-2故障场景集合；

5、步骤3：考虑首发故障输为电线路故障而第二个故障为气网管道故障的第三n-2故障场景集合，计算第三n-2故障场景集合中每一个n-2故障场景的评估指标，根据评估指标对第三n-2故障场景集合中的n-2故障场景进行筛选得到需要处理的n-2故障场景，并将筛选的n-2故障场景添加至需要处理的n-2故障场景集合；

6、步骤4：考虑首发故障为气网管道故障而第二个故障为输电线路故障的第四n-2故障场景集合，计算第四n-2故障场景集合中每一个n-2故障场景的评估指标，根据评估指标对第四n-2故障场景集合中n-2故障场景进行筛选得到需要处理的n-2故障场景，并将筛选的n-2故障场景添加至需要处理的n-2故障场景集合。

7、优选地，所述步骤1具体包括：

8、步骤1.1：根据基于输电线路潮流的输电线路停运概率模型计算每一个输电线路tk，tk∈1,2,…,nt的停运概率其中，nt为输电线路的总数，stk为输电线路tk传输的视在功率；

9、步骤1.2：计算n-1故障场景[tk]后由于潮流转移而造成集合中各输电线路tm的停运概率其中，n-1故障场景[tk]表示输电线路tk的故障，集合表示n-1故障场景[tk]下处于正常运行状态的线路集合，

10、步骤1.3：计算各n-2故障场景[tk,tm]的评估指标其中，n-2故障场景[tk,tm]表示首发故障为输电线路tk的故障，且第二个故障为输电线路tm的故障，计算公式如下：

11、

12、步骤1.4：根据tm的特点，即tm是否为电解水制氢设备和电网之间的连接线路，将[tk,tm]将分为两类，第一类为pitta，表示tm为电解水制氢设备和电网之间的连接线路；第二类为pittb，表示tm不是电解水制氢设备和电网之间的连接线路；

13、步骤1.5：针对pitta，进行如下处理：

14、步骤1.5.1：根据各电解水制氢设备pgr，将pitta细分为其中，中tm为电解水制氢设备pgr和电网之间的连接线路，pgr∈1,2,…,npg，npg为电解水制氢设备的总数；

15、步骤1.5.2：针对每一pgr∈1,2,…,npg，将其中的各n-2故障场景fspgr,t1根据评估指标进行排序，并将排在前nct1位的fspgr,t1加入到需要处理的n-2故障场景集合πc中，其中，为中n-2故障场景的总数，而nct1为预设参数；

16、步骤1.6：针对pittb，将其中的各n-2故障场景fspittbt2根据评估指标进行排序，并将排在前nct2位的fspittbt2加入到需要处理的n-2故障场景集合πc中，其中，t2∈1,2,…,npittb，npittb为pittb中n-2故障场景的总数，而nct2为预设参数。

17、优选地，所述基于线路潮流的线路停运概率模型计算公式如下：

18、

19、其中，均为预设参数，tk为输电线路，为输电线路tk传输的视在功率。

20、优选地，通过以下步骤求解参数atk、btk：

21、当线路基态潮流在正常范围时，获取输电线路tk停运概率统计值的计算公式，如下所示：

22、

23、式中：是输电线路tk的基态潮流越限下阈值；

24、当线路基态潮流达到或者超过输电线路tk的基态潮流越限上阈值时，获取输电线路tk停运概率统计值的计算公式，如下所示：

25、

26、将公式(3)和(4)的停运概率统计值分别代入基于线路潮流的线路停运概率模型，求解出参数

27、优选地，所述输电线路tm停运概率的获取方法，具体包括如下步骤：

28、

29、式中：为首发故障线路，即输电线路tk被切除后输电线路tm的视在功率；为参数，的求解方法与的求解方法相同。

30、优选地，所述步骤2具体包括：

31、步骤2.1：计算对每一个气网管道ps，ps∈1,2,…,np的管道事故率其中，np为管道的总数；

32、步骤2.2：计算n-1故障场景[ps]后集合中各管道ph的管道事故率其中，n-1故障场景[ps]表示管道ps的事故，表示n-1故障场景[ps]下处于正常运行状态的管道集合，

33、步骤2.3：计算各n-2故障场景[ps,ph]的评估指标其中，n-2故障场景[ps,ph]表示首发故障为管道ps的事故，且第二个故障为管道ph的事故，计算公式如下：

34、

35、步骤2.4：根据ph的特点，即ph是否为燃气轮机和气网之间的连接管道，将[ps,ph]将分为两类，第一类为pippa，其中ph为燃气轮机和气网之间的连接管道；第二类为pippb，其中ph不是燃气轮机和气网之间的连接管道；

36、步骤2.5：针对pippa，进行如下处理：

37、步骤2.5.1：根据各燃气轮机gpr，将pitta细分为其中，中ph为燃气轮机gpr和电网之间的连接管道，gpr∈1,2,…,ngp，ngp为燃气轮机的总数；

38、步骤2.5.2：针对每一gpr∈1,2,…,ngp，将其中的各n-2故障场景fsgpr,t3根据评估指标进行排序，并将排在前nct3位的fsgpr,t3加入到需要处理的n-2故障场景集合πc中，其中，为中n-2故障场景的总数，而nct3为预设参数；

39、步骤2.6：针对pippb，将其中的各n-2故障场景fspippbt4根据评估指标进行排序，并将排在前nct4位的fspippbt4加入到需要处理的n-2故障场景集合πc中，其中，t4∈1,2,…,npippb，npippb为pittb中n-2故障场景的总数，而nct4为预设参数。

40、优选地，所述步骤3具体包括：

41、步骤3.1：根据基于输电线路潮流的输电线路停运概率模型计算每一个输电线路tk，tk∈1,2,…,nt的停运概率其中，nt为输电线路的总数，为输电线路tk传输的视在功率；

42、步骤3.2：计算n-1故障场景[tk]各气网管道ps的管道事故率其中，n-1故障场景[tk]表示输电线路tk的故障，ps∈1,2,…,np，np为管道的总数；

43、步骤3.3：计算各n-2故障场景[tk,ps]的评估指标其中，n-2故障场景[tk,ps]表示首发故障为输电线路tk的故障，且第二个故障为气网管道ps的故障，计算公式如下：

44、

45、步骤3.4：根据ps的特点，即其是否为燃气轮机和气网之间的连接管道，将[tk,ps]将分为两类，第一类为pitpa，其中ps为燃气轮机和气网之间的连接管道，第二类为pitpb，其中ps不是燃气轮机和气网之间的连接管道；

46、步骤3.5：针对pitpa，进行如下处理：

47、步骤3.5.1：根据各燃气轮机gpr，将pitpa细分为其中，中ps为燃气轮机gpr和电网之间的连接管道，gpr∈1,2,…,ngp，ngp为燃气轮机的总数；

48、步骤3.5.2：针对每一pgr∈1,2,…,npg，将其中的各n-2故障场景fspgr,t5根据评估指标进行排序，并将排在前nct5位的fspgr,t5加入到需要处理的n-2故障场景集合πc中，其中，为中n-2故障场景的总数，而nct5为预设参数；

49、步骤3.6：针对pitpb，将其中的各n-2故障场景fspitpbt6根据评估指标进行排序，并将排在前nct6位的fspitpbt6加入到需要处理的n-2故障场景集合πc中，其中，t6∈1,2,…,npitpb，npitpb为pitpb中n-2故障场景的总数，而nct6为预设参数。

50、优选地，所述步骤4具体包括：

51、步骤4.1：计算对每一个气网管道ps，ps∈1,2,…,np的管道事故率其中，np为管道的总数；

52、步骤4.2：计算n-1故障场景[ps]后各输电线路tk的停运概率其中，n-1故障场景[ps]表示管道ps的事故，tk∈1,2,…,nt；

53、步骤4.3：计算各n-2故障场景[ps,tk]的评估指标其中，n-2故障场景[ps,tk]表示首发故障为管道ps的事故，且第二个故障为输电线路tk的事故，计算公式如下：

54、

55、步骤4.4：根据tk的特点，即其是否为电解水制氢设备和电网之间的连接线路，将[ps,tk]将分为两类，第一类pipta，其中tk为电解水制氢设备和电网之间的连接线路，第二类piptb，其中tk不是电解水制氢设备和电网之间的连接线路；

56、步骤4.5：针对pipta，进行如下处理：

57、步骤4.5.1：根据各电解水制氢设备pgr，将pipta细分为其中，中tk为电解水制氢设备pgr和电网之间的连接线路，pgr∈1,2,…,npg，npg为电解水制氢设备的总数；

58、步骤4.5.2：针对每一pgr∈1,2,…,npg，将其中的各n-2故障场景fspgr,t7根据评估指标进行排序，并将排在前nct7位的fspgr,t7加入到需要处理的n-2故障场景集合πc中，其中，为中n-2故障场景的总数，而nct7为预设参数；

59、步骤4.6：针对piptb，将其中的各n-2故障场景fspiptbt8根据评估指标进行排序，并将排在前nct8位的fspittbt8加入到需要处理的n-2故障场景集合πc中，其中，t8∈1,2,…,npiptb，npiptb为piptb中n-2故障场景的总数，而nct8为预设参数。

60、根据本发明的又一个方面，提供了一种含电解水制氢的综合能源系统n-2断线故障的筛选系统，包括：

61、第一筛选模块，用于考虑首发故障和第二个故障均为输电线路故障的第一n-2故障场景集合，计算第一n-2故障场景集合中每一个n-2故障场景的评估指标，并根据评估指标对第一n-2故障场景集合中的n-2故障场景进行筛选得到需要处理的n-2故障场景，构建需要处理的n-2故障场景集合；

62、第二筛选模块，用于考虑首发故障和第二个故障均为气网管道故障的第二n-2故障场景集合，计算第二n-2故障场景集合中每一个n-2故障场景的评估指标，根据评估指标对第二n-2故障场景集合中的n-2故障场景进行筛选得到需要处理的n-2故障场景，并将筛选的n-2故障场景添加至需要处理的n-2故障场景集合；

63、第三筛选模块，用于考虑首发故障输为电线路故障而第二个故障为气网管道故障的第三n-2故障场景集合，计算第三n-2故障场景集合中每一个n-2故障场景的评估指标，根据评估指标对第三n-2故障场景集合中的n-2故障场景进行筛选得到需要处理的n-2故障场景，并将筛选的n-2故障场景添加至需要处理的n-2故障场景集合；

64、第四筛选模块，用于考虑首发故障为气网管道故障而第二个故障为输电线路故障的第四n-2故障场景集合，计算第四n-2故障场景集合中每一个n-2故障场景的评估指标，根据评估指标对第四n-2故障场景集合中n-2故障场景进行筛选得到需要处理的n-2故障场景，并将筛选的n-2故障场景添加至需要处理的n-2故障场景集合。

65、根据本发明的又一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现本发明上述任一方面所述的方法

66、本发明针对含电解水制氢的电-气互联综合能源系统n-2断线故障筛选问题，提出将n-2故障筛选分为以下四种不同的情形分别处理：首发故障和第二个故障均为输电线路故障的情形、首发故障和第二个故障均为气网管道故障的情形、首发故障为输电线路故障而第二个故障为气网管道故障的情形、首发故障为气网管道故障而第二个故障为输电线路故障的情形。并且，通过分别计算上述四种不同的情形中每一个n-2故障场景的评估指标后，根据评估指标可以正确筛选出每一个情形中的严重故障。从而能够正确筛选出发生概率较大的电-气互联综合能源系统n-2断线故障，为电-气互联综合能源系统的安全稳定运行提供数据支撑。