突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法和系统

1.本发明涉及能源管理技术领域，具体涉及一种突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法和系统。


背景技术：

2.城市综合能源系统能够耦合多种独立的能源系统并进行协同规划，一般包括供能子系统、传输子系统、转换子系统、终端子系统，可以提高能源系统运行的经济性、环保性和能源利用效率，为智慧城市提供基础。韧性是反映系统抵御外界干扰以及恢复到原有工作水平的指标，在城市综合能源系统方面，韧性用来描述在突发应急条件下，城市综合能源系统维持持续供能和恢复原有工作负荷状态的能力。由于城市综合能源系统是典型的复杂巨系统，结构复杂，且直接面向终端用户，因此，提出定量评估综合能源系统韧性的技术方案，有利于促进城市综合能源系统整体韧性提升以及风险防控。
3.目前已有的综合能源系统韧性评估的技术方案面向故障动态过程制定的，常见的如将综合能源系统韧性问题分为故障的吸收、演化、恢复阶段，将演化速度、感染深度等因素作为评估指标，并采用蒙特卡洛方法对故障过程进行模型构建和模拟。
4.但是现有的方法仅考虑了综合能源系统在恢复能力或抵抗干扰能力等某一方面的韧性水平大小，无法确定具体各因素和系统各组成部分对综合能源系统韧性的影响，也无法根据评估结果得出综合能源系统在韧性提升方面的潜力与短板，即现有的综合能源系统韧性评估方法的准确性低。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法和系统，解决了现有的综合能源系统韧性评估方法的准确性低的技术问题。
7.(二)技术方案
8.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
9.第一方面，本发明提供一种突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法，其特征在于，包括：
10.s1、基于城市综合能源系统的韧性影响因素构建层次化的韧性评估指标体系；
11.s2、获取所述韧性评估指标体系中涉及到的城市综合能源系统的运维相关数据；
12.s3、根据所述运维相关数据，利用模糊层次分析法和熵权法对韧性评估指标体系进行组合赋权，并基于理想解法计算综合能源系统的韧性得分。
13.优选的，所述层次化的韧性评估指标体系为四层韧性评估指标体系，其中，
14.第一层为城市综合能源系统评价体系；
15.第二层中包括三个二级指标，分别为鲁棒性、冗余性和快速性；
16.第三层中包括每个二级指标的三个三级指标，分别为供应子系统，传输子系统和
转换子系统；
17.第四层中包括每个三级指标的四级指标，其中，
18.在鲁棒性中，供应子系统的四级指标包括失负荷概率、失负荷相对程度和供应源多样性；传输子系统的四级指标包括应急事件后剩余负荷比率、管网故障率和管网维护频率；转换子系统的四级指标包括保供的最低运行设备数占比、转换设备平均剩余寿命和能源联产设备耦合程度；
19.在冗余性中，供应子系统的四级指标包括备用供应设备比例和后备能源储量；传输子系统的四级指标包括备用供能路径数量和备用管网传输量；转换子系统的四级指标包括转换设备选址配置和后备转换设备总功率；
20.在快速性中，供应子系统的四级指标包括关键负荷恢复时间、平均负荷恢复比例和供能平均恢复时间，传输子系统的四级指标包括维护人员效率与能力和关键管网恢复时间；转换子系统的四级指标包括维护人员与方案配置和设备平均恢复时间。
21.优选的，所述s3包括：
22.s301、基于运维相关数据，利用模糊层次分析法计算每个指标的主观权重；
23.s302、基于运维相关数据，采用熵权法确定客观权重；
24.s303、根据主观权重和客观权重，确定组合权重，得到组合权重矩阵；
25.s304、基于组合权重矩阵和topsis法确定城市综合能源系统的韧性得分。
26.优选的，所述s301包括：
27.s301a、设定韧性评估指标体系中每个指标的得分标准，根据运维相关数据和得分标准确定每项指标的得分等级；
28.s301b、基于指数标度法建立标度体系；
29.s301c、参照标度体系，采用三角模糊数和确定得分等级的韧性评估指标体系建立模糊互补判断矩阵；
30.s301d、对模糊互补判断矩阵进行一致性检验，并计算每个指标的主观权重。
31.优选的，所述突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法还包括：
32.s4、对韧性得分及评估过程中的数据进行可视化。
33.优选的，所述突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法还包括：
34.s5、在突发应急事件发生后，补充和更新已有的数据库，对评估方法进行反馈和改进。
35.第二方面，本发明提供一种突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估系统，包括：
36.韧性评估指标体系构建模块，用于基于城市综合能源系统的韧性影响因素构建层次化的韧性评估指标体系；
37.数据采集模块，用于获取韧性评估指标体系中涉及到的城市综合能源系统的运维相关数据；
38.评估执行模块，根据运维相关数据，利用模糊层次分析法和熵权法对韧性评估指标体系进行组合赋权，并基于理想解法计算综合能源系统的韧性得分。
39.优选的，所述层次化的韧性评估指标体系为四层韧性评估指标体系，其中，
40.第一层为城市综合能源系统评价体系；
41.第二层中包括三个二级指标，分别为鲁棒性、冗余性和快速性；
42.第三层中包括每个二级指标的三个三级指标，分别为供应子系统，传输子系统和转换子系统；
43.第四层中包括每个三级指标的四级指标，其中，
44.在鲁棒性中，供应子系统的四级指标包括失负荷概率、失负荷相对程度和供应源多样性；传输子系统的四级指标包括应急事件后剩余负荷比率、管网故障率和管网维护频率；转换子系统的四级指标包括保供的最低运行设备数占比、转换设备平均剩余寿命和能源联产设备耦合程度；
45.在冗余性中，供应子系统的四级指标包括备用供应设备比例和后备能源储量；传输子系统的四级指标包括备用供能路径数量和备用管网传输量；转换子系统的四级指标包括转换设备选址配置和后备转换设备总功率；
46.在快速性中，供应子系统的四级指标包括关键负荷恢复时间、平均负荷恢复比例和供能平均恢复时间，传输子系统的四级指标包括维护人员效率与能力和关键管网恢复时间；转换子系统的四级指标包括维护人员与方案配置和设备平均恢复时间。
47.第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其存储用于突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如上述所述的突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法。
48.第四方面，本发明提供一种电子设备，包括：
49.一个或多个处理器；
50.存储器；以及
51.一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上述所述的突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法。
52.(三)有益效果
53.本发明提供了一种突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法和系统。与现有技术相比，具备以下有益效果：
54.本发明通过构建层次化的综合能源系统韧性评估指标体系，能为城市综合能源系统的韧性提升提供依据，有助于解决目前综合能源系统韧性评估考虑因素不全面、可解释性差等问题，提高综合能源系统韧性评估方法的准确性。同时，本发明通过模糊层次分析法与熵权法组合赋权的方法，不仅综合考虑了评估过程中主客观因素的影响，还明确了不同指标之间的相对重要性，有助于综合能源相关部门对重点薄弱部分进行针对性改造提升。
附图说明
55.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
56.图1为本发明实施例的一种突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法的框图；
57.图2为本发明实施例中的城市综合能源系统韧性评估指标体系的示意图；
58.图3为本发明实施例的一种突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估系统的框图。
具体实施方式
59.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
60.本技术实施例通过提供一种突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法和系统，解决了现有的综合能源系统韧性评估方法的准确性低的技术问题，提高综合能源系统韧性评估方法的准确性。
61.本技术实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
62.在韧性韧性评估指标体系的构建方面，目前已有的研究主要围绕系统损失负荷水平来构建韧性评估矩阵，虽然已有的韧性评估方法能够在一定程度上反映综合能源系统抵御突发应急事件的能力，但大多仅考虑了系统在鲁棒性、冗余性或恢复性中某一方面的韧性水平，没有综合考虑各类韧性指标和系统各组成部分分别对综合能源系统韧性的影响大小，也难以根据评估结果发现综合能源系统在韧性提升方面的潜力与短板，不能为城市的综合能源系统提升优化提供明确指导。
63.为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例考虑到影响城市综合能源系统韧性的因素较多，系统结构复杂且具有耦合性，适合引入模糊数学中的概念，采用模糊层次分析法对韧性指标进行主观赋权，既能构建出考虑多种因素的层次化韧性评估指标体系，又可以避免传统层次分析法不能对复杂影响因素进行简单横向比较的问题，同时为避免主观因素过强对评估造成的影响，利用熵权法确定客观权重并进行组合赋权可以显著提高韧性评估的客观性和合理性。同时，本发明实施例设计了具有反馈调节机制和可视化功能的城市综合能源系统韧性评估系统，可以在应急事件发生后及时更新系统，并且向使用者展示综合能源系统韧性评估的结果，为城市级的综合能源系统改进提升提供依据，提高城市能源供应的安全性和稳定性。
64.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
65.本发明实施例提供一种突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法，如图1所示，该方法包括：
66.s1、基于城市综合能源系统的韧性影响因素构建层次化的韧性评估指标体系；
67.s2、获取韧性评估指标体系中涉及到的城市综合能源系统的运维相关数据；
68.s3、根据运维相关数据，利用模糊层次分析法和熵权法对韧性评估指标体系进行组合赋权，并基于理想解法计算综合能源系统的韧性得分。
69.本发明实施例通过构建层次化的综合能源系统韧性评估指标体系，能为城市综合能源系统的韧性提升提供依据，有助于解决目前综合能源系统韧性评估考虑因素不全面、可解释性差等问题，提高综合能源系统韧性评估方法的准确性。同时，本发明实施例通过模
糊层次分析法与熵权法组合赋权的方法，不仅综合考虑了评估过程中主客观因素的影响，还明确了不同指标之间的相对重要性，有助于综合能源相关部门对重点薄弱部分进行针对性改造提升。
70.下面对各个步骤进行详细说明：
71.在步骤s1中，基于城市综合能源系统的韧性影响因素构建层次化的韧性评估指标体系。具体实施过程如下：
72.综合能源系统的韧性体现在抵抗突发应急事件影响的能力、快速恢复原有工作状态的能力和后备冗余资源的储备上，考虑到其各子系统的韧性影响因素具有差异性和层次性，本发明实施例建立了城市综合能源系统评价体系(a)，包含三个二级指标：鲁棒性(b1)，冗余性(b2)，快速性(b3)，每个二级指标都包含三个三级指标：供应子系统(c1)，传输子系统(c2)，转换子系统(c3)，每个三级指标包含一组子因素(四级指标)，由于各级指标都是具有特征性的参数，因此符合相互独立的要求。本发明实施例建立的城市综合能源系统韧性韧性评估指标体系如图2所示，各二、三、四层指标建立如下：
73.鲁棒性(b1)：
74.鲁棒性是韧性的直接体现。对于城市综合能源系统来说，鲁棒性是指综合能源系统抵抗外界干扰的能力。此处分别从供应子系统(c1)，传输子系统(c2)，转换子系统(c3)考虑。
75.其中，
76.供应子系统(c1)包括三个子因素：失负荷概率(d
111
)、失负荷相对程度(d
112
)、供应源多样性(d
113
)。
77.其中：
78.失负荷概率：在面对突发应急事件时，供能系统失去供能能力的概率，概率越大，表示系统抵抗冲击的能力越低，韧性越差。公式为：
[0079][0080]
式中，lolp表示失负荷概率，n表示考虑的时间段数量，pi表示第i个时间段内系统无法满足负荷需求的概率。
[0081]
失负荷相对程度：供能系统在突发应急事件后，失去的负荷占原有理想工作负荷的百分比，失负荷程度越高，韧性越低。公式为：
[0082][0083]
式中，lorls表示失负荷相对程度，pi表示受到冲击后，每部分负荷破坏的概率，ri表示每部分的负荷量。
[0084]
供应源多样性：供应源种类越多，供能系统完全失能的几率越低，拥有太阳能、生物质能、电能、热能等多种化石能源和非化石能源供应源的综合能源系统韧性更高，且多种能源的占比越趋近均匀，韧性越高。公式为：
[0085][0086]
式中，sd表示供应源多样性，pi表示第i种能源在总能源供应中的占比。
[0087]
传输子系统(c2)包括三个子因素：应急事件后剩余负荷比率(d
121
)、管网故障率(d
122
)、管网维护频率(d
123
)。
[0088]
应急事件后剩余负荷比率：传输管网在应急事件发生后，往往会损失一部分传输能力，使该城市产生断电、断水等情况，而应急事件剩余的传输负荷量可以直观的体现传输管网的韧性。公式为：
[0089][0090]
式中，pdrlr为应急事件后剩余负荷比率，ri和ti分别表示传输管网第i部分在应急事件发生之前和之后的负荷量,ri＝ti表示第i部分完好，ti＝0表示第i部分缺失。
[0091]
管网故障率：该传输系统的管道或传输网络历史的产生故障概率，概率越高，表示该传输系统可靠性越差，韧性越低。公式为：
[0092]
nfr＝(nf/lt)x100
[0093]
式中，nfr管网故障率，nf表示管网故障次数，lt表示传输系统的使用寿命。
[0094]
管网维护频率：传输管道、网络的可靠性和稳定性需要定期维护来保障，维护频率较高的传输路线一般发生故障的可能性更低，更有可能抵抗住突发应急事件。公式为：
[0095][0096]
式中，fm为管网的维护频率，单位为次/年；dm为管网进行巡检、保养和修复等维护所隔天数。
[0097]
转换子系统(c3)包括三个子因素：保供的最低运行设备数占比(d
131
)、转换设备平均剩余寿命(d
132
)、能源联产设备耦合程度(d
133
)。
[0098]
保供的最低运行设备数占比：在发生应急事件后，保障民众所需的最低能源供应量是头等要事，因此保证此供应量所需的转换设备越少，越有利于事后救援与重建。公式为：
[0099][0100]
式中，r
p
为保供的最低运行设备数占比，单位为百分比；n
p
为能够保证满足所需最低能源供应量的最小运行设备数量；n
t
为总共可用于此次评估的设备数量。
[0101]
转换设备平均剩余寿命：设备平均剩余寿命越短，代表设备老化现象越严重，抵抗外界干扰的能力越差，会直接影响能源转换系统的稳定性。公式为：
[0102][0103]
式中，ti为第i个转换设备的设计寿命，ui为第i个设备已使用时间，n为转换设备总数。
[0104]
能源联产设备耦合程度：联产设备耦合方式有很多，比如cchp系统、chp机组、燃气锅炉gb等等，一般来说，综合能源系统的设备耦合程度越高，各能源系统之间的相互影响会更明显，局部波动和故障会发生传播，影响整个系统的安全性。因此耦合程度较高的系统往往会出现级联故障。公式为：
[0105][0106]
式中，m
ij
为设备i和设备j之间的传输强度(即在一个设备出现故障时，它会引起多大程度上的波及效应)；α
ij
为设备i和设备j的耦合系数(即设备之间的能量和物质交换的强度)；n为联产设备的数量。
[0107]
冗余性(b2)：
[0108]
冗余性表示综合能源系统在突发应急事件发生前所拥有的后备资源或设备，可以在事件发生后迅速响应。
[0109]
其中，
[0110]
供应子系统(c1)包括两个子因素：备用供应设备比例(d
211
)、后备能源储量(d
212
)。
[0111]
备用供应设备比例：备用供应设备比例越大，系统遭受事件影响后可重新供能的响应能力越强，代表着供能系统的冗余性。
[0112]
后备能源储量：后备能源储量既包括蓄电池、储电站等存储的能源，也包括物理能源，如煤炭、石油等(均以kj计)。后备能源储量越大，事后可供应急使用的能源越多，越有利于重建与恢复，保障人民基本生活需求。
[0113]
传输子系统(c2)包括两个子因素：备用供能路径数量(d
221
)、备用管网传输量(d
222
)。
[0114]
备用供能路径数量：主要体现了传输路径上的冗余，系统传输各类能源时的路径可能不只一条，一般来说，备用路径可保障能源的供应和传输的连续性，在使系统在遭受应急事件后能持续传输能量，数量越多，韧性水平越高。
[0115]
备用管网传输量：备用管网传输量体现了遭受应急事件后备用设施提供的传输能力大小，包括电能、热能、天然气多种能源的后备传输能力。
[0116]
转换子系统(c3)包括两个子因素：转换设备选址配置(d
231
)、后备转换设备总功率(d
232
)
[0117]
转换设备选址配置：设备的选址是否合理直接关系到灾后设备的负荷损失程度，一般来说，转换设备与重要节点位置越匹配越好，选址分散更好。
[0118]
后备转换设备总功率：备用转换设备可在原设备停止工作时继续完成转换各类一次、二次能源的工作，及时保证用户使用到所需类型的能源，总功率越高，转换效率越高，韧性越好。
[0119]
快速性(b3)：
[0120]
快速性表示综合能源系统在突发应急事件发生后恢复到原有工作状态的能力，能较好的体现出系统韧性水平。
[0121]
其中，
[0122]
供应子系统(c1)包括三个子因素：关键负荷恢复时间(d
311
)、平均负荷恢复比例(d
312
)、供能平均恢复时间(d
313
)。
[0123]
关键负荷恢复时间：是指在发生供能中断时，系统从最初的失效状态到恢复关键负荷时所需的时间。关键负荷是对于整个系统或者用户至关重要的负荷。具体为记录系统停运的起始时间和关键负荷恢复时间，然后计算两者之间的时间差,再取所有时间差的平均值。公式为：
[0124][0125]
式中，tr表示关键负荷恢复时间，ts表示系统恢复正常的时间，tf表示系统停运的起始时间。
[0126]
平均负荷恢复比例：平均负荷恢复比例是指在供能中断之后，在72小时内恢复供能的负荷与原有供能负荷的比值，可以反映系统在供能中断后的恢复能力。可以记录系统失效时的总负荷和恢复后的总负荷，计算恢复后的总负荷占失效时总负荷的比例。公式：为
[0127][0128]
p
kl
表示第k个供能子系统下关键负荷l的恢复比例，n表示供能子系统下的关键负荷数目。
[0129]
供能平均恢复时间：指系统从最初的无法提供任何能源服务到恢复正常运行所需的平均时间。具有较短的平均恢复时间意味着系统可以更快地恢复正常运行状态，减少经济损失和社会影响。
[0130]
传输子系统(c2)包括两个子因素：维护人员效率与能力(d
321
)、关键管网恢复时间(d
322
)。
[0131]
维护人员效率与能力：加强对管网维护、维修人员的培训可以提高其专业能力和效率，显著减少在不同类型故障下的传输管网的修复时间。为综合能源系统整体恢复提供保障。
[0132]
关键管网恢复时间：指在传输子系统中，当传输管网发生故障时，系统需要多长时间来使关键管网线路得到完全恢复。关键管网指对于整个系统或者用户至关重要的传输管网。该指标衡量了系统在关键位置的管网出现故障时，能够以多快的速度将其恢复到正常运行状态。
[0133]
转换子系统(c3)包括两个子因素：维护人员与方案配置(d
331
)、设备平均恢复时间(d
332
)。
[0134]
维护人员与方案配置：在能源转换子系统中，维护人员的专业能力、响应速度和人员数量决定了系统恢复的速度。事先准备的有效应急预案也可以减少恢复所需的时间，该指标可通过人员专业水平和应急预案数量来评判。
[0135]
设备平均恢复时间：设备平均恢复时间是转换子系统的能源转换设备从失去工作负荷到恢复至原有工作状态所需的平均时间。
[0136]
在步骤s2中，获取韧性评估指标体系中涉及到的城市综合能源系统的运维相关数据。具体实施过程如下：
[0137]
获取突发条件下的城市综合能源系统的运维相关数据，并对数据进行噪声值去除、缺失值中心趋势度量填充和平稳化处理等预处理。
[0138]
在步骤s3中，根据运维相关数据，利用模糊层次分析法和熵权法对韧性评估指标体系进行组合赋权，并基于理想解法计算综合能源系统的韧性得分。具体实施过程如下：
[0139]
s301、利用模糊层次分析法计算每个指标的主观权重。具体包括：
[0140]
s301a、设定韧性评估指标体系中每个指标的得分标准，根据运维相关数据和得分标准确定每项指标的得分等级。具体为：
[0141]
失负荷概率d
111
取值标准：通过综合能源系统失负荷概率判断指标等级。
[0142]
表1失负荷概率得分标准
[0143]
失负荷概率评分标准得分一级(最差)lolp》0.11二级0.5《lolp≤0.12三级0.01《lolp≤0.53四级(最优)lolp≤0.014
[0144]
失负荷相对程度d
112
取值标准：通过综合能源系统失负荷程度判断。
[0145]
表2失负荷相对程度得分标准
[0146]
失负荷相对程度评分标准得分一级(最差)lorls》0.401二级0.15《lorls≤0.402三级0.05《lorls≤0.153四级(最优)lorls≤0.054
[0147]
供应源多样性d
113
取值标准：根据供应源种类和比例来评判供能子系统的鲁棒性。
[0148]
表3供应源多样性得分标准
[0149]
供应源多样性评分标准得分一级(最差)sd《0.401二级0.40≤sd《0.602三级0.60≤sd《0.803四级(最优)sd≥0.804
[0150]
应急事件后剩余负荷比率d
121
取值标准：根据应急事件后管网的剩余负荷比率评判传输子系统的鲁棒性。
[0151]
表4应急事件后剩余负荷比率得分标准
[0152][0153]
管网故障率d
122
取值标准：根据故障概率评判传输子系统的鲁棒性。
[0154]
表5管网故障率得分标准
[0155]
管网故障率评分标准得分一级(最差)nfr》10％1二级3％《nfr≤10％2
三级0.5％《nfr≤3％3四级(最优)nfr≤0.5％4
[0156]
管网维护频率d
123
取值标准：根据管网维护频率评判传输子系统的鲁棒性。
[0157]
表6管网维护频率得分标准
[0158]
管网维护频率评分标准得分一级(最差)fm《11二级1≤fm《52三级5≤fm《103四级(最优)fm≥104
[0159]
保供的最低运行设备数占比d
131
取值标准：根据保持供能的最少运行台数占总台数的比例评判供能子系统的鲁棒性。
[0160]
表7保供的最低运行设备数占比得分标准
[0161][0162]
转换设备平均剩余寿命比例d
132
取值标准：根据当前转换设备的剩余寿命比例评判供能子系统的鲁棒性。
[0163]
表8转换设备平均剩余寿命比例得分标准
[0164][0165]
能源联产设备耦合程度d
133
取值标准：根据耦合程度系数k评判转换子系统的鲁棒性。
[0166]
表9能源联产设备耦合程度得分标准
[0167][0168][0169]
备用供应设备比例d
211
：根据备用设备占原供能设备的比例评判供能系统的后备供能能力。
[0170]
表10备用供应设备比例得分标准
[0171][0172]
后备能源储量d
212
：根据后备能源储量(以kj计)评判供能系统的后备供能能力。
[0173]
表11后备能源储量得分标准
[0174]
后备能源储量评分标准得分一级(最差)＜10000kj1二级≥10000kj2三级≥30000kj3四级(最优)≥60000kj4
[0175]
备用供能路径数量d
221
：根据备用的供能路径数量评判传输系统的后备保供能力。
[0176]
表12备用供能路径数量得分标准
[0177]
[0178][0179]
备用管网传输量d
222
：根据备用传输管网的负荷量评判传输系统的后备保供能力。
[0180]
表13备用管网传输量得分标准
[0181][0182]
转换设备选址配置d
231
取值标准：根据转换设备选址与关键节点匹配程度来评判转换设备选址配置对系统的影响。
[0183]
表14转换设备选址配置得分标准
[0184][0185]
[0186]
后备转换设备功率d
232
取值标准：根据后备转换设备的总功率大小来评判系统在应急事件发生后的后备转换能力。
[0187]
表15后备转换设备总功率得分标准
[0188][0189]
关键负荷恢复时间d
311
：根据供能子系统关键负荷恢复所用的时长来评判供能子系统的恢复能力。
[0190]
表16关键负荷恢复时间得分标准
[0191][0192]
平均负荷恢复比例d
312
：根据在一定时间范围内恢复供能的负荷与所有需要供能的负荷的比值，来评判系统在供能中断后的恢复速度。
[0193]
表17平均负荷恢复比例得分标准
[0194][0195]
供能平均恢复时间d
313
：根据供能子系统从失去负荷到恢复供能的所需时间来评判供能子系统的恢复能力。
[0196]
表18供能平均恢复时间得分标准
[0197]
供能平均恢复时间评分标准得分一级(最差)t＞16h1二级t≤16h2三级t≤8h3四级(最优)t≤3h4
[0198]
维护人员效率与能力d
321
：根据传输子系统的维护人员的能力来评判传输子系统在突发事件后的恢复能力。
[0199]
表19维护人员效率与能力得分标准
[0200][0201][0202]
关键管网恢复时间d
322
：根据电、气管网的恢复所需时间来评判传输子系统在突发
事件后的恢复能力。
[0203]
表20关键管网恢复时间得分标准
[0204]
关键管网恢复时间评分标准得分一级(最差)恢复时间》30分钟1二级恢复时间》16分钟2三级恢复时间》5分钟3四级(最优)恢复时间《5分钟4
[0205]
维护人员与方案配置d
331
取值标准：根据人员配备和检修应急预案水平来评判转换子系统的快速恢复能力。
[0206]
表21维护人员与方案配置得分标准
[0207][0208][0209]
设备平均恢复时间d
332
：根据事件发生后，供能子系统从失去负荷到恢复关键负荷的时间来评判转换子系统的恢复能力。
[0210]
表22设备平均恢复时间得分标准
[0211]
设备平均恢复时间评分标准得分一级(最差)t》12h1二级8h《t《12h2三级4h《t《8h3四级(最优)t《4h4
[0212]
得分等级就是在得分标准的若干个表里面标注的一到四级。
[0213]
s301b、基于指数标度法建立标度体系，具体为：
[0214]
在对城市综合能源系统韧性韧性评估指标体系的权重进行打分时，需要有明确的标度体系进行参照，在本发明实施例中，评分采用指数标度法。具体标度方法如表23所示：
[0215]
表23指数标度法
[0216]
指数标度(e＝1.732)说明e0(1)韧性因素bi和bj相比，同等重要e1(1.732)韧性因素bi比bj略微重要e2(3)韧性因素bi比bj明显重要e3(5.196)韧性因素bi比bj强烈重要e4(9)韧性因素bi比bj极端重要
[0217]
s301c、参照标度体系，采用三角模糊数和确定得分等级的韧性评估指标体系建立模糊互补判断矩阵，具体为：
[0218]
对城市综合能源系统各韧性指标因素打分时，采用三角模糊数表示出判断矩阵，矩阵形式如表24所示：
[0219]
表24模糊判断矩阵形式
[0220]
ab1b2…bn
b11k
(res)12
…k(res)1n
b2k
(res)211…k(res)2n
……………bnk(res)n1k(res)n2
…1[0221]
在矩阵中，上层中某一指标a被其下层指标b1，b2，
…
，bn影响，矩阵k
(res)ij
表示韧性指标bi与bj关于上一层指标a相对权重的量化，其中k
(res)ii
＝k
(res)jj
＝1。对于两两指标间的相对重要程度，k
(res)ij
依据表23来取值。
[0222]
第一层指标不具有上一级指标，因此不做考虑，其余各层指标评价方法为：设该层待评估指标有n个韧性影响因素，评价得到的判断矩阵为k
res
＝(k
(res)ij
)
nxn
，其中s
(res)ij
，m
(res)ij
，l
(res)ij
分别表示对综合能源系统韧性评分k
(res)ij
的下界，中值和上界，且s
(res)ij
≤m
(res)ij
≤l
(res)ij
。因此韧性评估的三角模糊数可表示为k
(res)ij
＝[s
(res)ij
,m
(res)ij
,l
(res)ij
]。
[0223]
将三角模糊数的打分值进行加权，得到韧性评估指标的概率矩阵i
res
：
[0224][0225]
根据以下公式计算韧性评估指标的和模糊评价因子矩阵e
res
：
[0226][0227]
最后，将概率矩阵i
res
与模糊评价因子矩阵e
res
相乘得到调整判断矩阵t＝(t
ij
)n×n，即t＝i
res
*e
res
。再利用如下公式将t调整为模糊互补判断矩阵
[0228]
[0229]
s301d、对模糊互补判断矩阵进行一致性检验，并计算每个指标的主观权重。具体为：
[0230]
对模糊互补判断矩阵称矩阵k为对应矩阵的可达矩阵：
[0231][0232]
其中，是模二加法，其运算规则为p为指示矩阵，若则p
ij
为1，其他情况下p
ij
为0。若模糊判断矩阵的可达矩阵k的对角线上存在为1的元素，则矩阵是不一致的，否则满足一致性要求。
[0233]
通过一致性检验确定出决策的可信度和决策质量，因为在模糊层次分析法中，指标之间的相对重要程度主要依赖多个专家的主观判断，但专家对于某个指标的判断可能前后是矛盾的，比如专家先判断了a比b重要，b比c重要，之后又判断了c比a重要，这就意味着这个专家提供的判断矩阵是矛盾的，由于研究的问题比较复杂，人的思维能力有限，所以这种情况是很容易出现的，并且如果矛盾不大，这个结果也是可以被接受的。但如果没有通过一致性检验，就说明存在疏忽或比较大的偏差，结果不可接受，因此必须要进行一致性检验。并且只有一致性检验通过了才能进行下一步计算。如果没有通过一致性检验，需要重新安排专家进行评估和调整，直到检验通过。
[0234]
对于某一具体韧性指标，其主观权重计算公式如下：
[0235][0236]
式中，为经过打分和处理后的韧性评估模糊互补判断矩阵，n为韧性指标的个数，参数γ＝(n-1)/2,i＝1,2...n。
[0237]
s302、基于运维相关数据，采用熵权法确定客观权重。具体为：
[0238]
首先采用线性比例变化法对正、负类韧性指标进行标准化处理，得到矩阵res＝(res
ij
)
mxn
。对正、负指标分别采用的公式如下：
[0239][0240][0241]
式中，x
jmax
、x
jmin
分别为第j项韧性指标的最大值和最小值；x
ij
为待评估城市第j项指标第i年的数据；res
+ij
为第i个城市第j个指标的标准化值。
[0242]
进行归一化处理，采用公式如下：
[0243][0244]
计算各指标熵值和客观权重，采用公式如下：
[0245]
[0246][0247]
式中，ej为第j个指标的信息熵；p
ij
为第j个指标的比重；βj为第j个指标的客观权重。
[0248]
s303、根据主观权重和客观权重，确定组合权重，得到组合权重矩阵w。具体为：
[0249]
基于最小鉴别信息原理，降低韧性评估的综合权重与主客观权重的相异程度，采用一下公式将主、客观权重进行组合赋权：
[0250][0251]
s304、基于组合权重矩阵w和topsis法确定城市综合能源系统的韧性得分。具体为：
[0252]
将组合权重矩阵w与经过线性比例变换后的矩阵res相乘得到加权标准化矩阵c：
[0253]
c＝(c
ij
)m×
n＝
res*w
[0254]
从已有数据选取最优、最劣韧性指标值，并计算相对贴近度：
[0255]
将评估执行模块数据库中的数据进行筛选，从所有韧性指标中选取各城市指标值的最优值组合，记为c
*res
，最劣值记为c-res
。因此待评估城市韧性水平与正负理想解的距离计算公式如下：
[0256][0257][0258]
因此，该城市韧性水平与最优基准的相对贴近度为：
[0259][0260]
为了方便得分的使用，将贴近度转化为百分制得分：
[0261]
resilience＝100*e
(res)i+
[0262]
在具体实施过程中，该方法还包括：s4、对韧性得分及评估过程中的数据进行可视化。具体包括：
[0263]
可视化的内容包括系统评估总得分、系统的各项子因素得分，系统韧性优势点与薄弱点、综合能源系统图片信息、文字描述信息。以上信息通过柱状图、折线图、雷达图等图表或动态曲线方式进行展示。同时，该方法还支持评估结果的导出，导出模板格式包括预设格式和用户自定义格式，用户可根据需要勾选需要展示的内容，导出文件类型支持excel、word、pdf、xml格式。
[0264]
在具体实施过程中，该方法还包括：s5、对评估方法进行反馈和改进，在突发应急事件发生后，在原有数据基础上，进一步补充和更新已有的数据库，并根据事件的性质和系统的表现，进行权重优化。
[0265]
本发明实施例还提供一种突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估系统，如图3所示，该系统包括：
[0266]
韧性评估指标体系构建模块，用于基于城市综合能源系统的韧性影响因素构建层次化的韧性评估指标体系；
[0267]
数据采集模块，用于获取韧性评估指标体系中涉及到的城市综合能源系统的运维相关数据。具体为：
[0268]
数据采集模块用于对韧性评估指标体系中涉及到的各项指标进行数据采集和更新。该模块设置一个激活节点a(节点包括两种状态，a＝1表示激活状态，a＝0表示未激活状态)，在节点被激活后，该模块通过网络爬虫、监测设备、人工实地收集的方式收集韧性评估指标体系中涉及的各项指标数据，包括数值类型的结构化数据和文本类型的非结构化数据。然后进行数据预处理，数据预处理的方式包括：噪声值去除、缺失值中心趋势度量填充和平稳化处理等。最后将处理好的数据传输到评估执行模块。此时，节点状态改回a＝0。
[0269]
评估执行模块，根据运维相关数据，利用模糊层次分析法和熵权法对韧性评估指标体系进行组合赋权，并基于理想解法计算综合能源系统的韧性得分。具体为：
[0270]
评估执行模块用于执行fahp-ewm组合赋权法并确定具体韧性得分。该模块首先建立一个数据库，用于接收数据采集模块提供的各项韧性指标数据，包括文本数据、数值型数据、xml数据等，然后再执行具体评估方法。该模块设置一个激活节点b(节点包括两种状态，b＝1表示激活状态，b＝0表示未激活状态)，在节点激活后，模块开始工作，并在执行完毕后将节点状态改回b＝0。然后执行评估方法的过程。
[0271]
可视化模块，用于对韧性得分及评估过程中的数据进行可视化。
[0272]
具体为：
[0273]
该模块主要用于展示城市综合能源系统韧性评估结果，帮助使用者了解系统目前存在的问题。展示内容包括系统评估总得分、系统的各项子因素得分，系统韧性优势点与薄弱点、综合能源系统图片信息、文字描述信息。以上信息通过柱状图、折线图、雷达图等图表或动态曲线方式进行展示。本模块还支持评估结果的导出，导出模板格式包括预设格式和用户自定义格式，用户可根据需要勾选需要展示的内容，导出文件类型支持excel、word、pdf、xml格式。
[0274]
反馈调节模块，用于对评估方法进行反馈和改进，在突发应急事件发生后，在原有数据基础上，进一步补充和更新已有的数据库，并根据事件的性质和系统的表现，进行权重优化。具体为：
[0275]
该模块主要用于对韧性评估系统进行更新，保证评估结果的准确性和时效性。每当突发应急事件发生后，该模块就会启动，并向数据采集模块和评估执行模块发送命令，将a、b节点状态激活为a＝1，b＝1。具体而言，数据采集模块会重新收集韧性评估指标体系中涉及的各项数据，并进行预处理，再传输到评估执行模块中。而评估执行模块将依据接收到的数据先进行客观赋权，再发出提示信息，并组织专家组对韧性评估指标体系进行主观赋权，最后重新执行评估流程。
[0276]
可理解的是，本发明实施例提供的突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估系统与上述突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法相对应，其有关内容的解释、举例、有益效果等部分可以参考突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法中的相应内
容，此处不再赘述。
[0277]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储用于突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如上述所述的突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法。
[0278]
本发明实施例还提供一种电子设备，包括：
[0279]
一个或多个处理器；
[0280]
存储器；以及
[0281]
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上述所述的突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法。
[0282]
综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：
[0283]
1、本发明实施例通过构建层次化的综合能源系统韧性评估指标体系，能为城市综合能源系统的韧性提升提供依据，有助于解决目前综合能源系统韧性评估考虑因素不全面、可解释性差等问题，提高综合能源系统韧性评估方法的准确性。
[0284]
2、本发明实施例通过模糊层次分析法与熵权法组合赋权的方法，不仅综合考虑了评估过程中主客观因素的影响，还明确了不同指标之间的相对重要性，有助于综合能源相关部门对重点薄弱部分进行针对性改造提升。
[0285]
3、通过建立具有反馈调节机制和可视化功能的综合能源系统韧性评估系统，实现了数据和评估标准的实时更新，也为城市综合能源系统的韧性评估提供了可行的评估流程与方案。
[0286]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0287]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法，其特征在于，包括：s1、基于城市综合能源系统的韧性影响因素构建层次化的韧性评估指标体系；s2、获取所述韧性评估指标体系中涉及到的城市综合能源系统的运维相关数据；s3、根据所述运维相关数据，利用模糊层次分析法和熵权法对韧性评估指标体系进行组合赋权，并基于理想解法计算综合能源系统的韧性得分。2.如权利要求1所述的突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法，其特征在于，所述层次化的韧性评估指标体系为四层韧性评估指标体系，其中，第一层为城市综合能源系统评价体系；第二层中包括三个二级指标，分别为鲁棒性、冗余性和快速性；第三层中包括每个二级指标的三个三级指标，分别为供应子系统，传输子系统和转换子系统；第四层中包括每个三级指标的四级指标，其中，在鲁棒性中，供应子系统的四级指标包括失负荷概率、失负荷相对程度和供应源多样性；传输子系统的四级指标包括应急事件后剩余负荷比率、管网故障率和管网维护频率；转换子系统的四级指标包括保供的最低运行设备数占比、转换设备平均剩余寿命和能源联产设备耦合程度；在冗余性中，供应子系统的四级指标包括备用供应设备比例和后备能源储量；传输子系统的四级指标包括备用供能路径数量和备用管网传输量；转换子系统的四级指标包括转换设备选址配置和后备转换设备总功率；在快速性中，供应子系统的四级指标包括关键负荷恢复时间、平均负荷恢复比例和供能平均恢复时间，传输子系统的四级指标包括维护人员效率与能力和关键管网恢复时间；转换子系统的四级指标包括维护人员与方案配置和设备平均恢复时间。3.如权利要求1或2所述的突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法，其特征在于，所述s3包括：s301、基于运维相关数据，利用模糊层次分析法计算每个指标的主观权重；s302、基于运维相关数据，采用熵权法确定客观权重；s303、根据主观权重和客观权重，确定组合权重，得到组合权重矩阵；s304、基于组合权重矩阵和topsis法确定城市综合能源系统的韧性得分。4.如权利要求3所述的突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法，其特征在于，所述s301包括：s301a、设定韧性评估指标体系中每个指标的得分标准，根据运维相关数据和得分标准确定每项指标的得分等级；s301b、基于指数标度法建立标度体系；s301c、参照标度体系，采用三角模糊数和确定得分等级的韧性评估指标体系建立模糊互补判断矩阵；s301d、对模糊互补判断矩阵进行一致性检验，并计算每个指标的主观权重。5.如权利要求1所述的突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法，其特征在于，所述突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法还包括：s4、对韧性得分及评估过程中的数据进行可视化。
6.如权利要求5所述的突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法，其特征在于，所述突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法还包括：s5、在突发应急事件发生后，补充和更新已有的数据库，对评估方法进行反馈和改进。7.一种突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估系统，其特征在于，包括：韧性评估指标体系构建模块，用于基于城市综合能源系统的韧性影响因素构建层次化的韧性评估指标体系；数据采集模块，用于获取韧性评估指标体系中涉及到的城市综合能源系统的运维相关数据；评估执行模块，根据运维相关数据，利用模糊层次分析法和熵权法对韧性评估指标体系进行组合赋权，并基于理想解法计算综合能源系统的韧性得分。8.如权利要求7所述的突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估系统，其特征在于，所述层次化的韧性评估指标体系为四层韧性评估指标体系，其中，第一层为城市综合能源系统评价体系；第二层中包括三个二级指标，分别为鲁棒性、冗余性和快速性；第三层中包括每个二级指标的三个三级指标，分别为供应子系统，传输子系统和转换子系统；第四层中包括每个三级指标的四级指标，其中，在鲁棒性中，供应子系统的四级指标包括失负荷概率、失负荷相对程度和供应源多样性；传输子系统的四级指标包括应急事件后剩余负荷比率、管网故障率和管网维护频率；转换子系统的四级指标包括保供的最低运行设备数占比、转换设备平均剩余寿命和能源联产设备耦合程度；在冗余性中，供应子系统的四级指标包括备用供应设备比例和后备能源储量；传输子系统的四级指标包括备用供能路径数量和备用管网传输量；转换子系统的四级指标包括转换设备选址配置和后备转换设备总功率；在快速性中，供应子系统的四级指标包括关键负荷恢复时间、平均负荷恢复比例和供能平均恢复时间，传输子系统的四级指标包括维护人员效率与能力和关键管网恢复时间；转换子系统的四级指标包括维护人员与方案配置和设备平均恢复时间。9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储用于突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如权利要求1～6任一所述的突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法。10.一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如权利要求1～6任一所述的突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法。

技术总结
本发明提供一种突发应急条件下城市综合能源系统韧性评估方法和系统，涉及能源管理技术领域。本发明通过构建层次化的综合能源系统韧性评估指标体系，能为城市综合能源系统的韧性提升提供依据，有助于解决目前综合能源系统韧性评估考虑因素不全面、可解释性差等问题，提高综合能源系统韧性评估方法的准确性。同时，本发明通过模糊层次分析法与熵权法组合赋权的方法，不仅综合考虑了评估过程中主客观因素的影响，还明确了不同指标之间的相对重要性，有助于综合能源相关部门对重点薄弱部分进行针对性改造提升。行针对性改造提升。行针对性改造提升。


技术研发人员：周开乐 马思宇 陆信辉 丁涛 虎蓉 陈鸣飞
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/10/8