含光伏發電的綜合供能系統的模糊評價

摘 "要： 含光伏發電的綜合供能系統具有良好的綜合效益，但在系統建設過程中，可行性研究方案的篩選會受到多方面因素的限制。利用模糊綜合評價的方法，考慮光伏發電的特點以及系統并網給傳統電網帶來的影響，構建模糊綜合評價指標體系，利用最大熵技術法確定權重，從而得到模糊評價矩陣，對系統方案進行綜合評價。以深圳地區某建筑物的建設方案為例，對多個方案進行綜合評價，驗證模型的合理性。結果表明，該評價體系適合含光伏發電的綜合供能系統的評估，能夠為決策者提供依據。

關鍵詞： 光伏; 綜合供能系統; 層次分析法; 模糊評價

中圖分類號： TN911?34 " " " " " " " " " 文獻標識碼： A " " " " " " " " " " " " " "文章編號： 1004?373X（2015）02?0137?04

Fuzzy evaluation of comprehensive energy supply system with PV power generation

CHEN Gang1， CHEN Xu2， YANG Zhen?gang2， ZHANG Zhao?peng3， YANG Yi3

（1. China Power Grid Synthesis Energy Co.， Ltd， Guangzhou 510075， China;2. China Southern Power Grid Co.， Ltd， Guangzhou 510623， China;

3. Tianjin Tianda Qiushi Electric Power High Technology Co.， Ltd.， Tianjin 300384， China）

Abstract： Integrated energy supply system with photovoltaic power generation has a good overall efficiency， but in the process of building the system， the screening of the feasibility study programs may be limited by many factors. In consideration of the influence of photovoltaic power generation characteristics and system grid?connection on the traditional power grid， fuzzy comprehensive evaluation index system was built with fuzzy comprehensive evaluation method. The maximum entropy technology is adopted to determine the weight and get fuzzy evaluation matrix to execute the comprehensive evaluation of the system scheme. Taking a building program in the Shenzhen area for example， a comprehensive evaluation of several options is made to verify the rationality of the model. The results show that the evaluation system is suitable for evaluation of comprehensive energy supply systems with photovoltaic power generation， can provide the basis for decision?makers.

Keywords： PV; integrated energy supply system; analytic hierarchy process; fuzzy evaluation

0 "引 "言

隨著國民經濟的快速發展，在可持續發展戰略和相關政策的推動下，含可再生能源的分布式綜合供能系統越來越受到重視。在含光伏發電的綜合供能系統的發展中，由于光伏發電安裝條件低，政策措施完善等特點，而得到廣泛地應用。然而，在建設工程中，光伏發電的經濟性以及并網后對電網的影響等特點，都成為了建設者、投資商進行投資決策時需要考慮的重要因素。那么對該類系統進行多方面的綜合評價，就成為了目前學者們研究的重點。

學者對分布式綜合供能系統的評價，主要從幾個方面進行。文獻[1]對評價指標進行分析，采用多因素分析法，在前人技術評估的的基礎上加入了環境和經濟效益指標。文獻[2]選擇分布式綜合供能系統的具體問題進行研究，利用AHP法對不同的接入方式下的供能系統進行綜合評估;文獻[3]是利用構建的綜合評估方法對系統的運行方式和相應成本進行評價;文獻[4]研究系統在某一方面的評價：以農村電網為對象，分析可再生能源不同組合方式對電網供電性能的評價;文獻[5]構建模糊評價模型，對含可再生能源的分布式發電投資的評價。文獻[6]從分布式綜合供能系統評價外部出發，研究外界因素對評價的影響。文獻[7]利用主成分因子載荷矩陣聚類分析，結合指標大類的實際意義與評估方向，提出分類指標體系設計思路，對智能電網進行了綜合評價。文獻[8]建立了綜合考慮能源約束和系統結構特點的六狀態可靠性模型，并從時間、出力、系統這三個層面建立了綜合評價系統可靠性的指標體系。在評價方法方面，主要是對各指標權重的確定，主要分為客觀賦權和主觀賦權法。文獻[9]引入平均認識度和認識盲度的概念，剔除專家在排序階段認識上隱含的不確定性，基于信息熵理論，給出了一種安全風險評估指標權重的確定方法。文獻[10]對傳統AHP方法進行了改進，反向構造了AHP約束錐，并與DEA模型結合，開展了逆向物流服務供應商選擇應用研究。

綜上來看，從對含光伏發電的綜合供能系統的投資決策的評價研究較少，且多是單方面研究。主客觀賦權方法各有優缺點，需要根據具體研究內容進行選擇和改進。本文利用模糊綜合評價的方法，利用最大熵技術法確定權重，對含光伏發電的綜合供能系統進行評估，從技術性、經濟性、環保性等多個方面評價系統的可行性，為投資商和決策者提供依據。

1 "評價指標確定

1.1 "評價對象

選擇并網模式下的含光伏發電的綜合供能系統為評價對象，主要包含光伏、儲能、燃機、蓄冰空調、吸收式制冷機等設備。其中，供電設備為光伏、儲能和燃機;供冷設備為蓄冰空調和吸收式制冷機。

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圖1 分布式綜合供能系統構成

1.2 "評價目標

根據系統的特點和模糊評價的優缺點，選擇電網依賴性、系統經濟性、環保性、分布式能源利用率、供電可靠性等5個方面進行評估。

（1） 電網依賴性。隨著負荷的不斷增加，會給傳統電網帶來很大的負擔，而含光伏發電的綜合供能系統的接入，能夠大大緩解傳統電網的壓力，但若峰值負荷過大，還是需要從傳統電網購電，即對電網存在一定的依賴性。當進行傳統電網建設時，需要考慮該部分負荷需求。在其他條件不變的前提下，對傳統電網的依賴性越低，對傳統電網建設的影響越小。因此，該指標越小越好。選擇電網購電量、系統接入點量表示對電網的依賴性。

（2） 系統經濟性。系統經濟性用系統的年總成本表示，主要由系統設備投資和運行維護費用組成。含光伏發電的綜合供能系統在前期投資較大，但后期運營過程中，消耗的成本很少。而傳統電網在建設過程中，前期投入較小，且全壽命周期較長，但運營過程中需要消耗大量資金對電網進行維護。因此，是否構建含光伏的綜合供能系統，從經濟角度來說，應該從全壽命周期的角度出發，評估系統的總費用，且該指標越小越好。選擇初始投資、投資回收期、年運行費用表示系統經濟性。

（3） 環保性。分布式能源發電，能夠減少傳統能源的利用，從而減少污染氣體的排放。光伏系統每發一度電，可減少1 420 g二氧化碳。因此，該指標越小越好。選擇二氧化碳排放量、氮氧化物排放量、硫氧化物排放量表示系統環保性。

（4） 分布式能源利用率。由光伏發電的特性可以看出，光伏發電具有時間性和即發即用的特點，因此配置合理容量的光伏，不僅能夠起到調峰的作用，還能夠優化系統的投資。因此，該指標越高越好，選擇光伏的滲透率來表示。

（5） 供電可靠性。由于光伏發電的間歇性和波動性會影響整個電網的供電可靠性。因此，該指標越大越好，選擇供電可靠率來表示。

2 "模糊綜合評價模型

2.1 "評判模型

（1） 對象集確定。考慮到分布式綜合供能系統的復雜性，在確定備擇的對象集為X，X={X1，X2，…，Xn}，代表了能夠滿足建筑物內負荷需要的n種方案。

（2） 目標因素集。將上述的評價目標作為因素集，用U={U1，U2，U3，U4，U5}表示，分別代表了供電可靠性、分布式能源利用率、電網依賴性、系統經濟性以及環保性。

（3） 建立評價集。設V={V1，V2，V3，V4，V5}為此次評價的評價集，來表示各指標因素對目標對象是否重要。其中：V1表示很重要;V2表示較重要;V3表示一般重要;V4表示較不重要;V5表示不重要。

（4） 確定權重集。權重是指某因素對被評價對象的重要程度（即權重），設U1，U2，U3，U4，U5的權重分別為A1，A2，A3，A4，A5，且滿足如下關系式：

[i=1nAi=1] （1）

則權重集A={A1，A2，A3，A4，A5}。

指標權重是指標在評價過程中不同重要程度的反映，是決策或評估問題中指標相對重要程度的一種主觀評價和客觀反映的綜合度量。鑒于構建的多指標體系，本文采用最大熵技術法來確定各指標的權重。根據信息論中信息熵的定義，一組數據的信息熵為：

[Ej=-ln（n）-1i=1npijlnpij] （2）

式中[pij=Yij/i=1nYi]。如果[pij=0]，則定義[limpn→0pijlnpij=0]。根據信息熵的計算公式，計算出各個指標的信息熵為E1，E2，…，Ek，通過信息熵計算各指標的權重：

[Ai=1-Eik-Ei] （3）

2.2 "矩陣建立

（1） 綜合評價矩陣

設R為U和V的模糊關系矩陣，定義為：

[R=（rij）n×m] （4）

為使結果歸一化，令[rij]滿足：

[j=1mrij=1] （5）

式中[rij]為影響因素[Ui]在評價等級[Vj]上的隸屬度，即[rij]是表征[Ui]屬于[Vj]程度的數量指標。

（2） 綜合評價測算

根據上述模型和指標，得到運算結果：[B=A?R=（A1，A2，…，An）?（rij）n×m=（B1，B2，…，Bm）] （6）

（3） 一致性檢驗

為了保證得到的A1，A2，A3，A4，A5的正確性，需要進行一致性檢驗。當一致性指標CIlt;0.1時，可以認為判斷矩陣一致性成立，構造的矩陣是合理的。

3 "算例分析

選擇為深圳市某建筑物構建的分布式綜合供能系統方案為例，證明模糊綜合評價的應用。該建筑物內存在冷負荷和電負荷，并劃分為工作日、高峰日和休息日。其中工作日為周一至周五，高峰日為每月中負荷最高的3天，休息日為周六和周日。圖2列舉了工作日冷電負荷數據曲線。

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圖2 工作日電負荷預測數據曲線

該建筑物屬于商業用電，且變壓器容量在250 kWh以上，故采用深圳商業用電250 kWh以上的峰谷電價。

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圖3 工作日冷負荷預測數據曲線

表1 深圳市電價信息

另外，天然氣價格為3.7元/m3。

根據上述建筑物的峰谷負荷數據，以及當地的電價條件和具體工程施工角度考慮，可以確定三種方案，其中，方案1為光儲系統，利用蓄冰空調進行制冷，即由蓄冰裝置、PV、蓄電池構成;方案2為燃機系統，利用吸收式制冷機和蓄冰空調共同制冷，即由燃機、蓄電池、吸收式制冷機構成;方案3為含光伏發電的綜合供能系統，包含燃機、吸收式制冷機、蓄冰、PV以及蓄電池。具體情況如表2所示。

表2 多方案系統構成匯總

由此可以得到本次評價的目標集X={X1，X2，X3}。

（1） 確定權重

考慮到系統的復雜性，且很多定性因素無法定量化，采用最大熵技術法確定指標的權重。共有3個方案，5個評價指標，則得到標準化矩陣為：

[N=12317121212141313121161374612233121] （7）

根據指標權重計算式（7）可以算出各指標的權重，故可以得到各指標：供電可靠性A1，分布式能源利用率A2，電網依賴性A3，系統經濟性A4，環保性A5的權重分別為：0.13，0，09，0，06，0，49，0，23。

（2） 確定模糊矩陣

根據上述指標集U={供電可靠性，分布式能源利用率，電網依賴性，系統經濟性，環保性}以及評價集V={重要，不重要}可以構建隸屬度。如表3所示。

表3 各方案的隸屬度

從表3的隸屬度數據，可以構建模糊矩陣，并進行合成運算：

[B1=A*R1=（0.13，0.09，0.06，0.49，0.23）· " " " " 0.30.60.1000.50.30.2000.10.20.50.200.60.40000.30.7000 " " "=0.45，0.47，0.06，0.01，0] （8）

[B2=A*R2=（0.13，0.09，0.06，0.49，0.23）· " " " " 0.60.30.10000001000.30.7000.10.40.5000.10.40.50 " " =0.08，0.11，0.32，0.4，0.09] （9）

[B3=A*R3=（0.13，0.09，0.06，0.49，0.23）· " " " " 0.30.60.1000.50.30.2000.10.20.50.200.60.40000.30.7000 " " =0.47，0.37，0.12，0.04，0.01] （10）

（3） 計算結果分析

從計算結果可以看出，方案3為最優方案。其隸屬度均高于方案1和方案2，其次是方案1，方案2的隸屬度最低。這是由于光伏發電的加入，能夠節省峰時耗電，同時降低燃機的發電，降低了二氧化碳的排放和天然氣的消耗。該結果與DER?CAM軟件的仿真結果一致，表明該評價是合理的。

4 "結 "語

本文利用模糊綜合評價的方法，考慮影響建設分布式綜合供能系統方案的多方面因素，從傳統電網和系統本身兩個方面，提出經濟性、環保性等多方面的評價目標，結果表明，該評估體系具有一定的合理性，能夠為投資者和決策者提供依據。

參考文獻

[1] 曾鳴，謝兵，閆斌杰，等.基于多因素分析的微網綜合效益評價[J].水電能源科學，2013，31（12）：247?249.

[2] 柳睿，楊鏡非，程浩忠，等.分布式電源并網的綜合評價[J].電力系統及其自動化學報，2013，25（1）：34?39.

[3] 曾鳴，李娜，馬明娟，等.考慮不確定因素影響的獨立微網綜合性能評價模型[J].電網技術，2013，37（1）：1?8.

[4] 劉曉宇，劉俊勇，唐現剛，等.組合型可再生能源在農村微網中供電性能的綜合評價[J].華東電力，2012，40（1）：5?9.

[5] 曾鳴，許文秀，魏陽，等.基于可再生能源分布式發電投資的模糊綜合評價研究[J].華東電力，2011，39（2）：180?183.

[6] 楊允，張士杰，肖云漢，等.蒙特卡羅法在分布式供能系統不確定性評價中的應用[J].中國電機工程學報，2013，33（2）：16?23.

[7] 高新華，嚴正.基于主成分聚類分析的智能電網建設綜合評價[J].電網技術，2013，8（2）：22?24.

[8] 王震，魯宗明，段曉波.分布式光伏發電系統的可靠性模型及指標體系[J].電力系統自動化，2011，15（2）：11?13.

[9] 熊金石，秦洪濤，李建華.基于信息熵的安全風險評估指標權重確定方法[J].系統科學學報，2013，21（4）：40?43.

[10] 陳可嘉，于先康.基于ANP權重確定的AHP?DEA模型及其在逆向物流服務供應商選擇中的應用[J].數學的實踐與認識，2012，21（4）：45?47.