分布式電源接入對(duì)黑龍江配電網(wǎng)影響的綜合評(píng)估研究

陳曉光

(黑龍江省電力科學(xué)研究院, 哈爾濱 150030)

分布式電源接入對(duì)黑龍江配電網(wǎng)影響的綜合評(píng)估研究

陳曉光

(黑龍江省電力科學(xué)研究院, 哈爾濱 150030)

對(duì)分布式發(fā)電(DG)接入黑龍江配電網(wǎng)后所產(chǎn)生的各項(xiàng)影響進(jìn)行了分析和研究。在綜合考慮DG 對(duì)配電網(wǎng)可靠性、電壓質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性等影響的基礎(chǔ)上,建立DG接入后對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生影響的評(píng)估指標(biāo)體系以及基于層次分析法的綜合評(píng)估模型,并計(jì)算了各指標(biāo)的權(quán)重,達(dá)到了綜合評(píng)估分布式電源對(duì)于配電網(wǎng)影響的目的。同時(shí),以20節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例,在DG的不同接入方案下,仿真分析了指標(biāo)計(jì)算方法和綜合評(píng)估方法,結(jié)果顯示該方法可以全面反映出分布式電源對(duì)于電網(wǎng)的影響。

分布式發(fā)電,配電網(wǎng),層次分析法,綜合評(píng)估方法

分布式電源(DG)具有投資少、占地小、安全可靠、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)[1]。目前應(yīng)用較為廣泛的的分布式發(fā)電形式主要有小型水電、太陽能光伏發(fā)電、分散式風(fēng)力發(fā)電及小型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組等。近些年,分布式電源在黑龍江省的應(yīng)用越來越廣泛,但大量的分布式電源接入配電網(wǎng),勢(shì)必會(huì)對(duì)現(xiàn)有配電網(wǎng)產(chǎn)生巨大的影響。影響主要體現(xiàn)在對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的影響和對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃[2]的影響兩個(gè)方面,如對(duì)配電系統(tǒng)的電壓分布、電能質(zhì)量、繼電保護(hù)配置方案、網(wǎng)損以及可靠性等方面產(chǎn)生的影響。

有關(guān)評(píng)估DG接入對(duì)電網(wǎng)的影響已有一些研究。文獻(xiàn)[3-4]研究了分布式電源接入對(duì)于配電網(wǎng)可靠性的影響,并進(jìn)行了量化分析;文獻(xiàn)[5]從能源成本的角度對(duì)DG接入配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了量化評(píng)估;文獻(xiàn)[6-7]從DG接入對(duì)配電網(wǎng)的電壓、網(wǎng)損、環(huán)境等方面的影響進(jìn)行了分析研究;文獻(xiàn)[8]從研究新能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的角度出發(fā)出發(fā),介紹了一種分布式電源接入對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性影響的評(píng)價(jià)方法。這些方法只能片面反映分布式電源接入帶來的影響,無法全面反映出分布式電源對(duì)配電網(wǎng)的影響情況。本文綜合考慮DG對(duì)于配電網(wǎng)在運(yùn)行以及規(guī)劃方面的影響,建立DG接入后對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生影響的評(píng)估指標(biāo)體系以及基于層次分析法的綜合評(píng)估模型,并計(jì)算了各指標(biāo)的權(quán)重,達(dá)到了綜合評(píng)估分布式電源對(duì)于配電網(wǎng)影響的目的。

1 綜合評(píng)估方法及模型

DG對(duì)于配電網(wǎng)的各項(xiàng)影響可作為單一指標(biāo)用來衡量DG接入對(duì)配電網(wǎng)某一屬性方面的影響,為了綜合評(píng)估DG的影響,本文采用上述各指標(biāo)的加權(quán)求和作為DG對(duì)電網(wǎng)影響的綜合評(píng)估,即

式中:N表示指標(biāo)數(shù);Ii指第i個(gè)指標(biāo);wi指第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重因子,它滿足

為了使確定出的指標(biāo)權(quán)重既考慮專家經(jīng)驗(yàn),又結(jié)合客觀實(shí)際,本文采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重

1.1 綜合評(píng)估模型

首先,確認(rèn)評(píng)估模型的目標(biāo)層元素。建立評(píng)估模型的目的是通過將各項(xiàng)影響指標(biāo)的重要性進(jìn)行排序以實(shí)現(xiàn)綜合評(píng)估的目的。所以綜合評(píng)估問題中,最頂層的元素只有一個(gè),即目標(biāo)層“各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重”

其次,建立評(píng)估模型的準(zhǔn)則層元素。分布式電源對(duì)配電網(wǎng)影響的各項(xiàng)指標(biāo)中,大都和配電網(wǎng)的運(yùn)行密切相關(guān),而且接入分布式電源的配電網(wǎng)運(yùn)行情況也是備受關(guān)注的問題,同時(shí)分布式電源的接入也會(huì)在配網(wǎng)的規(guī)劃方面產(chǎn)生影響,所以,在準(zhǔn)則層中,選擇目標(biāo)層下的兩個(gè)影響目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的因素“對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行的影響”和“對(duì)配網(wǎng)規(guī)劃的影響”作為準(zhǔn)則層元素。

據(jù)此,建立的綜合評(píng)估模型如圖1所示。

圖1 基于層次分析法的綜合評(píng)估模型

1.2 建立判斷矩陣

根據(jù)得到的層次分析模型,可建立此模型的判斷矩陣。在此模型中,只需要知道各層級(jí)元素的排序或重要程度,故選用層次分析法中較為常用的l～9標(biāo)度法[8-10]。需要說明的是,判斷矩陣隱含著對(duì)模型中各層級(jí)元素重要程度的傾向性,因此,為提高評(píng)估模型的準(zhǔn)確性,應(yīng)用時(shí)應(yīng)結(jié)合專家意見和實(shí)際情況比較各個(gè)因素的重要性以得到判斷矩陣。

1.2.1 目標(biāo)層下準(zhǔn)則層B的判斷矩陣

需要比較在目標(biāo)層“各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重”下,影響因素“對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行的影響”與“對(duì)配網(wǎng)規(guī)劃的影響”的相對(duì)重要程度。在實(shí)際操作中,需要綜合考慮分布式電源對(duì)于配網(wǎng)在運(yùn)行和規(guī)劃兩方面的影響。分布式電源對(duì)于配電網(wǎng)運(yùn)行的影響主要指配電網(wǎng)在接入分布式電源以后,各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)的變化情況,側(cè)重于分布式電源接入對(duì)現(xiàn)有配電網(wǎng)造成的影響。分布式電源對(duì)于配電網(wǎng)規(guī)劃的影響主要考慮配電網(wǎng)在接入分布式電源以后,原有配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及負(fù)荷預(yù)測(cè)等方面的變化,以致影響到配電網(wǎng)的規(guī)劃。本研究采取“對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行的影響”相對(duì)于“對(duì)配網(wǎng)規(guī)劃的影響”稍重要的標(biāo)度,即按照l～9標(biāo)度法的取值為3,構(gòu)造判斷矩陣,如表1所示。

表1 目標(biāo)層下準(zhǔn)則層B的判斷矩陣

1.2.2 準(zhǔn)則層B下方案層C的判斷矩陣

準(zhǔn)則層B主要包括影響方案層排序的兩個(gè)因素,即“對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行的影響”和“對(duì)配網(wǎng)規(guī)劃的影響”。建立準(zhǔn)則層下方案層的判斷矩陣,就是針對(duì)相應(yīng)的影響因素,對(duì)方案層中的各指標(biāo)進(jìn)行兩兩對(duì)比,得到該因素影響下的比較標(biāo)度,形成判斷矩陣,并最終計(jì)算得到該因素影響下各方案的相對(duì)權(quán)重。

在準(zhǔn)則層B中,“對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行的影響”和“對(duì)配網(wǎng)規(guī)劃的影響”都是定性概念,只能從定性的角度比較,無法得到確切的比較結(jié)果,如果待比較的指標(biāo)進(jìn)一步增加,將造成前后矛盾,從而使判斷矩陣的一致性無法滿足要求。本文在總結(jié)多年實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,根據(jù)相對(duì)重要程度將之劃分為不同的等級(jí),從而與層次分析法中的1～9標(biāo)度相對(duì)應(yīng),然后再根據(jù)不同指標(biāo)按照分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)照得到具體數(shù)據(jù)。

1) 對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行的影響。分布式電源的接入會(huì)在配電網(wǎng)的運(yùn)行方面產(chǎn)生很多影響,按照程度劃分為5個(gè)等級(jí),如表2所示。

表2 對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行的影響等級(jí)

2) 對(duì)配網(wǎng)規(guī)劃的影響。分布式電源的接入會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的規(guī)劃產(chǎn)生影響,按照程度劃分為5個(gè)等級(jí),如表3所示。

表3 對(duì)配網(wǎng)規(guī)劃的影響等級(jí)

在此需要闡述的一點(diǎn)是,之前設(shè)定的各因素等級(jí)數(shù)值在下一步將會(huì)參與判斷矩陣的構(gòu)造,并最終左右各指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重排序,因此應(yīng)該將能夠使指標(biāo)擁有更大權(quán)重的情況設(shè)定為較高的等級(jí)數(shù)值,以保證該指標(biāo)最終得到較大的權(quán)重值。

方案層C對(duì)應(yīng)各項(xiàng)指標(biāo)的集合,按照之前的等級(jí)設(shè)定和分析,每個(gè)指標(biāo)都可以構(gòu)造一個(gè)數(shù)據(jù)向量ci:

(3)

按照前述的等級(jí)表,確定各項(xiàng)影響指標(biāo)的等級(jí)后,將各項(xiàng)影響指標(biāo)兩兩進(jìn)行比較從而構(gòu)造出判斷矩陣,其轉(zhuǎn)換原則為:影響的等級(jí)相同取1,影響程度相差一級(jí)取3(前者比后者稍重要),依次類推,具體轉(zhuǎn)換如表4所示。

表4 判斷矩陣取值表

如果前者比后者的等級(jí)低,則取兩者比較的倒數(shù)。至此,模型中各層的判斷矩陣已經(jīng)建立完畢,據(jù)此可以最終計(jì)算出各項(xiàng)影響指標(biāo)的具體權(quán)重。

1.3 各項(xiàng)指標(biāo)及相應(yīng)權(quán)重的計(jì)算

DG接入對(duì)電網(wǎng)的影響是一個(gè)非常復(fù)雜的問題,本文從DG對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)損、可靠性、電壓質(zhì)量、環(huán)境、延緩更新5個(gè)方面來研究。

1) DG對(duì)電網(wǎng)網(wǎng)損影響指標(biāo)Id1:

系統(tǒng)網(wǎng)損改善程度=

2) DG對(duì)電壓質(zhì)量影響指標(biāo)Id2:

3) DG對(duì)電網(wǎng)可靠性的影響指標(biāo)Id3:

系統(tǒng)缺供電量變化率=

4) DG對(duì)環(huán)境的影響指標(biāo)Id4:

系統(tǒng)環(huán)境改善程度=

5) 延緩網(wǎng)絡(luò)更新?lián)Q代指標(biāo)Id5:

平均線路容量裕度變化率=

以上五項(xiàng)指標(biāo)對(duì)應(yīng)層次模型中的C1、C2、C3、C4、C5得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣為

按照將不同部位的等級(jí)兩兩比較然后轉(zhuǎn)換為1～9標(biāo)度法的判斷矩陣,可求得準(zhǔn)則層中B1、B2分別控制下的方案層的判斷矩陣,如表5、表6所示。

表5 B1控制下方案層的判斷矩陣

表6 B2控制下方案層的判斷矩陣

通過表1的判斷矩陣可求得準(zhǔn)則層B相對(duì)于上層元素的權(quán)重向量,結(jié)果列于表7中。

表7 準(zhǔn)則層B相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重

通過表5和表6的判斷矩陣可求得方案層C相對(duì)于準(zhǔn)則層元素的權(quán)重向量,結(jié)果列于表8中。

表8 方案層C相對(duì)于準(zhǔn)則層B的權(quán)重

綜合表7和表8所得的各層相對(duì)于上層的權(quán)重,可以得到各項(xiàng)影響指標(biāo)Id1、Id2、Id3、Id4、Id5相對(duì)于目標(biāo)的總權(quán)重:

W=(0.1226,0.2697,0.3697,0.0957,0.1423)Τ

2 算例分析

為了驗(yàn)證本文提出的各項(xiàng)影響指標(biāo)及綜合評(píng)估方法,以20節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為基礎(chǔ),在不同位置接入不同種類和容量的DG進(jìn)行了大量仿真。仿真過程中潮流計(jì)算參數(shù)為:電壓基值10 kV,基準(zhǔn)功率10 MVA,變電站電壓1.02 p.u.,收斂精度10-4?？煽啃灾笜?biāo)參數(shù)為:線路故障平均停電持續(xù)時(shí)間3 h/次,線路故障率0.1次/(a·km),DG故障率λDG取5次/a,DG平均停電持續(xù)時(shí)間γDG取50 h/次。系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)見文獻(xiàn)[6]。

仿真計(jì)算過程中,選取5種分布式電源接入的方案,分別計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)。分布式電源的具體接入情況如表9所示。在每種具體方案的仿真過程中,在潮流計(jì)算的基礎(chǔ)上,得到評(píng)估中需要的各項(xiàng)性能指標(biāo),如表10所示。

前文所述各指標(biāo)的加權(quán)求和作為DG對(duì)電網(wǎng)影響的綜合評(píng)估,求得最終的評(píng)估值。

(9)

利用表10中仿真得到的各指標(biāo)的值和計(jì)算得到的各指標(biāo)的權(quán)重,依次為0.1226、0.2697、0.3697、0.0957、0.1423,計(jì)算得到分布式電源在各接入情況下的綜合評(píng)估指標(biāo)值如圖2所示。

表9 各接入方案分布式電源接入情況

表10 各指標(biāo)的仿真計(jì)算結(jié)果

圖2 分布式電源不同接入情況的綜合評(píng)估指標(biāo)值

由表10和圖2可知:每一個(gè)指標(biāo)都能從不同側(cè)面反映DG接入對(duì)電網(wǎng)的影響,且其影響程度會(huì)隨DG類型、接入位置、容量、布局等而改變,如I1在方案5時(shí)最好、I5在方案2時(shí)最好等等。但是,在協(xié)調(diào)考慮各種影響對(duì)DG所產(chǎn)生的影響進(jìn)行綜合評(píng)估之后,可以看到方案5是綜合評(píng)估效果較好的情況。同樣,在接入較少分布式電源的情況下,方案2和方案3也能得到較好的效果。

對(duì)比方案1和方案2,可以看到在分布式電源接入容量相同的情況下,僅接入位置的不同,對(duì)電網(wǎng)的影響也不同,顯然方案2優(yōu)于方案1。

3 結(jié) 語

為全面量化分析DG接入對(duì)于配電網(wǎng)的各項(xiàng)影響,本文提出了基于層次分析法的綜合評(píng)估模型,并根據(jù)l～9標(biāo)度法建立了相應(yīng)的判斷矩陣。結(jié)合DG對(duì)于配電網(wǎng)的各項(xiàng)影響指標(biāo),計(jì)算得出了各指標(biāo)的權(quán)重,達(dá)到了綜合評(píng)估DG對(duì)于配電網(wǎng)影響的目的。同時(shí),通過算例進(jìn)一步驗(yàn)證了本文提出的算法。另外,判斷矩陣體現(xiàn)著使用者對(duì)模型中各因素重要性的傾向性選擇,故在引用該模型進(jìn)行其他場合的應(yīng)用或計(jì)算時(shí),可以根據(jù)專家意見或?qū)嶋H情況自行比較各個(gè)因素的權(quán)重以得到判斷矩陣,使規(guī)劃工程人員在進(jìn)行DG規(guī)劃問題時(shí)根據(jù)需要有側(cè)重地區(qū)別對(duì)待,靈活規(guī)劃DG位置和定容,從而最大限度地發(fā)揮DG的經(jīng)濟(jì)效益。

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(責(zé)任編輯 郭金光)

Research on integrated evaluation of impact of connected distributed generation on Heilongjiang distribution Network

CHEN Xiaoguang

(Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China)

This paper studied and analyzed the influence of distributed generation (DG) on the Heilongjiang distribution network. After taking all the impact of DG on distribution network into consideration such as reliability, voltage quality and economy, this paper built both the evaluation system of the impact of DG and the comprehensive evaluation model based on analytic hierarchy process (AHP), calculated the index weight so as to overall evaluate the impact of DG on distribution network. Meanwhile, on the basis of the 20-node system, the simulation of the computation method and the integrated evaluation method were tested. The testing result shows that the method is able to reflect the impact of DG on distribution network.

distributed generation; distribution network; analytic hierarchy process; integrated evaluation method

2015-08-25。

陳曉光(1982—),男,碩士研究生,研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動(dòng)化。

TM712

A

2095-6843(2015)06-0532-05