一种考虑天然气供应的电力系统可靠性评估方法和装置与流程

1.本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种考虑天然气供应的电力系统可靠性评估方法和装置。


背景技术：

2.发输电组合系统的可靠性研究是考虑电源到负荷之间各种设备的实际运行条件和系统的约束下，对发输电组合系统的可靠性进行的定量评估，属于电力系统可靠性研究的重要组成部分。该研究可为电力系统的规划及运行提供决策依据，使电力系统能够经济地、连续地和高质量地供应电力。
3.由于电力与天然气系统的高度耦合，气电耦合系统的供电可靠性评估与传统电力系统供电可靠性评估存在差异。而现有技术在对电力系统进行研究和分析时，忽略了天然气系统对配电网的影响，从而影响对电力系统可靠性评估的准确性。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种考虑天然气供应的电力系统可靠性评估方法和装置，通过对天然气管网系统进行建模，量化了天然气管网系统对电力系统的影响，提高了评估的准确性。
5.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种考虑天然气供应的电力系统可靠性评估方法，包括：
6.获取天然气管网系统的元件信息和线路信息；
7.根据所述元件信息和所述线路信息，基于最小连集确定天然气管网系统的最小割集，并通过所述最小割集，构建天然气管网系统模型；所述天然气管网系统模型由若干最小割集串联而成；每一割集包括若干输气线路；
8.对所述天然气管网系统模型进行若干次蒙特卡洛模拟，分别计算各输气线路发生供气波动事件时的输气损失量；
9.根据各所述输气损失量，计算所述电力系统各节点处燃气机组在发生供气波动事件时的发电功率，进而获得所述电力系统的备用容量；其中，所述天然气管网系统的输出端与所述电力系统的输入端连接；每一输气线路对应所述电力系统的一燃气机组；
10.根据所述电力系统的备用容量，确定所述电力系统各节点处的电力负荷；并根据所述电力系统各节点处的电力负荷，计算所述电力系统的可靠性指标，以获得所述电力系统的可靠性评估结果；其中，所述可靠性指标包括系统电力不足期望值、系统严重程度指标和供电可用率。
11.作为优选方案，所述构建天然气管网系统模型，具体为：
12.根据气源点到负荷的供气路径构建若干最小连集；其中，所述最小连集为保证所述天然气管网系统处于正常工作状态的最小元件集合；
13.以所述气源点作为根节点，以所述最小连集作为搜索树的树枝，对所述天然气管网系统建立从气源点到负荷点的搜索树，进而构建相应的连集矩阵：
[0014][0015]
其中，所述连集矩阵的列序号n对应所述天然气管网系统的各网络支路，所述连集矩阵的行序号m对应各最小连集；所述连集矩阵中的元素t
mn
为1时表示列支路n在最小连集m内，所述连集矩阵中的元素t
mn
为0时表示列支路n不在连集m内；
[0016]
根据所述连集矩阵，确定若干不同阶数的最小割集，进而获得所述天然气管网系统模型；其中，所述天然气管网系统模型由阶数从低到高的最小割集依次串联而成。
[0017]
作为优选方案，所述分别计算各输气线路发生供气波动事件时的输气损失量，具体为：
[0018]
计算最小割集r的备用容量：
[0019][0020]
其中，tr为最小割集r内所有的输气线路的集合，c
l
为输气线路l的最大允许输气容量，s
l
为线路l当前进行的输气任务；
[0021]
根据所述最小割集r的备用容量，计算在第i次蒙特卡洛模拟线路l在最小割集r中经比例分配后计算得到的输气损失贡献值
[0022][0023]
其中，为第i次蒙特卡洛模拟时线路l未经比例分配前由于元件故障导致的削减气量；
[0024]
对所有最小割集进行遍历，计算各输气线路发生供气波动事件时的输气损失量：
[0025][0026][0027]
其中，l1为第一线路，所述第一线路为在不少于两个最小割集中出现的线路，l2为第二线路，所述第二线路为仅在一个最小割集中出现的线路；为第i次模拟中第一线路l1经过比例分配后最终确定的输气损失量，r为最小割集的总数，为第i次模拟中第二线路l2经过比例分配后最终确定的输气损失量，为第i次模拟中线路l2未经比例分配前由于元件故障导致的削减天然气气量，cr为只在最小割集r里出现的所有线路的集合，er为在最小割集r中所有在其它最小割集也会出现的线路集合。
[0028]
作为优选方案，所述计算所述电力系统各节点处燃气机组在发生供气波动事件时
的发电功率，具体为：
[0029]
所述发电功率根据下式进行获取：
[0030][0031]
其中，wg为发生的供气波动事件，为所述电力系统第k个节点处燃气机组在发生供气波动事件wg时的发电功率，hg为天然气的热值，ηg为燃气机组的发电效率。
[0032]
作为优选方案，所述获得所述电力系统的备用容量，具体为：
[0033]
所述电力系统的备用容量g
sp
根据下式进行获取：
[0034][0035]
其中，为所述电力系统第k个节点处燃煤机组的最大发电功率，为所述电力系统第k个节点处燃气机组在发生供气波动事件wg时的发电功率，为初始状态节点k处的电力负荷，ns为电力系统的节点个数。
[0036]
作为优选方案，所述根据所述电力系统的备用容量，确定所述电力系统各节点处的电力负荷，具体为：
[0037]
当所述电力系统的备用容量大于等于零时，所述电力系统第k个节点处发生供气波动事件wg时的电力负荷为：
[0038][0039]
当所述电力系统的备用容量小于零时，所述电力系统第k个节点处发生供气波动事件wg时的电力负荷为：
[0040][0041]
作为优选方案，所述系统电力不足期望值具体为：
[0042][0043]
其中，edns为所述系统电力不足期望值，用于表征发生供气波动事件时所述电力系统的电力负荷损失量，为初始状态节点k处的电力负荷，为所述电力系统第k个节点处发生供气波动事件wg时的电力负荷；
[0044]
所述系统严重程度指标具体为：
[0045][0046]
其中，si为所述系统严重程度指标，用于表征电力系统在负荷点处发生故障时切除的电力负荷和未发生故障时的电力负荷之比，l
total
为所述电力系统的总电力负荷，t为故
障发生至修复的时间；
[0047]
所述系统供电可用率具体为：
[0048][0049]
其中，sa为所述电力系统可使用的电力裕度。
[0050]
相应的，本发明实施例还提供了一种考虑天然气供应的电力系统可靠性评估装置，包括获取模块、模型构建模块、模拟模块、备用容量计算模块和可靠性评估模块；其中，
[0051]
所述获取模块用于获取天然气管网系统的元件信息和线路信息；
[0052]
所述模型构建模块用于根据所述元件信息和所述线路信息，基于最小连集确定天然气管网系统的最小割集，并通过所述最小割集，构建天然气管网系统模型；所述天然气管网系统模型由若干最小割集串联而成；每一割集包括若干输气线路；
[0053]
所述模拟模块用于对所述天然气管网系统模型进行若干次蒙特卡洛模拟，分别计算各输气线路发生供气波动事件时的输气损失量；
[0054]
所述备用容量计算模块用于根据各所述输气损失量，计算所述电力系统各节点处燃气机组在发生供气波动事件时的发电功率，进而获得所述电力系统的备用容量；其中，所述天然气管网系统的输出端与所述电力系统的输入端连接；每一输气线路对应所述电力系统的一燃气机组；
[0055]
所述可靠性评估模块用于根据所述电力系统的备用容量，确定所述电力系统各节点处的电力负荷；并根据所述电力系统各节点处的电力负荷，计算所述电力系统的可靠性指标，以获得所述电力系统的可靠性评估结果；其中，所述可靠性指标包括系统电力不足期望值、系统严重程度指标和供电可用率。
[0056]
作为优选方案，所述模型构建模块构建天然气管网系统模型，具体为：
[0057]
所述模型构建模块根据气源点到负荷的供气路径构建若干最小连集；其中，所述最小连集为保证所述天然气管网系统处于正常工作状态的最小元件集合；
[0058]
以所述气源点作为根节点，以所述最小连集作为搜索树的树枝，对所述天然气管网系统建立从气源点到负荷点的搜索树，进而构建相应的连集矩阵：
[0059][0060]
其中，所述连集矩阵的列序号n对应所述天然气管网系统的各网络支路，所述连集矩阵的行序号m对应各最小连集；所述连集矩阵中的元素t
mn
为1时表示列支路n在最小连集m内，所述连集矩阵中的元素t
mn
为0时表示列支路n不在连集m内；
[0061]
根据所述连集矩阵，确定若干不同阶数的最小割集，进而获得所述天然气管网系统模型；其中，所述天然气管网系统模型由阶数从低到高的最小割集依次串联而成。
[0062]
作为优选方案，所述模拟模块分别计算各输气线路发生供气波动事件时的输气损失量，具体为：
[0063]
所述模拟模块计算最小割集r的备用容量：
[0064][0065]
其中，tr为最小割集r内所有的输气线路的集合，c
l
为输气线路l的最大允许输气容量，s
l
为线路l当前进行的输气任务；
[0066]
根据所述最小割集r的备用容量，计算在第i次蒙特卡洛模拟线路l在最小割集r中经比例分配后计算得到的输气损失贡献值
[0067][0068]
其中，为第i次蒙特卡洛模拟时线路l未经比例分配前由于元件故障导致的削减气量；
[0069]
对所有最小割集进行遍历，计算各输气线路发生供气波动事件时的输气损失量：
[0070][0071][0072]
其中，l1为第一线路，所述第一线路为在不少于两个最小割集中出现的线路，l2为第二线路，所述第二线路为仅在一个最小割集中出现的线路；为第i次模拟中第一线路l1经过比例分配后最终确定的输气损失量，r为最小割集的总数，为第i次模拟中第二线路l2经过比例分配后最终确定的输气损失量，为第i次模拟中线路l2未经比例分配前由于元件故障导致的削减天然气气量，cr为只在最小割集r里出现的所有线路的集合，er为在最小割集r中所有在其它最小割集也会出现的线路集合。
[0073]
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
[0074]
本发明实施例提供了一种考虑天然气供应的电力系统可靠性评估方法和装置，所述方法包括：获取天然气管网系统的元件信息和线路信息；根据所述元件信息和所述线路信息，基于最小连集确定天然气管网系统的最小割集，并通过所述最小割集，构建天然气管网系统模型；所述天然气管网系统模型由若干最小割集串联而成；每一割集包括若干输气线路；对所述天然气管网系统模型进行若干次蒙特卡洛模拟，分别计算各输气线路发生供气波动事件时的输气损失量；根据各所述输气损失量，计算所述电力系统各节点处燃气机组在发生供气波动事件时的发电功率，进而获得所述电力系统的备用容量；其中，所述天然气管网系统的输出端与所述电力系统的输入端连接；每一输气线路对应所述电力系统的一燃气机组；根据所述电力系统的备用容量，确定各节点处电力负荷；并根据所述各节点处电力负荷，计算所述电力系统的可靠性指标，以获得所述电力系统的可靠性评估结果；其中，所述可靠性指标包括系统电力不足期望值、系统严重程度指标和供电可用率。相比于现有技术，通过对天然气管网系统建立模型，计算出电力系统的天然气各节点处燃气机组在发生供气波动事件时的发电功率，推导出各节点的发电功率，实现了天然气管网系统对电力
系统的影响的量化，还进一步考虑了天然气管网系统发生供气波动事件(例如故障)的情况下对电力系统的可靠性进行评估，提高了评估的准确性。
附图说明
[0075]
图1：为本发明提供的考虑天然气供应的电力系统可靠性评估方法的一种实施例的流程示意图。
[0076]
图2：为本发明提供的最小割集连接方式的一种实施例的等效示意图。
[0077]
图3：为本发明提供的天然气管网系统和ieee 14节点系统的拓扑示意图。
[0078]
图4：为本发明提供的天然气管网系统和ieee 14节点系统的简化拓扑示意图。
[0079]
图5：为本发明提供的考虑天然气供应的电力系统可靠性评估装置的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0080]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0081]
实施例一:
[0082]
请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种考虑天然气供应的电力系统可靠性评估方法，包括步骤s1至s5，其中，
[0083]
步骤s1，获取天然气管网系统的元件信息和线路信息。
[0084]
在本实施例中，线路信息包括各供气通路，元件与元件之间即为一条通路。供气的起点为气源点，终点为负荷点。本实施例的天然气管网系统与电力系统连接，电力系统为天然气管网系统的负荷侧。元件的信息包括元件的类型，元件的类型可以划分为气源、管道和站场三类。其中，将天然气供应链中的站场按照功能可以分为压气站、压气分输站和分输站。压气站以及压气分输站均有天然气压缩机，维持管线输气压力等级。分输站和压气分输站则实现气体杂质的过滤以及分离，以保障管线的输气质量。而天然气管网系统中，压缩机则类似于电网中的升压变压器，用于提升输气线路的压力等级。天然气的运输过程较长，因此在输送过程中气流会和管壁产生摩擦从而产生一部分压力损耗，为了补偿这部分压力，每条输气管线相隔一段距离就会设置压缩机来维持天然气网中的压力。因此，当压缩机受到自然灾害破坏时，与其直接相连的上下游管道气压差发生变化，与该压气站或压气分输站相连管道的输气能力下降，下降程度由压缩机组的破坏程度而定。分输站可以实现气体杂质的过滤和分离，并对气体进行加热，若分输站发生破坏，会使用户侧的天然气质量下降，有效气量大打折扣。因而可认为这类元件的输气能力下降一定的比例。
[0085]
元件的类型还包括管道，天然气管网系统中的管道则类似于电网中的输电线，输电线可以输送电流，而天然气管道则可以输送一次能源天然气。天然气管道直径和管道长度等实际参数可以从工业界的统计数据中得到。当天然气管网发生破裂、泄露等故障或其他供气波动事件，认为该输气管道将无法完成输气任务，也即发生这些事件后，管道的输气能力变为0。
[0086]
元件的类型还包括气源，宏观层面的因素主要影响了管网系统的供气量，而不会改变管网系统的拓扑结构和设备元件的失效概率。例如当全球变暖的趋势日渐严峻，政府将会限制各大化工、冶金等企业甚至居民的用气量，致使供应链的供应部分和分销部分受到约束；当经济环境发生波动，天然气价格上涨，人们将会寻找资源来替代天然气，相当于天然气管网系统中的气源的供气量减少，气源的供气量则相应可以通过与一个系数相乘来表征供气量的减少。
[0087]
步骤s2，根据所述元件信息和所述线路信息，基于最小连集确定天然气管网系统的最小割集，并通过所述最小割集，构建天然气管网系统模型；所述天然气管网系统模型由若干最小割集串联而成；每一割集包括若干输气线路。
[0088]
在本实施例中，利用最小割集可以清晰地确定天然气管网系统中故障或发生供气波动事件的线路，进一步找到对应的故障元件集合。因此，根据气源点到负荷的供气路径构建若干最小连集；其中，所述最小连集为保证所述天然气管网系统处于正常工作状态的最小元件集合。
[0089]
以所述气源点作为根节点，以所述最小连集作为搜索树的树枝，对所述天然气管网系统建立从气源点到负荷点的搜索树。例如可以以气源点作为搜索节点，若搜索到n个与气源点相邻的节点，则在搜索树中新增n个树节点，作为根节点(气源点)的子节点，同时这些树节点作为新的父节点，从新的父节点再次出发对周围的相邻节点进行搜索，进一步新增节点。从而以此类推可以构建从气源点到负荷点的搜索树，进而可以构建相应的连集矩阵：
[0090][0091]
其中，所述连集矩阵的列序号n对应所述天然气管网系统的各网络支路，所述连集矩阵的行序号m对应各最小连集；所述连集矩阵中的元素t
mn
为1时表示列支路n在最小连集m内，所述连集矩阵中的元素t
mn
为0时表示列支路n不在连集m内。在该连集矩阵中，若某一列的元素全为1，则说明它是网络的一阶最小割集；若某两列逻辑相加后得到单位列向量，则说明这两列包括的元件组成了网络的二阶最小割集；以此类推，可以得到网络更高阶的最小割集，设最高阶为r阶，则共有r个最小割集。但低阶最小割集不应包括高阶最小割集，否则需要剔除高阶最小割集。
[0092]
根据所述连集矩阵，确定若干不同阶数的最小割集，进而获得所述天然气管网系统模型；其中，所述天然气管网系统模型由阶数从低到高的最小割集依次串联而成，属于一种各最小割集连接而成的等效串联结构，而每一最小割集则是由若干输气线路并联而成，可参照图2。
[0093]
步骤s3，对所述天然气管网系统模型进行若干次蒙特卡洛模拟，分别计算各输气线路发生供气波动事件时的输气损失量。
[0094]
在本实施例中，通过非序贯蒙特卡洛模拟法对天然气管网系统模型进行模拟。可以首先设定元件的工作状态，例如对于任一元件，p代表元件的失效概率，在[0,1]区间中生
成一随机数，通过该随机数和失效概率进行比对判断元件是处于正常工作还是故障状态。
[0095]
进一步的，可以估计天然气管网系统模型存在供气波动事件时的输气量。系统中每一管线均有对应的输气量上限，工作时往往会留有一定的输气裕度即备用容量，由于通过最小割集构建了天然气管网系统模型，当输气线路发生故障时，该条输气线路的输气损失量可以通过增加同一割集的其他线路的输气量得到弥补，当无法弥补时则发生输气损失。
[0096]
示例性地，每条线路都有最大允许输气量和当前进行的输气任务，二者的差即为备用容量。易得最小割集的备用容量等于该最小割集中所有输气线路的备用容量之和。当最小割集的备用容量小于所有线路的输气损失量的和，则该最小割集中线路的输气量无法得到完全补偿。因此第l条线路在最小割集r中的输气损失需要按它在所有发生故障的线路中所占的气量削减比例来进行分配，所述分别计算各输气线路发生供气波动事件时的输气损失量，具体为：
[0097]
计算最小割集r的备用容量：
[0098][0099]
其中，tr为最小割集r内所有的输气线路的集合，c
l
为输气线路l的最大允许输气容量，s
l
为线路l当前进行的输气任务；
[0100]
根据所述最小割集r的备用容量，计算在第i次蒙特卡洛模拟线路l在最小割集r中经比例分配后计算得到的输气损失贡献值
[0101][0102]
其中，为第i次蒙特卡洛模拟时线路l未经比例分配前由于元件故障导致的削减气量；
[0103]
对所有最小割集进行遍历，根据短板效应，备用容量最小的最小割集决定了线路的气量损失，也即线路l输气损失等于它在所有的最小割集内最大的输气损失贡献值。计算各输气线路发生供气波动事件时的输气损失量：
[0104][0105][0106]
其中，l1为第一线路，所述第一线路为在不少于两个最小割集中出现的线路，l2为第二线路，所述第二线路为仅在一个最小割集中出现的线路；为第i次模拟中第一线路l1经过比例分配后最终确定的输气损失量，r为最小割集的总数，为第i次模拟中第二线路l2经过比例分配后最终确定的输气损失量，为第i次模拟中线路l2未经比例分配前由于元件故障导致的削减天然气气量，cr为只在最小割集r里出现的所有线路的集合，er为在
最小割集r中所有在其它最小割集也会出现的线路集合。当确定第一线路的输气损失后，备用容量较大的割集重新进行线路输气损失分配，因此按比例对各剩余线路进行依次计算，得到剩余线路的输气损失量(第二线路)。
[0107]
进一步的，可以得到天然气管网系统实际输送的天然气量该天然气量也即电力系统的输入。电力系统作为一次能源天然气供应链的一部分，其供电可靠性会受到天然气管网系统供气量多寡的影响。天然气系统和电力系统通过燃气轮机进行能量转换，将天然气管网末端的输气量作为燃气轮机的输入。考虑到电力系统的发电侧由燃煤机组和燃气机组组成，为保证电力系统的功率平衡需要增加燃煤机组的处理或者切除部分负荷，改变线路的潮流分布。
[0108]
步骤s4，根据各所述输气损失量，计算所述电力系统各节点处燃气机组在发生供气波动事件时的发电功率，进而获得所述电力系统的备用容量；其中，所述天然气管网系统的输出端与所述电力系统的输入端连接；每一输气线路对应所述电力系统的一燃气机组。
[0109]
示例性地，所述发电功率根据下式进行获取：
[0110][0111]
其中，wg为发生的供气波动事件，为所述电力系统第k个节点处燃气机组在发生供气波动事件wg时的发电功率，hg为天然气的热值，ηg为燃气机组的发电效率。
[0112]
由于输气量波动，电力系统可能会出现功率不平衡的现象，因此需要调整发电机组和负荷来保证电力系统的功率平衡。调整的措施包括增减燃煤机组的出力以及切除部分电力负荷。示例性地，所述获得所述电力系统的备用容量，具体为：
[0113]
所述电力系统的备用容量g
sp
根据下式进行获取：
[0114][0115]
其中，为所述电力系统第k个节点处燃煤机组的最大发电功率，为所述电力系统第k个节点处燃气机组在发生供气波动事件wg时的发电功率，为初始状态节点k处的电力负荷，ns为电力系统的节点个数。
[0116]
步骤s5，根据所述电力系统的备用容量，确定所述电力系统各节点处的电力负荷；并根据所述电力系统各节点处的电力负荷，计算所述电力系统的可靠性指标，以获得所述电力系统的可靠性评估结果；其中，所述可靠性指标包括系统电力不足期望值、系统严重程度指标和供电可用率。
[0117]
在本实施例中，当所述电力系统的备用容量大于等于零时，此时电力系统的备用容量足够，可按比例增加各燃煤机组的发电功率，因此所述电力系统第k个节点处发生供气波动事件wg时的电力负荷以及电力系统在发生供气波动事件wg时第k个节点处燃煤机组的输出功率为：
[0118][0119][0120]
当所述电力系统的备用容量小于零时，此时电力系统的备用容量不足，仅通过增加燃煤机组的输出功率无法达到系统的功率平衡，在将所有燃煤机组调整为最大出力的同时，还需要按比例削减部分电力负荷，因此所述电力系统第k个节点处发生供气波动事件wg时的电力负荷以及电力系统在发生供气波动事件wg时第k个节点处燃煤机组的输出功率为：
[0121][0122]
此时，所述电力系统第k个节点处燃煤机组在发生供气波动事件wg时的输出功率为其最大发电功率。
[0123]
本实施例选取系统电力不足期望值、系统严重程度指标和供电可用率作为可靠性指标，以反映电力系统的可靠性，作为可靠性评估结果。
[0124]
所述系统电力不足期望值具体为：
[0125][0126]
其中，edns为所述系统电力不足期望值，用于表征发生供气波动事件时所述电力系统的电力负荷损失量，为初始状态节点k处的电力负荷，为所述电力系统第k个节点处发生供气波动事件wg时的电力负荷。当edns越大，说明发生供气波动事件时或故障时切除的电力负荷越大，系统可靠性越低。
[0127]
所述系统严重程度指标具体为：
[0128][0129]
其中，si为所述系统严重程度指标，用于表征电力系统在负荷点处发生故障时切除的电力负荷和未发生故障时的电力负荷之比，l
total
为所述电力系统的总电力负荷，t为故障发生至修复的时间。当si指标值越大，说明系统的故障严重程度越大，系统的可靠性越低。
[0130]
所述系统供电可用率具体为：
[0131]
[0132]
其中，sa为所述电力系统可使用的电力裕度。sa值的大小反映了系统的供电裕度，值越大则说明系统的可靠性越高。
[0133]
作为本实施例的一种举例，以某天然气管网系统和ieee 14节点系统为例进行实际验证。参照图3和图4，图示将天然气管网系统中的站场分为压气站、分输站和压气分输站，拓扑结构上分别表示成正方形、圆形和六边形。天然气管网系统中，一线可视为站场和管道串联的线路，可单独运行。而二线和三线既有互不干扰的站场和管段，又具有共站共线段，因此在考虑自然灾害对输气线路的冲击时，共线站场受到破坏时会影响到两条输气线路，而共线管段则互为备用。天然气管网系统中一共有3条输气线路，其中二线、三线存在共站共线段。该系统包括2个天然气气源，6个压气站，4个压气分输站，6个分输站，24条输气管道。将网络拓扑进行简化处理后，将其表示如图4。一线为框a，二线的独立管段部分为b，与三线的共线管段部分为d，三线的独立管段部分为c，而与二线的共线管段部分为e。求取图3的搜索树。
[0134]
相应的连集矩阵为：
[0135]
其中，列的序号分别为a、b、c、d和e。可知该系统由2个三阶最小割集组成，分别是(a,b,c)和(a,d,e)，系统可进一步被表示为最小割集串联的形式。
[0136]
其中，割集1的线路a的最大输气量即为c
1，a
，工作时的输气量记为s
1，a
。同理可表示出其他线路的最大输气量和工作输气量。设置每条线路工作时需要留h％的输气裕度(本实施例h＝10)。对各线路的输气量取值如表1所示，并设置初始状态下天然气管网系统中各元件的故障参数如表2所示：
[0137]
表1线路的输气量参数
[0138]
线路名称最大输气量/m3工作时输气量/m3a50004500b60005400c70006300d60005400e70006300
[0139]
表2初始天然气管网系统中各元件故障参数
[0140]
设备元件故障概率压气站0.14压气分输站0.20分输站0.15独立管段0.10
共线管段0.13
[0141]
本实施例中关键因素为政策调控以及市场经济，对天然气系统进行n＝10000次模拟后得到3条输气线路输送到各燃气机组的天然气量，并对各发电机组的出力和出力上下限进行了修改。如表3所示，ieee 14节点系统中，1、8号节点的机组对应燃煤机组，2、3、6号节点处的机组对应燃气机组。本文将初始状态下输电线路的流量作为基准，流过各条输电线路功率的1.5倍作为线路的传输容量上限，其中不满足15mw的线路以15mw替代。
[0142]
表3电力系统初始运行方式
[0143][0144]
根据对天然气系统的分析，政策调控和经济市场的变化影响相当于影响了天然气的供应量，供气量的波动会进一步对电力系统的输电线路产生影响。将供气量作为电力系统的输入，通过计算得到不同供气量下所有电力负荷损失量如表4所示。
[0145]
表4不同供气量下电力负荷损失量
[0146][0147]
由表4可知，供气量削减会导致切除的电力负荷越来越大。这是因为供气量的减少会导致电力系统备用容量不足，在燃煤机组的出力无法持续增加的情况下，需要按比例切除电力负荷保持系统的功率平衡。
[0148]
进一步对不同供气量下的电力系统可靠性指标进行计算，得到表5。由表中的数据可知，当气源供气量减少，电力负荷切除得越多，系统故障严重程度越大，供电可用率下降，电力系统的可靠性下降。
[0149]
表5不同供气量下电力系统的可靠性指标
[0150]
气源供气量/m3eens/mwsisa069.000.270.73360065.070.250.75720061.150.240.761080057.190.220.781440053.350.210.79180000.000.001.00
[0151]
参照图5，相应的，本发明实施例还提供了一种考虑天然气供应的电力系统可靠性评估装置，包括获取模块101、模型构建模块102、模拟模块103、备用容量计算模块104和可靠性评估模块105；其中，
[0152]
所述获取模块101用于获取天然气管网系统的元件信息和线路信息；
[0153]
所述模型构建模块102用于根据所述元件信息和所述线路信息，基于最小连集确定天然气管网系统的最小割集，并通过所述最小割集，构建天然气管网系统模型；所述天然气管网系统模型由若干最小割集串联而成；每一割集包括若干输气线路；
[0154]
所述模拟模块103用于对所述天然气管网系统模型进行若干次蒙特卡洛模拟，分别计算各输气线路发生供气波动事件时的输气损失量；
[0155]
所述备用容量计算模块104用于根据各所述输气损失量，计算所述电力系统各节点处燃气机组在发生供气波动事件时的发电功率，进而获得所述电力系统的备用容量；其中，所述天然气管网系统的输出端与所述电力系统的输入端连接；每一输气线路对应所述电力系统的一燃气机组；
[0156]
所述可靠性评估模块105用于根据所述电力系统的备用容量，确定所述电力系统各节点处的电力负荷；并根据所述电力系统各节点处的电力负荷，计算所述电力系统的可靠性指标，以获得所述电力系统的可靠性评估结果；其中，所述可靠性指标包括系统电力不足期望值、系统严重程度指标和供电可用率。
[0157]
在本实施例中，所述模型构建模块102构建天然气管网系统模型，具体为：
[0158]
所述模型构建模块102根据气源点到负荷的供气路径构建若干最小连集；其中，所述最小连集为保证所述天然气管网系统处于正常工作状态的最小元件集合；
[0159]
以所述气源点作为根节点，以所述最小连集作为搜索树的树枝，对所述天然气管网系统建立从气源点到负荷点的搜索树，进而构建相应的连集矩阵：
[0160][0161]
其中，所述连集矩阵的列序号n对应所述天然气管网系统的各网络支路，所述连集矩阵的行序号m对应各最小连集；所述连集矩阵中的元素t
mn
为1时表示列支路n在最小连集m内，所述连集矩阵中的元素t
mn
为0时表示列支路n不在连集m内；
[0162]
根据所述连集矩阵，确定若干不同阶数的最小割集，进而获得所述天然气管网系统模型；其中，所述天然气管网系统模型由阶数从低到高的最小割集依次串联而成。
[0163]
在本实施例中，所述模拟模块103分别计算各输气线路发生供气波动事件时的输气损失量，具体为：
[0164]
所述模拟模块103计算最小割集r的备用容量：
[0165][0166]
其中，tr为最小割集r内所有的输气线路的集合，c
l
为输气线路l的最大允许输气容量，s
l
为线路l当前进行的输气任务；
[0167]
根据所述最小割集r的备用容量，计算在第i次蒙特卡洛模拟线路l在最小割集r中经比例分配后计算得到的输气损失贡献值
[0168][0169]
其中，为第i次蒙特卡洛模拟时线路l未经比例分配前由于元件故障导致的削减气量；
[0170]
对所有最小割集进行遍历，计算各输气线路发生供气波动事件时的输气损失量：
[0171][0172][0173]
其中，l1为第一线路，所述第一线路为在不少于两个最小割集中出现的线路，l2为第二线路，所述第二线路为仅在一个最小割集中出现的线路；为第i次模拟中第一线路l1经过比例分配后最终确定的输气损失量，r为最小割集的总数，为第i次模拟中第二线路l2经过比例分配后最终确定的输气损失量，为第i次模拟中线路l2未经比例分配前由于元件故障导致的削减天然气气量，cr为只在最小割集r里出现的所有线路的集合，er为在最小割集r中所有在其它最小割集也会出现的线路集合。
[0174]
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
[0175]
本发明实施例提供了一种考虑天然气供应的电力系统可靠性评估方法和装置，所述方法包括：获取天然气管网系统的元件信息和线路信息；根据所述元件信息和所述线路信息，基于最小连集确定天然气管网系统的最小割集，并通过所述最小割集，构建天然气管网系统模型；所述天然气管网系统模型由若干最小割集串联而成；每一割集包括若干输气线路；对所述天然气管网系统模型进行若干次蒙特卡洛模拟，分别计算各输气线路发生供气波动事件时的输气损失量；根据各所述输气损失量，计算所述电力系统各节点处燃气机组在发生供气波动事件时的发电功率，进而获得所述电力系统的备用容量；其中，所述天然气管网系统的输出端与所述电力系统的输入端连接；每一输气线路对应所述电力系统的一
燃气机组；根据所述电力系统的备用容量，确定各节点处电力负荷；并根据各节点的电力负荷，计算所述电力系统的可靠性指标，以获得所述电力系统的可靠性评估结果；其中，所述可靠性指标包括系统电力不足期望值、系统严重程度指标和供电可用率。相比于现有技术，通过对天然气管网系统建立模型，计算出电力系统的天然气各节点处燃气机组在发生供气波动事件时的发电功率，推导出各节点的发电功率，实现了天然气管网系统对电力系统的影响的量化，还进一步考虑了天然气管网系统发生供气波动事件(例如故障)的情况下对电力系统的可靠性进行评估，提高了评估的准确性。
[0176]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，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，均应包含在本发明的保护范围之内。