天津港配電網源網荷協同發展水平綜合評價

摘要：港區配電網源網荷的協同發展對其規劃和建設具有重要意義。為綜合衡量港區配電網中源網荷的協同發展水平，文章首先從港口作業能力、可靠性、安全性、經濟性以及環保性5個方面建立綜合評價指標體系；其次，將層次分析法生成的主觀權重和CRITIC權重法生成的客觀權重進行組合得到最優組合權重；最后，以某碼頭配電網為評價對象進行算例分析，通過設置源遠大于荷、源遠小于荷和源荷平衡3種方案，采用TOPSIS法對其源網荷協同發展水平進行綜合評價，結果驗證了源荷平衡方案的正確性和評價方法的可行性，對港口配電網進一步科學合理的規劃和建設具有一定的參考價值。

關鍵詞：港區配電網；協同發展；綜合評價；層次分析法；CRITIC權重法；TOPSIS

中圖分類號：TM74" 文獻標志碼：A

作者簡介：敦文斌（1970— ），男，副高級工程師，碩士；研究方向：港口電力市場開發，電力工程建設，電力試驗管理等。

*通信作者：吳悠（1995— ），女，初級工程師，碩士；研究方向：配電網技術。

0" 引言

2019年11月，交通運輸部聯合國家發展改革委等9個部門印發《關于建設世界一流港口的指導意見》，重點強調優先使用新能源和清潔能源，加快提升港口作業機械和車輛清潔化比例。2021年10月，交通運輸部發布《綠色交通“十四五”發展規劃》，明確指出：“深入推進綠色港口和綠色航道建設，加快清潔能源運輸裝備推廣應用，預計2025年，國際集裝箱樞紐海港新能源清潔能源集卡占比達到60%”。［1］綜上表明，加快清潔能源替代，實現源網荷協同發展已成為港區配電系統發展過程中的關鍵舉措。為充分貫徹上述指導意見，更加科學地指導港區配電系統做出正確調整，亟須制定一套更加適用、科學全面的綜合評價指標體系，為港區配電網源網荷協同發展水平的提升指明正確方向。

目前，國內外對港區配電網規劃建設和源網荷協同發展指標體系及評價方法已經開展了一系列研究，但并未針對港區配電網中源網荷協同發展水平來進行考慮，綜合評價指標不夠完善。為綜合衡量港區配電網中源網荷的協同發展水平，本文從港口作業能力、可靠性、安全性、經濟性以及環保性5個方面建立綜合評價指標體系，采用層次分析法-CRITIC權重法進行組合賦權，得到最優組合權重。同時，提出TOPSIS法進行綜合評價，以天津港港口配電網為評價對象，通過設置源遠大于荷、源遠小于荷和源荷平衡3種方案，對其協同發展水平進行綜合評價和對比分析，對天津港港口配電系統的發展和建設提出合理建議。

1" 港區配電網源網荷協同機制

在分布式新能源接入比例不斷攀升的背景下，港區配電網規劃必須考慮分布式電源與配電網網架、負荷需求之間的協調互動關系。通過多樣化的協同交互，能夠安全、高效、經濟地提高系統的功率平衡能力。港區配電網中源網荷的協同架構如圖1所示。

源網荷之間的協同交互模式主要包含以下3個方面。

（1）源網協調。源網協調旨在提高配電系統對多樣化電源的接納能力，在進行配電網規劃時，充分考慮源網之間的協調性，實現分布式與集中式電源之間的協同分工，最大程度發揮分布式電源的出力效果，減少常規電源的出力，進一步提高系統的環保清潔性。

（2）源荷互動。在港區配電系統中，源荷之間的互動能夠實現分布式電源與負荷之間產生和消耗電能的效率最大。源側與荷側均可調度，荷側的船舶、岸電、集卡等可控設備可以參與系統的調度，實時響應系統需求并參與電力供需平衡，通過有效的調度機制，使可控負荷成為平衡間歇性分布式電源出力波動的重要參與者。

（3）網荷互動。港區不同類型負荷的用電行為與特性在一定程度上影響著配電網運行的安全性和經濟性，為了提高配電系統的運行安全穩定性，通過電價調整激勵柔性可控負荷主動參與需求響應，與配電網之間進行雙向互動，從而實現增強系統接納新能源的能力。

2" 港區配電網源網荷協同評價指標體系

為了更加全面、科學地分析港區配電網中的源網荷協同發展水平，從港口作業能力、可靠性、安全性、經濟性以及環保性5個維度建立源網荷協同發展水平的綜合評價指標體系，如表1所示。

港區配電網源網荷協同發展水平評價指標體系共包含5個一級指標，其中，港口作業能力反映港口裝卸集裝箱和其他類散貨貨種的基礎建設情況和運輸作業能力，具體包括總貨物吞吐量年增長率、集裝箱吞吐量年增長率、港口作業效率以及船舶平均在港延時4個二級指標；可靠性反映港區配電網源側持續供電能力，具體包括平均供電可靠率和供電設備故障率2個二級指標；安全性反映港區配電網網側承載能力、損耗以及故障率，具體包括綜合電壓偏差率、線路重載率、港口安全事故率3個二級指標；經濟性反映港區配電網的源荷消納水平和經濟效益水平，具體包

括綜合線路損耗率、分布式新能源發電利用率、就地消納率以及港口總收入年增長率4個二級指標；環保性反映港區配電網源網荷協同發展過程對環境的友好程度，具體包括碳排放減少率、碳交易盈利占比以及碳交易支出占比3個二級指標。

3" 港區配電網源網荷協同發展水平評價方法

3.1" 基于層次分析法和CRITIC權重法的組合賦權法

目前，評價指標的賦權方法主要分為主觀賦權和客觀賦權2種類型［2］。兩種方法各有優劣，為了綜合提升評價指標的科學性和合理性，本文將層次分析法生成的主觀權重和CRITIC權重法生成的客觀權重進行組合得到最優組合權重。

3.1.1" 層次分析法

采用層次分析法可以將較為復雜的對象進行層次劃分，通過逐層分析計算各指標權重。具體評價流程如下。

（1）構建判斷矩陣。由于每個指標對港區配電網源網荷協同發展水平的影響程度不同，需要對每一級的指標權重大小進行確定。假設每級指標的數量為n，根據表2中的評價等級要求，分別對指標進行兩兩比較，邀請專家對各指標的重要性進行打分［3］。其中，評價共分為9個等級，設置矩陣Aij=（aij）n*n為判斷矩陣，用aij表示第i個與第j個指標比較的專家打分平均值，得到判斷矩陣Aij。

（2）確定指標權重。每級指標權重特征向量為X={x1，x2，x3，…，xn}T，其中：

xi=∑nj=1aij+n2-1n2-n（1）

式（1）中，n為同一級指標的總數量。

（3）層次一致性檢驗。通過層次一致性檢驗來驗證權重確定的合理性，根據表3給出的平均隨機一致性指標值IR的參考值，判斷出本次打分結果對應的IR值：

λmax=∑ni=1（AX）inxi，i=1，2，…，n（2）

Ic=λmax-nn-1（3）

Rc=IcIR（4）

Rc值用于評價判斷矩陣的可行性。如果該值小于0.1，則表明上述判斷矩陣滿足一致性檢驗標準；如果大于0.1，則未通過一致性檢驗，需要回到第一步流程，由專家重新進行評分，建立科學規范的判斷矩陣。

3.1.2" CRITIC權重法

CRITIC權重法屬于客觀賦權法，通過判斷指標的對比強度及沖突性來確定權重，減少了主觀判斷對指標賦權準確性和客觀性的影響［4］，具體步驟如下。

（1）建立原始數據矩陣Xij。

Xij=x11x12…x1m

x21x22…x2m

…………

xn1xn2…xnm（5）

式（5）中，xij（1≤i≤n，1≤j≤m）為指標原始評分，其中，m代表評價檢測方法的數量，n代表評價指標的數量。

（2）對比強度計算。由于各類評價檢測方法存在差異，對整體的決策產生影響，因此，需要通過標準差來確定同一指標在各類評價檢測方法取值的差異大小。

Ki=1n∑ni=1（xij-xavg）2（6）

式（6）中：Ki為第i個指標在不同檢測方法間的對比強度；xavg為n個評價指標的平均值。

（3）沖突性計算。通過各評價指標之間的相關度來推導沖突性，計算如下：

Di=∑ns=11-Cov（i，s）KiKs（7）

式（7）中，Di為第i個指標與其他指標間的沖突性；Cov（i，p）為指標間的協方差。

（4）指標信息量計算。設Mi為第i個指標中的信息量，計算公式如下：

Mi=KjDj（8）

式（8）中，Mi的值越大，則第i個指標的權重越大。

（5）指標客觀權重計算。設各個指標所占權重為gi，則有：

gi=Mi/∑ni=1Mi（9）

式（9）中，gi為第i個指標的權重。

3.1.3" 組合賦權

通過簡單的權重組合算法將層次分析法和CRITIC權重法得到的主客觀權重進行整合，得到綜合指標權重計算如下：

Qi=xigi∑（xigi）（10）

式（10）中，Qi為組合賦權后第i個指標的綜合權重；xi為第i個指標的主觀權重；gi為第i個指標的客觀權重。

3.2" 基于TOPSIS法的指標體系綜合評價

TOPSIS通過找出目標排列對象的實際評價結果與最優解的差距，對排列對象進行優先級排序。該方法比較適用于研究對象及其影響指標較多的情況［5］，具體評價流程如下。

（1）對初始決策矩陣Xij進行標準化處理，則其標準化形式如下：

P=p11p12…p1n

p21p22…p2n

pi1…pij…

pm1pm2…pmn（11）

pij=xij/∑nk=1x2ij（12）

式（11）—（12）中，pij表示歸一化值；i=1，2，…，m；j=1，2，…，n。

（2）根據組合賦權法構建信息權重矩陣R，與無量綱決策矩陣P相乘得到加權判斷矩陣：

Z=PR=z11z12…z1n

z21z22…z2n

zi1…zij…

zm1zm2…zmn（13）

（3）根據上述加權矩陣計算理想解。

正理想解計算如下：

z+=max（zij），j∈N+

min（zij），j∈N-（14）

負理想解計算如下：

z-=min（zij），j∈N+

max（zij），j∈N-（15）

式（14）—（15）中：N+代表正向指標；N-代表逆向指標；j=1，2，…，n。

（4）確定各指標與理想值之間的歐式距離：

ki1=∑nj=1（zij-z+）2，i=1，2，…，m（16）

ki2=∑nj=1（zij-z-）2，i=1，2，…，m（17）

（5）確定各指標與理想值的貼近度：

Yi=ki2/（ki1+ki2），i=1，2，…，m（18）

（6）根據第5步求得貼近度，對各指標的綜合評價結果進行排名，Yi值越大，則方案更優。

4" 算例分析

以某段碼頭為研究對象進行算例分析?；谠摯a頭基本信息和實際數據，設置源遠大于荷、源遠小于荷以及源荷平衡3種配置方案，其中，源遠大于荷的配置方案為分布式電源的裝機容量遠大于線路上的額定負荷，源遠小于荷的配置方案為分布式電源的裝機容量遠小于線路上的額定負荷，源荷平衡配置方案為分布式電源和負荷的容量相近。通過對3種方案的綜合評價結果進行對比分析，驗證基于組合賦權和TOPSIS法對天津港港區配電網源網荷協同發展水平評價結果的合理程度。

4.1" 基于組合賦權法的組合權重

基于層次分析法和CRITIC權重法分別得到的各指標主客觀權重，均依照指標體系實際數據進行了求解。根據層次分析法求得的各一級指標和二級指標權重如表4所示。

根據CRITIC權重法求得的各二級指標權重值如表5所示。

基于表4和表5中的數據，按照組合賦權計算方法得到各二級指標的組合權重，如表6所示。

4.2" 基于TOPSIS法的綜合評價結果

計算3種源荷配置方案下各一級評價指標與正

負理想解的歐氏距離及貼近程度，對各一級指標進行排名，其中，Yi代表貼近度，結果如表7所示。

結合表7中的數據，繪制了3種配置方案的各一級指標分布雷達圖，如圖2所示。

綜合上述一級指標排名情況，得到的各方案綜合評價結果排名，如表8所示。

4.3" 綜合評價結果分析

基于上述綜合評價結果，可以分析得到：

（1）從表6所示的組合權重來看，首先，平均供電可靠率、供電設備故障率以及綜合電壓偏差率的權重值相對其他指標最高，說明供電可靠率和電壓偏差對港區配電網可靠性的影響非常大，同時說明可靠性是港區配電網考慮的首要要素。其次，總貨物吞吐量年增長率、線路重載率以及港口事故安全率的權重也

圖2" 源荷配置方案一級指標分布雷達圖（a）“源遠大于荷”配置方案；（b）“源遠小于荷”配置方案；（c）“源荷平衡”配置方案

較高，說明港區配電網需重點關注安全管理，以保證港口的持續作業。最后，集裝箱吞吐量年增長率、船舶平均在港延時、綜合線路損耗率以及分布式新能源發電利用率的權重相對較低，但這4項二級指標對港口作業能力、安全性以及經濟性的影響同樣不可忽視。

（2）從圖2和表8的結果可以得到，3種源荷配置方案中，“源荷平衡”配置方案的綜合評價排名最高，由于源荷在時序耦合的匹配度更高，因此，能夠實現分布式電源的現發現用和就地消納?！霸催h大于荷”配置方案在可靠性方面強于“源遠小于荷”配置方案，說明分布式新能源的裝機容量對港區配電網可靠性起到提升作用。此外，由于分布式電源出力在時序上的不確定性，在某些時段無法滿足負荷需求，港口還需從上級電網購電，造成經濟損失，因此，“源遠小于荷”配置方案在經濟性和環保性方面都較差。

綜上所述，在進行港區配電網規劃和建設時，需充分計算其源網荷協同發展水平評價指標，通過指標評價結果來指導源荷配置和建設，以保證港區配電網的作業水平、安全可靠以及經濟環保。

5" 結論和建議

本文針對港區配電網源網荷協同發展水平，建立了包含港口作業能力、可靠性、安全性、經濟性以及環保性5個維度的綜合評價體系，采用層次分析法-CRITIC權重法的組合賦權方法確定了評價體系中的各項指標權重。在此基礎上，利用TOPSIS法對天津港港區的不同源荷配置方案進行了綜合評價和排名。根據綜合評價排名可知在“源荷平衡”的情況下，天津港港區配電網在綜合評價系統的各項一級指標都處于較高水準，符合客觀事實。因此，本文所提出的港區配電網源網荷協同發展水平綜合評價指標體系以及評價方法能夠全面評價港區配電網實際情況，評估結果將為以天津港為代表的港區配電網規劃、建設的決策工作提供重要依據。

同時，針對以上研究結果，對以天津港為代表的港區配電網發展規劃提出以下建議。

（1）推進基礎設施完善，優化調整資源結構。

結合港口現有資源及優勢，完善基礎設施建設，加強智能電網建設，提高能源輸送和分配效率；推動可再生能源發展，建設風電、光伏等新能源基地。加大清潔能源占比：推動風能、太陽能等可再生能源發展，減少化石能源依賴。提高能源利用效率：加強節能技術研發和推廣應用，提高能源利用效率和管理水平。

（2）加快綠色港口建設，提升源荷協同水平。

針對大規模分布式電源接入可能會造成港區配電網承載力不足、用能效率低等問題，需優化港區配電網布局，實現源荷合理配置，提升港區可持續發展水平。加快港口設備的智能化改造，如自動化岸橋、無人駕駛集卡等，提高作業效率和安全性，同時降低能耗和排放。建立源荷互動機制，實現能源生產側和消費側的實時響應和協調優化。

（3）增加儲能裝置配置，優化港區作業水平。

根據港區實際情況和用電需求，科學規劃儲能裝置的容量、類型和布局，確保儲能裝置能夠充分發揮作用。儲能裝置可以在電網供電不足或故障時，作為備用電源為港區關鍵設備供電，確保港區作業不受影響。同時，儲能能夠平衡峰谷用電，通過儲能裝置在低谷時段儲存電能，在高峰時段釋放電能，有助于平衡港區用電負荷，減少配電網壓力，提高供電穩定性。

參考文獻

［1］朱建全，段翩，劉明波.計及風險與源–網–荷雙層協調的電力實時平衡調度［J］.中國電機工程學報，2015（13）：3239-3247.

［2］朱芳陽，肖雨杉.基于AHP-熵值法的港口物流競爭力綜合評價研究：以北部灣三大港口為例［J］.中國商論，2024（1）：7-11.

［3］岳云力，秦礪寒，李博，等.含分布式電源配電網的“源網荷”協調規劃體系［J］.能源工程，2016（6）：17-21.

［4］欒馳鎧.基于CRITIC-模糊綜合評價的港口分貨類競爭力研究［J］.水運管理，2024（3）：13-16.

［5］曹華珍，王天霖，張黎明，等.基于組合賦權-TOPSIS交直流配電網能效評估［J］.南方電網技術，2021（3）：55-67.

（編輯" 姚" 鑫編輯）

Comprehensive evaluation for the level of cooperative development of source-network-load in the distribution network in Tianjin Port

DUN" Wenbin1， YU" Pengfei2， CAO" Baolong1， WU" You3*

（1.Tianjin Port（Power） Co.， Ltd.， Tianjin 300450， China;

2.Tianjin Port （Group） Co.， Ltd.， Tianjin 300450， China;

3.School of Electrical and Information Engineering， Tianjin University， Tianjin 300110， China）

Abstract：" The coordinated development of the source， network and load of the power distribution network in the port area is of great significance for its planning and construction. To comprehensively measure the coordinated development level of source-network-load in the distribution network of the port area， this article first establishes a comprehensive evaluation index system from five aspects： port operation capability， reliability， safety， economy， and environmental protection; secondly， the subjective weights generated by the analytic hierarchy process and the objective weights generated by the CRITIC weighting method are combined to obtain the optimal combination weight; finally， a case study was conducted on the power distribution network of a certain port. By setting three schemes， namely source far greater than load， source far less than load， and source load balance， the TOPSIS method was used to comprehensively evaluate the level of coordinated development between the source， network， and load. The results verified the correctness of the source load balance scheme and the feasibility of the evaluation method， which has certain reference value for further scientific and reasonable planning and construction of the port power distribution network.

Key words： distribution network of port area; coordinated development; comprehensive evaluation; analytic hierarchy process; CRITIC weight method; TOPSIS