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基于性能水平的能源系统可靠性分析方法研究

邱慧  
【摘要】:能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质保障,能源系统安全稳定运行关系到国民经济的发展和社会秩序的稳定。随着能源技术的快速发展使得系统在运行过程中呈现出多阶段、多状态的特点。另外,随着新能源产业的发展,由于供能的不稳定出现了供需平衡难度大的问题,经常出现性能不足或性能冗余的现象。首先,为了应对能源供应不足的局面,考虑备份是能源系统抵御供应中断的主要措施。传统能源系统中主要以热备份和冷备份为主,热备份启动时间快但能耗高,而冷备份能耗低但启动时间太长。温备份既能耗低又启动时间快,是介于热备份和冷备份之间的冗余技术,是实际操作中更理想的选择。其次,性能供需不平衡时,储能技术可实现负荷削峰填谷,增加能源系统调峰能力,提高能源系统安全稳定运行。传统能源系统大多研究储能自身技术的更新,未考虑对能源系统可靠性的具体影响。因此,有必要提出基于储能技术的能源系统可靠性分析方法。最后,性能共享机制是解决能源系统中供需不平衡的一种新技术。传统能源系统主要应用在简单的串联系统或串并联系统中,需要提出适合一般拓扑结构的能源系统可靠性分析方法。本文以保障能源系统高效、稳定运行,提高系统可靠性为主要研究目的,以能源系统的性能水平为研究主线,提出基于性能水平的能源系统可靠性分析方法。首先,针对性能不足现象,提出基于温备份的多阶段性能不足能源系统可靠性分析方法;其次,针对性能冗余现象,提出基于储能技术的多阶段性能冗余能源系统可靠性分析方法;最后,针对具体的能源系统—电力系统性能供需不平衡问题,构建基于性能共享的多状态电力系统可靠性模型和发电机组优化配置。主要研究内容如下:(1)分析了基于温备份的多阶段性能不足能源系统可靠性针对具有多阶段任务特性的现代能源系统,当系统产出的性能不能满足系统的性能需求时,为了提高系统可靠性考虑配置温备份元件。提出了基于温备份的多阶段系统故障多值决策图的构造方法,构建了系统可靠性度量模型。最后通过不同算例对该方法进行应用,并将得出的结果与蒙特卡罗模拟仿真法的结果进行比较分析,结果验证了所提出方法的精确性,表明该方法能有效度量基于温备份的多阶段任务下性能不足的能源系统可靠性。(2)分析了基于储能技术的多阶段性能冗余能源系统可靠性在现代能源系统中,性能供给受环境等因素影响具有不稳定性,能源系统除了出现研究内容(1)的性能不足现象外,也可能会出现性能冗余现象。针对多阶段任务下能源系统的性能冗余问题,采用储能技术,提出了基于储能技术的系统故障多值决策图的构造方法,构建系统可靠性度量模型。储能元件把多余的性能存储起来,以便传输相应的性能给后续性能不足的阶段,使得能源系统能够稳定运行,从而提高了能源系统可靠性。最后通过不同算例对该方法进行应用,结果表明所提出的方法能精确分析多阶段任务下性能冗余的能源系统可靠性。(3)构建了基于性能共享的多状态电力系统可靠性模型和发电机组优化配置在研究内容(1)和(2)的基础上,针对一个具体的能源系统—电力系统性能供需不平衡问题,考虑系统中各节点区域性能水平和性能需求为随机变量,提出了一种适用于一般拓扑结构的电力系统可靠性分析方法。构建了基于性能共享机制的多状态电力系统可靠性模型,使得系统各节点区域性能在整个系统网络内能够传输,实现性能共享,从而实现供需平衡。同时,为了进一步提高系统可靠性,保证电力系统能够平稳运行,对系统内各节点区域的发电机组进行了优化配置,使得整个系统性能需求不足达到最小。最后通过不同算例对模型进行应用,结果表明该模型能有效提高多状态电力系统的可靠性。


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