林民仲,鐘建偉

(1.國網(wǎng)湖北省電力公司恩施供電公司,湖北 恩施 445000; 2.湖北民族學(xué)院 信息工程學(xué)院,湖北 恩施 445000)

分布式電源接入對配電網(wǎng)影響的層次綜合評估方法

林民仲1,鐘建偉2

(1.國網(wǎng)湖北省電力公司恩施供電公司,湖北 恩施 445000; 2.湖北民族學(xué)院 信息工程學(xué)院,湖北 恩施 445000)

以風(fēng)力發(fā)電機(jī)和風(fēng)力發(fā)電配電系統(tǒng)作為主要的研究對象,以改進(jìn)的IEEE-RBTS Bus6 系統(tǒng)主饋線F4為例,對分布式電源接入對配電網(wǎng)影響的各項(xiàng)評估指標(biāo)進(jìn)行仿真,運(yùn)用層次分析法,通過對各項(xiàng)評估指標(biāo)模糊化處理和計算,得到不同方案的綜合評估得分.評估結(jié)果表明,分布式電源接入對配電網(wǎng)的影響各項(xiàng)評估指標(biāo)具有改善作用.

分布式電源;配電網(wǎng);層次分析法;綜合評估方法

隨著分布式電源接入配電網(wǎng)供電系統(tǒng)的應(yīng)用,配電網(wǎng)供電系統(tǒng)的可靠性模型將會發(fā)生重大變化.研究這套綜合評估性能指標(biāo),將會很大程度上推動分布式電源在配電網(wǎng)中的地位.合理利用電能,優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),提高能源利用效率,保障能源安全,促進(jìn)節(jié)能減排,研發(fā)新技術(shù),發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì),制定用電措施,從提高供電服務(wù)水平的基本要求點(diǎn)出發(fā),緊密結(jié)合我國的基本國情和國策,確立建設(shè)以特高電壓電網(wǎng)為骨架,分布式電源電網(wǎng)為輔,各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展,具有自動化、智能化、互動化、信息化和現(xiàn)代化的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo).逐步實(shí)現(xiàn)分布式電源接入系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化,引導(dǎo)可再生能源建設(shè)與電網(wǎng)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展,支持國家低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和實(shí)施.

1 分布式電源對配電網(wǎng)的影響

分布式光伏[1-3]接入配電網(wǎng),會對繼電保護(hù)、電能質(zhì)量、系統(tǒng)安全和可靠性及網(wǎng)損產(chǎn)生影響.分布式電源大量的接入配電網(wǎng)絡(luò)后,將僅有一個電源點(diǎn)的輻射網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)改變成多個電源點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),電網(wǎng)潮流也從單向變電站到負(fù)荷轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向流動,配電網(wǎng)的根本性變化使得配電網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)機(jī)理發(fā)生重大改變.其次,原有配電網(wǎng)本來就含繼電保護(hù)裝置,為分布式電源的接入,在繼電保護(hù)裝置上做大幅改變是不切實(shí)際情況的,因此,分布式電源應(yīng)盡量去適應(yīng)原有的繼電保護(hù)裝置.

分布式電源的供電方式采用分散、就地的原則,從而可以提高供電可靠性和電能質(zhì)量.但分布式電源接入配電網(wǎng)中,會由于用戶的實(shí)際電力需求、分布式電源的啟動與停運(yùn)、電力市場和政策法規(guī)諸多因素影響會直接或間接的使配電網(wǎng)電流波動和電壓閃變.

分布式配電網(wǎng)絡(luò)可以提高輸電網(wǎng)傳輸裕度,還可以合理的規(guī)劃DG接入位置,提高了系統(tǒng)電壓的整體水平和系統(tǒng)的調(diào)節(jié)電壓的能力.另一方面,當(dāng)負(fù)載供電,線路出現(xiàn)故障時,分布式電源可向小部分負(fù)荷繼續(xù)供電,提高電源系統(tǒng)的安全性和可靠性;分布式配電網(wǎng)絡(luò)接入分布式電源后,需要與系統(tǒng)有良好的配合.分布式電源的接入可能減小配電網(wǎng)系統(tǒng)的損耗也可能增加系統(tǒng)損耗,這取決于分布式電源的容量、接入位置和負(fù)荷的相對大小和位置等因素.

2 分布式電源接入對配電網(wǎng)綜合影響的評估[4-6]方法

2.1層次分析法

層次分析法[7](Analytic Hierarchy Process,AHP),將待評估的指標(biāo)分解為不同的層次結(jié)構(gòu),然后求判斷矩陣特征向量,求得每一層次的各元素對上一層次某元素的優(yōu)先權(quán)重,最后,通過定性指標(biāo)模糊量化方法算出層次單排序(權(quán)數(shù))和總排序,以作為多指標(biāo)、多方案優(yōu)化決策的一種系統(tǒng)方法.

在分布式電源接入對配電網(wǎng)影響的評估中,各個評價指標(biāo)可以描述分布式電源接入對配電網(wǎng)的單方面影響,而對配電網(wǎng)影響的綜合評估[8]是將各項(xiàng)指標(biāo)通過確定其權(quán)重的方式來統(tǒng)一成一個綜合判斷指標(biāo).因?yàn)槊宽?xiàng)評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)和量綱不一樣,不能直觀的用某一項(xiàng)指標(biāo)直接評估.于是對配電網(wǎng)的綜合評估需要將各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)用效用函數(shù)進(jìn)行模糊化后成為統(tǒng)一的量綱指標(biāo).

依照互反性標(biāo)準(zhǔn),對總目標(biāo)P下的N個評價指標(biāo)每兩個相互評價,形成一個判斷矩陣E,驗(yàn)證這個矩陣E,當(dāng)矩陣E滿足式(1)時,則得出結(jié)論矩陣E的一致性可以接受.

(1)

(2)

式(2)中exy表示評價指標(biāo)Px對Py的相對判斷重要值.

利用各個評價指標(biāo)的效用值和評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù),可以求得綜合評分S,其計算公式為:

(3)

2.2綜合評估的過程

1)建立評估層次.將分布式電源接入對配電網(wǎng)影響的評估問題分為四個層次.目標(biāo)層對分布式電源接入對配電網(wǎng)影響的綜合評估,其中準(zhǔn)則層、指標(biāo)層,實(shí)現(xiàn)預(yù)定總目標(biāo)所涉及的中間環(huán)節(jié),最后方案層,表示將選用的解決問題的方案,一般都有幾種方案可選.

2)構(gòu)造判斷矩陣.定性分析后確定各層次各因素之間的權(quán)重,主觀性較為嚴(yán)重,于是使用一致矩陣法,將影響評估的各項(xiàng)指標(biāo)不進(jìn)行統(tǒng)一比較,每兩個之間進(jìn)行相互比較,盡量降低不相關(guān)的因素指標(biāo)的干擾.

3)層次單排序及其一致性檢驗(yàn).對應(yīng)于判斷矩陣最大特征根的特征向量,經(jīng)歸一化(使向量中各元素之和等于1)后記為ω.ω的元素為同一層次因素對于上一層次因素某因素相對重要性的排序權(quán)值,這一過程稱為層次單排序.能否確認(rèn)層次單排序,需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn),所謂一致性檢驗(yàn)是指對判斷矩陣確定不一致的允許范圍.

4)層次總排序及其一致性檢驗(yàn).計算最下層對最上層總排序的權(quán)向量.

3 分布式電源接入對配電網(wǎng)影響的實(shí)例評估

3.1實(shí)例描述

以改進(jìn)的IEEE-RBTS Bus6[9-10]系統(tǒng)主饋線F4為例,對分布式電源接入對配電網(wǎng)進(jìn)行仿真.測試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 改進(jìn)的仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Improved simulation system architecture

該測試系統(tǒng)的各個元件可靠性如表1所示.

通過以下三種方案對分布式電源接入對配電網(wǎng)的影響的評價[10]指標(biāo)進(jìn)行仿真,來驗(yàn)證綜合評估方法的可靠性.

表1 各個元件的可靠性

方案1:系統(tǒng)中無分布式電源接入;

方案2:系統(tǒng)中接入所有分布式電源DG1;

方案3:系統(tǒng)中接入所有分布式電源DG1和DG2.

3.2綜合評估結(jié)果及分析

3.2.1 綜合評估結(jié)果 通過對以上三種方案的計算,各個評價指標(biāo)的計算結(jié)果如表2所示.

表2 評價指標(biāo)計算結(jié)果

表3 各個評價指標(biāo)的效用值

由于綜合評估方法中各個評價指標(biāo)的數(shù)量級、評價標(biāo)準(zhǔn)和性質(zhì)的不同,根據(jù)表2評價指標(biāo)計算結(jié)果,將各個評價指標(biāo)通過效用函數(shù)進(jìn)行變換處理,得到評價指標(biāo)的有效值如表3所示.構(gòu)建第一層(指標(biāo)層)判斷矩陣,得出第一層判斷矩陣的最大特征值,進(jìn)行一致性校驗(yàn),計算得出第一層評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù).同理,用同樣的方法處理第二層(準(zhǔn)則層)的數(shù)據(jù),通過式(3)計算最后得到這三種方案的綜合評估得分.

由互反性理論得出第二層判斷矩陣E1:

判斷矩陣E1的最大特征值λmax=4.050 1,由式(1)中一致性校驗(yàn)方法得,CR=0.01 7lt;0.1,則矩陣E1的一致性相同.由式(2)得到第一層評價的各項(xiàng)指標(biāo)對應(yīng)的歸一化權(quán)重系數(shù)ωx依次為:0.183 2、0.423 8、0.063 3、0.295 6;同理,可以求的底層評價的各項(xiàng)指標(biāo)對應(yīng)的歸一化權(quán)重系數(shù)依次為:0.096 8、0.031 8、0.089 8、0.102 5、0.039 7、0.045 8、0.054 3、0.068 6、0.079 4、0.105 2、0.078 7、0.198 6.

根據(jù)三種不同方案得出綜合評估情況如下.

3.2.2 綜合評估結(jié)果分析 由表2可知,經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)中,隨分布式電源接入量的增加,線損率、有功功率單位成本、無功功率單位成本反而減小;大量接入分布式電源可靠性評價指標(biāo)的改善并不是很明顯;方案1與方案2相比,方案2中總諧波率和電壓波動略有增加,而相比于方案3,方案3中總諧波率和電壓波動明顯增加;在安全性指標(biāo)中,方案2與方案1相比,短路容量有所增加,方案3與方案2相比,短路容量大幅增加.由表4可得,適量接入分布式電源與不接分布式電源相比,可靠性評價指標(biāo)有明顯改善.在環(huán)保效益指標(biāo)方面,各個方案的污染氣體的排放量隨方案序號的增大而減小.

表4 不同方案的綜合評分值

通過表4可以看出,適當(dāng)滲透率的分布式電源接入配電網(wǎng),對配電網(wǎng)的運(yùn)行的各項(xiàng)指標(biāo)有明顯的改善.三種方案綜合評估結(jié)果顯示,第二種方案的綜合評估分最高,方案一和方案三綜合評估不是很優(yōu)秀,說明分布式電源適量接入配電網(wǎng)能有效提高配電網(wǎng)的綜合性能.

4 總結(jié)

本文首先闡述了分布式電源接入配電網(wǎng)后對配電網(wǎng)的繼電保護(hù)、電能質(zhì)量、短路電流、諧波等方面的影響,接下來構(gòu)建分布式電源接入對配電網(wǎng)影響的綜合評估指標(biāo),針對光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等分布式電源接入對配電網(wǎng)影響的情況,通過建立清晰的層次結(jié)構(gòu),提出了一種分布式電源接入對配電網(wǎng)影響的綜合評估體系,該綜合評估方法能有效的對分布式電源接入對配電網(wǎng)的影響指標(biāo)進(jìn)行評估.

[1] 章杜錫,徐祥海,楊莉,等.分布式電源對配電網(wǎng)過電壓的影響[J].電力系統(tǒng)自動化,2007,36(4):21-28.

[2] 李斌,劉天琪,李興源.分布式電源接入對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響[J].電網(wǎng)技術(shù),2009,34(3):22-27.

[3] NISSEN M B.High performance development as distributed generation[J].IEEE Trans Power,2009,28(6):25-31.

[4] 曾鳴,張鰓,周飛.基于多目標(biāo)靜態(tài)模糊模型的分布式電源規(guī)劃[J].電網(wǎng)技術(shù),2013,37(4):954-959.

[5] 艾芊,顧承紅.考慮環(huán)境因素的分布式發(fā)電多目標(biāo)優(yōu)化配置[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2009,29(13):23-28.

[6] 劉俊華,羅隆福,張志文,等.一種考慮排序穩(wěn)定分析的電能質(zhì)量綜合評估新方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2013,33(1):70-76.

[7] 劉睿,楊鏡飛.分布式電源綜合評價[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報,2013,25(1):34-39.

[8] 張立梅,趙云軍.分布式發(fā)電對配電網(wǎng)影響的綜合評估[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2010,38(21):132-135.

[9] 李蕊,李躍,郭威,等.分布式電源接入對配電網(wǎng)可靠性影響的仿真分析[J].電網(wǎng)技術(shù) 2016,40(7):2017-2021.

[10] SOLVER T,SODER L.Comparison of incentives for distribution system reliability in performancebased regulations,electric utility deregulation,restructuring and power technologies [C]//Proceedings of the 2004 IEEE International Conference:IEEE,2004:485-490.

[10] ADIRCI I,ERMIS M.Performance evalution of a wind driven DOIG usinga hybrid model[J].Power Engineering Journa1,2001,15(5):224-232.

[11] 李連結(jié),姚建剛,龍立波,等.組合賦權(quán)法在電能質(zhì)量模糊綜合評估中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化,2007,31(4):56-60.

責(zé)任編輯：時凌

AComprehensiveEvaluationMethodfortheInfluenceofDistributedPowerSupplyonDistributionNetwork

LIN Minzhong1,ZHONG Jianwei2

(1.State Grid Enshi Power Supply Company,EnShi 445000,China; 2.Scheol of Informaton Engineering,Hubei University For Nationalities,Enshi 445000,China)

Taking the wind generator and the distribution system of wind power generation and as the main object of study and the main feeder F4 of improved IEEE-RBTS Bus6 system as an example, this paper simulates the assessment indexes of impact of DG access on the distribution network and obtains the comprehensive evaluation score of different schemes by using the analytic hierarchy process and the evaluation index fuzzy processing and calculation. The evaluation results show that the impact of the DG access on the distribution network is improved.

distributed generation;distributed network;analytic hierarchy process;comprehen sive evaluation method

2017-05-09.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61263030,61463014).

林民仲(1968-),男,高級工程師,主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制的研究.

1008-8423(2017)04-0449-04

10.13501/j.cnki.42-1569/n.2017.12.021

TP311

A