丁 俊 王欣怡 邵燁楠 周 凱 張少文

新型電力系統(tǒng)的影響因素分析

丁 俊1王欣怡2邵燁楠1周 凱1張少文3

（1. 國網蘇州供電公司，江蘇蘇州 215000；2. 江蘇省電力設計院有限公司，南京 211102；3. 南京工程學院電力工程學院，南京 211167）

隨著能源結構轉型的不斷推進，建設以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是電網發(fā)展的必然趨勢。然而，對新型電力系統(tǒng)而言，由于構成的復雜性，其影響因素之間必然存在復雜且強耦合關系。因此，本文針對新型電力系統(tǒng)影響因素之間的相互關系及層次結構展開研究。首先對新型電力系統(tǒng)的特征進行分析，在此基礎上總結新型電力系統(tǒng)的影響因素集與意識模型；其次利用推移論的計算方法獲得可達矩陣，通過可達矩陣繪制結構層次圖；最后構建出新型電力系統(tǒng)影響因素解釋結構模型，該模型既可以直接反映影響因素之間的層次結構，也可直接作為后期定量分析的層次結構模型，為新型電力系統(tǒng)影響因素的分析提供了一種新的思路和方法，也為我國新型電力系統(tǒng)的構建提供參考。

新型電力系統(tǒng)；影響因素集；意識模型；可達矩陣；解釋結構模型

0 引言

2021年03月01日，國家電網有限公司響應國家“雙碳”政策，發(fā)布了《國家電網公司“碳達峰、碳中和”行動方案》，該方案旨在構建現代新型電力系統(tǒng)體系，從而推動低碳零碳目標的實現[1-2]。提升新能源發(fā)電占比、提高新能源發(fā)電在終端消費中的比重是實現“雙碳”目標的重要保證[3]。

文獻[4-5]從技術層面出發(fā)，提出新型電力系統(tǒng)規(guī)劃模型與調頻標準，為新型電力系統(tǒng)建設提供參考。但由于新型電力系統(tǒng)影響因素涉及廣泛，因此需要從能源、環(huán)境等多角度對新型電力系統(tǒng)的影響因素進行分析。文獻[6-9]分別從能源、環(huán)境、技術與設備維護角度對新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性的影響因素進行敘述，為新型電力系統(tǒng)的影響因素分析提供參考。但上述文獻主要是對新型電力系統(tǒng)單個方面影響因素展開分析，針對新型電力系統(tǒng)多個方面混合影響因素之間的影響關系缺乏相應的闡述。文獻[10-11]從負荷、報價和容量等方面分析影響因素對電價的影響，但未針對多個影響因素之間的層次結構進行相應的探討。

本文將能源、環(huán)境、用戶、產業(yè)作為新型電力系統(tǒng)的影響因素集，并利用解釋結構模型分析方法，對新型電力系統(tǒng)影響因素之間的關聯性與層次性進行分析。首先對新型電力系統(tǒng)影響因素展開分析并通過影響因素之間的相互影響關系獲得鄰接矩陣，其次利用推移論對鄰接矩陣進行計算，得出可達矩陣，最后利用可達矩陣得出層次清晰、脈絡清楚的結構層次圖。

1 解釋結構模型

對新型電力系統(tǒng)而言，由于構成的復雜性，其影響因素之間必然存在復雜且強烈耦合關系，因此本文利用解釋結構模型對新型電力系統(tǒng)進行研究。解釋結構模型是通過梳理將復雜且具有強烈耦合關系的系統(tǒng)分解為多個子系統(tǒng)，然后通過對子系統(tǒng)內部各影響因素之間的聯系性進行分析，得出影響因素之間的關聯關系并利用有向圖來揭示系統(tǒng)的結構。解釋結構模型建立過程如圖1所示，具體分為以下五個步驟。

圖1 解釋結構模型建立過程

1）確定要素集與意識模型

依據新型電力系統(tǒng)所涉及的專業(yè)知識和實際運行約束條件，對新型電力系統(tǒng)的影響因素展開分析，將其分解為多個子系統(tǒng)，根據子系統(tǒng)生成影響要素集，構建新型電力系統(tǒng)的意識模型。

2）建立鄰接矩陣

通過對各子系統(tǒng)中影響因素之間的關聯關系進行分析，構建相應的鄰接矩陣=(a)。鄰接矩陣的元素a定義為

式中，≠，且,=1, 2,…,，為影響因素的個數。

3）建立可達矩陣

利用推移論的規(guī)律與特性，對鄰接矩陣進行計算，得到可達矩陣，計算公式為

式中，為單位矩陣。該計算方法將矩陣與相加后進行同矩陣相乘，直至乘積矩陣保持不變，此時乘積矩陣為可達矩陣。

4）構造結構層次圖

采用規(guī)范方法與實用方法，利用步驟3）所求出的可達矩陣，建立結構層次圖，觀察整個新型電力系統(tǒng)影響因素之間對應的層次關系。

5）構建解釋結構模型

根據相關理論知識和實踐經驗，分析結構層次圖從而得到解釋結構模型。比較解釋結構模型和現有經驗意識模型，如有嚴重不符則返回步驟1）對相關因素及其影響關系進行修正。

2 新型電力系統(tǒng)影響因素解釋結構模型

新型電力系統(tǒng)通過多類型能源之間的互相轉化與補充，實現多系統(tǒng)間的協調配合，從而提高綜合能源系統(tǒng)的有效性、靈活性和安全性。因此，在新型電力系統(tǒng)規(guī)劃構建過程中應綜合考慮對新型電力系統(tǒng)的供電可靠性、電能質量、經濟效益、負荷種類等有直接或間接影響的因素，形成如圖2所示的影響因素知識模型。

本文研究的對象是新型電力系統(tǒng)，記為因素0；通過圖2所示的知識模型，確定能源、環(huán)境、用戶、產業(yè)為新型電力系統(tǒng)的主要影響因素集。影響因素集中主要包括清潔能源種類、能源總利用效率、氣候類型、日照時間及光照強度、負荷特性曲線、各類產業(yè)比例結構等14個主要影響因素，分別記為因素1～14。另外，系統(tǒng)的供電可靠性記為因素15，系統(tǒng)的電能質量記為因素16，系統(tǒng)的經濟效益記為因素17，系統(tǒng)的負荷大小記為因素18。

圖2 新型電力系統(tǒng)影響因素知識模型

新型電力系統(tǒng)發(fā)展過程中，供電可靠性、電能質量、經濟效益及負荷大小是衡量新型電力系統(tǒng)優(yōu)劣的標準，直接受新型電力系統(tǒng)影響。此外清潔能源種類及分布與所處地區(qū)日照、產業(yè)規(guī)模直接相關，因此將日照時間及光照強度6與產業(yè)產值13作為清潔能源種類及分布1的直接影響因素，依此類推，最終確定19個因素之間的相互關系見表1。

表1 新型電力系統(tǒng)影響因素之間的相互關系

根據表1所列新型電力系統(tǒng)影響因素之間的關聯關系，構建鄰接矩陣，利用式（2）、式（3）對鄰接矩陣進行計算，得出的可達矩陣見表2。

表2 可達矩陣M

從表2可以發(fā)現，新型電力系統(tǒng)的所有影響因素一共可以劃分為7個層次，所有的影響因素都通過不同的角度對新型電力系統(tǒng)產生影響。其中，每一層影響因素只對上層影響因素有直接影響，而對下層影響因素沒有直接影響。

根據可達矩陣，運用解釋結構模型的規(guī)范法與實用法建立新型電力系統(tǒng)結構層次圖，如圖3所示。

圖3 新型電力系統(tǒng)結構層次圖

從圖3可以發(fā)現，以新型電力系統(tǒng)為核心，所有的影響因素交叉影響，最終構成了一個密不可分的系統(tǒng)。因此在新型電力系統(tǒng)構建過程中必須把這些影響因素看做一個整體，并制定全面的系統(tǒng)構建計劃，才能保證系統(tǒng)的成功構建。

在圖3中，日照時間及光照強度（因素6）、氣候類型（因素8）、常住人口總量及人口構成百分比（因素10）等影響因素處于最低層，只對其他影響因素產生影響而不會受到其他因素的影響，將其稱為新型電力系統(tǒng)的輸入，它們是新型電力系統(tǒng)構建的基礎。因此，為了保證所構建新型電力系統(tǒng)的真實有效性，需要對用戶與環(huán)境因素進行系統(tǒng)的分析與研究。

根據圖3所示新型電力系統(tǒng)結構層次圖，確立相應的新型電力系統(tǒng)解釋結構模型，利用層次分析法或古林法對影響因素進行量化，并以此為基礎建立新型電力系統(tǒng)影響因素結構數學模型，為我國新型電力系統(tǒng)的構建提供參考。

3 結論

本文分析新型電力系統(tǒng)的影響因素并總結了影響因素集，利用系統(tǒng)分析方法構建了一種適用于新型電力系統(tǒng)影響因素分析的解釋結構模型，得到了層次清晰、脈絡清楚的新型電力系統(tǒng)影響因素結構模型，為后期新型電力系統(tǒng)的定量分析提供理論基礎。此外，對于新型電力系統(tǒng)而言，能源、環(huán)境、產業(yè)、用戶等諸多影響因素互相影響形成一個整體，在新型電力系統(tǒng)構建過程中必須充分考慮它們之間的內在關聯，從而保證新型電力系統(tǒng)構建的有效性與實用性。

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Analysis on influencing factors of new power system

DING Jun1WANG Xinyi2SHAO Yenan1ZHOU Kai1ZHANG Shaowen3

(1. State Grid Suzhou Power Supply Company, Suzhou, Jiangsu 215000;2. Jiangsu Electric Power Design Institute Co., Ltd, Nanjing 211102;3. College of Electric Power Engineering, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167)

With the continuous advancement of energy structure transformation, building a new power system with new energy as the main body is the inevitable trend of power grid development. However, for the new power system, due to the complexity of its composition, there must be a complex and strong coupling relationship between its influencing factors. Therefore, this paper studies the relationship and hierarchy of the influencing factors of the new power system. Firstly, the characteristics of the new power system are analyzed. On this basis, the influencing factor set and consciousness model of the new power system are summarized. Secondly, the reachability matrix is obtained by using the calculation method of the transition theory, and the structural hierarchy diagram is drawn through the reachability matrix. Finally, the interpretation structure model of the influencing factors of the new power system is constructed. The model can not only directly reflect the hierarchical structure between influencing factors, but also directly serve as the hierarchical structure model for later quantitative analysis, which provides a new idea and method for the analysis of influencing factors of new power system, but also provides a reference for the construction of new power system in China.

new power system; influencing factors set; consciousness model; reachability matrix; interpretive structural model

2021-11-18

2021-12-10

丁 ?。?987—），男，碩士，工程師，研究方向為電力工程技術。