CN106339779B - 一种配电网中分布式电源配置方案评价方法 - Google Patents

一种配电网中分布式电源配置方案评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配电网中分布式电源配置方案评价方法,首先构建包括目标层、准则层、子准则层和措施层的四层分布式电源配置方案评价指标体系,目标层为最高层,所述准则层设立多个指标,所述子准则层对准则层的多个指标进行进一步细化,将每个指标分为多个子指标;其次利用层次分析法得到每一层的相对重要程度,确定指标及子指标的权重,建立分布式电源配置方案评价指标体系的权重模型;最后根据所述权重模型得到分布式电源配置方案的综合评价得分。本发明可以得出准确、全面和有效的配电网分布式电源配置方案评价模型,为最优方案的选择提供依据。

Description

一种配电网中分布式电源配置方案评价方法
技术领域
本发明属于有源配电网领域,具体涉及一种配电网中分布式电源配置方案评价方法。
背景技术
储能***接入电网后对于电网的安全经济运行具有多方面的效益,随着现代化电网技术的发展,储能技术被广泛运用到电力***中。建立综合多样的评价指标体系,全面而有效地反映配置方案不同角度的运行特性,比较方案与方案间的特征差异,对于储能***优化配置技术具有重要意义。
评价指标体系是针对研究对象,从各个侧面建立定性或定量的指标进行属性的描述,旨在全面多方位的揭示出研究对象的特性,从而让研究人员从中客观地评价其优劣。评价指标体系通常情况下按照层次分析的思想,从上至下分为目标层、准则层、子准则层和措施层等四个指标层次,再使用一个权重模型将这些指标有机地结合在一起,形成一个完整的分析评价模型。
目前,关于分布式电源接入配电网的影响评价已有大量研究,评价对象主要集中在分布式电源对主要影响因素,如电能质量、环境效益等。评价指标体系的建立只是对各影响因素进行了量化,还要进行综合评判才能够在不同方案间形成比较。
发明内容
发明目的:为了解决现有技术中存在的难以快速准确判断不同的分布式电源配置方案的问题,本发明提供一种配电网中分布式电源配置方案评价方法。
技术方案:一种配电网中分布式电源配置方案评价方法,包括以下步骤:
(1)构建包括目标层、准则层、子准则层和措施层的四层分布式电源配置方案评价指标体系;目标层为最高层;所述准则层设立多个指标;所述子准则层对准则层的多个指标进行进一步细化,将每个指标分为多个子指标;所述措施层提出具体的评价指标的计算公式,进行定量分析;
(2)利用层次分析法得到每一层的相对重要程度,确定指标及子指标的权重,建立分布式电源配置方案评价指标体系的权重模型;
(3)根据所述权重模型得到分布式电源配置方案的综合评价得分。
进一步的,步骤(1)中的准则层包括经济性指标、可靠性指标和环保性指标。
进一步的,步骤(1)中所述经济性指标包括的子指标为分布式电源在评价时段内的总投资成本、总运维成本、总购电成本、总售电成本及单位发电成本;所述可靠性指标包括的子指标为评价时段内含分布式电源配电网的线损率、电压稳定性及平均失负荷率;所述环保性指标包括的子指标为评价时段内可再生能源利用率及污染物排放减少量。
进一步的,将评价时段分为若干个阶段,令总阶段数为T;配电网包括多个节点,令配电网总节点数为N。
进一步的,计算所述经济性指标的方法包括:
设总投资成本为Cinv,设总运维成本为Com,设总购电成本为Cpur,设总售电收益为Csal,设单位发电成本为Cgen,提供总投资阶段数、配电网总节点数、各阶段各节点上安装的分布式电源容量、分布式电源单位容量投资成本、贴现率及、初始年到各阶段的年份间隔、分布式电源单位容量年运行与维护成本、各阶段单位电价、各阶段从上级电网吸收的功率、各阶段单位售电电价、各阶段向上级电网输送的功率、各阶段的总发电量,分别计算Cinv、Com、Cpur、Csal、Cgen,计算公式为:
Figure BDA0001128378770000021
Figure BDA0001128378770000022
Figure BDA0001128378770000023
Figure BDA0001128378770000024
Figure BDA0001128378770000025
式中,
Figure BDA0001128378770000026
为第t阶段第n个节点上现有的分布式电源容量;cinv为分布式电源单位容量投资成本;i为贴现率;p(t)为初始年到第t阶段的年份间隔;com为分布式电源单位容量年运行与维护成本;cpur(t)为第t阶段单位电价;Ppur(t)为第t阶段从上级电网吸收的功率;csal(t)为第t阶段单位售电电价;Psal(t)为第t阶段向上级电网输送的功率;E(t)为第t阶段的总发电量。
进一步的,计算所述可靠性指标的方法包括:
设评价时段内含分布式电源配电网的平均线损率为αp,设电压稳定性为VSI,设平均负荷失电率为LPSP,提供配电网中辐射线路条数、各阶段各条线路所带的负荷、各阶段各条线路的线损、各节点的电压值、各支路的电阻和电抗、各节点处的负荷有功和无功功率、各阶段配电网总负荷缺电量及各阶段配电网总负荷量,分别计算αp、VSI、LPSP,公式为:
Figure BDA0001128378770000031
Figure BDA0001128378770000032
Figure BDA0001128378770000033
Figure BDA0001128378770000034
式中,M表示配电网中辐射线路条数;Pi(t)为第t阶段第i条线路所带负荷;ΔPi(t)为第t阶段第i条线路的线损;m1和m2表示配电网中一条线路的首端节点和末端节点;Vm1为节点m1的电压值;rj和xj分别为支路j的电阻和电抗;Pm2和Qm2分别为节点m2处的负荷有功和无功功率;VSIt为第t阶段的配电网电压稳定性指标;VSIp为整个方案的电压稳定性指标;ΔP(t)表示第t阶段配电网总负荷缺电量;PL(t)表示第t阶段配电网总负荷量。
进一步的,计算所述环保性指标的方法包括:
设评价时段内可再生能源利用率为ratio_uti,设评价时段内污染物排放减少量为β,提供各阶段可再生能源的剩余量、各阶段可再生能源的总发电量、用火电满足配电网内负荷需求时产生的碳排放量以及配置分布式电源后火力发电产生的碳排放量,分别计算ratio_uti和β,公式为:
Figure BDA0001128378770000035
Figure BDA0001128378770000036
Figure BDA0001128378770000037
式中,Pwaste(t)表示第t阶段可再生能源剩余量;Pdg(t)表示第t阶段可再生能源总发电量;
Figure BDA0001128378770000039
为总碳排放量;
Figure BDA00011283787700000310
表示为碳排放因子;Etotal表示火电总发电量。
进一步的,所述四层分布式电源配置方案评价指标体系中,除目标层和措施层外,每一层都有多个评价指标,每一个指标的权重指该指标对上一层元素的影响程度;步骤(2)中利用层次分析法得到权重的方法包括:
(21)设每层指标与下层的n个指标A=[A1,A2,...,An]有关联,并假设权重为W=(w1,w2,...,wn)T,两两比较Ai和Aj对上层指标的影响程度,以Mij=Ai/Aj表示,构成直接比较矩阵M,矩阵中各元素定义:
Figure BDA0001128378770000041
式中,Mij>0;j=1,2,…,n;
直接比较矩阵M表示为:
Figure BDA0001128378770000042
(22)通过计算直接比较矩阵M的行要素之和求得各元素的相对重要程度排序指数ri(i=1,2,...,n):
Figure BDA0001128378770000043
取ri的最大值rmax和最小值rmin,这两个值分别对应于直接比较矩阵中两个行求和元素Amax和Amin,将这两个元素作为比较的基准元素,使用九级标度进行比较,得到基准点的相对重要性程度bm(bm>1),将直接比较矩阵转变为间接判断矩阵B,B=(Bij)n×n,矩阵中各元素定义为:
Figure BDA0001128378770000051
通过判断矩阵B求满足BW=λmaxW的特征根和特征向量,λmax和W分别为B的最大特征根和对应的正规化特征向量,A的主观权重值就和W的分量wi(i=1,2,...n)相对应。
进一步的,还包括对判断矩阵进行一致性检验,设随机一致性比率为C.R.,公式为:
Figure BDA0001128378770000052
Figure BDA0001128378770000053
式中,C.I.为一致性指标,n表示判断矩阵B的阶数;R.I.为平均随机一致性指标(见下文表3);
当计算结果0≤C.R.≤0.10时判断该矩阵满足一致性条件,认为矩阵存在一定的不一致性,但其程度可以接受,0表示完全一致;否则,需要调整判断矩阵直至满足一致性要求为止。
进一步的,步骤(3)中的综合评价得分的方法包括:
设准则层决策值为
Figure BDA0001128378770000054
子准则层决策值为
Figure BDA0001128378770000055
评价方案总得分为F,根据准则层、子准则层指标数量、各指标的权重、指标的实际计算值以及准则层的权重计算
Figure BDA0001128378770000056
和F,计算公式为:
Figure BDA0001128378770000057
Figure BDA0001128378770000058
Figure BDA0001128378770000059
式中,n1为准则层指标数量;n2为子准则层指标数量;wj为指标j的权重值;μj为指标j实际计算值;γ1为准则层的权重值;γ2为子准则层的权重值。
有益效果:相比较现有技术中存在的直接观察难以评判不同方案优劣的问题,本发明提供的一种配电网中分布式电源配置方案评价方法,涵盖了分布式电源的主要影响因素、经济成本和收益及对环境的优势作用,并建立了综合评价模型,有利于判断出各方面最优的分布式电源配置方案,提高规划水平;得出准确、全面和有效的配电网分布式电源配置方案评价模型,为最优方案的选择提供依据。
附图说明
图1为分布式电源配置方案评价指标体系;
图2为分布式电源配置方案评价指标体系层次结构图和权重。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明,本实例在以本发明技术方案为前提下进行实施,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例采用表1给出的分布式电源50%渗透率下的三个场景配置方案,采用配电网中分布式电源配置方案评价方法进行评价。
表1安装容量为50%负荷量时三个场景的配置结果
Figure BDA0001128378770000061
参看图1所述的分布式电源配置方案评价指标体系,本发明的配电网中分布式电源配置方案评价模型包括以下步骤:
1、构建包括目标层、准则层、子准则层和措施层的四层分布式电源配置方案评价指标体系,目标层为最高层,所述准则层设立多个指标,所述子准则层对准则层的多个指标进行进一步细化,将每个指标分为多个子指标。本实施例中,准则层包括经济性指标、可靠性指标和环保性指标。所述经济性指标包括的子指标为分布式电源在评价时段内的总投资成本、总运维成本、总购电成本、总售电成本及单位发电成本;所述可靠性指标包括的子指标为评价时段内含分布式电源配电网的线损率、电压稳定性及平均失负荷率;所述环保性指标包括的子指标为评价时段内可再生能源利用率及污染物排放减少量。
2、建立四层分布式电源配置方案评价指标体系权重模型。步骤1针对分布式电源和储能***的配置方案提出了多个指标及子指标,这些指标及子指标的量纲、单位都不相同,每个方案的指标优势劣势不尽相同,直接观察难以对不同的方案进行综合的评判,因此,要针对指标体系建立分布式电源配置方案评价指标体系的权重模型,得到各方案的综合评价结果。
3、结合权重模型得到分布式电源配置方案的综合评价得分。
本发明采用层次分析法(AHP)处理各评价指标的权重和综合评分的问题,步骤如下:
(1)层次结构的建立
对评价对象自上而下进行层次划分,下一层因素是对上一层的细化,同一层因素相互独立且受上一层因素的制约。一般由目标层、准则层、子准则层及措施层构成。
(2)各层次权重的确定
利用层次分析法可以得到每一层次的相对重要程度也即权重。在图1层次结构中,除措施层和目标层外,每一层都有多个评价指标,每一个指标的权重就指该指标对上一层元素的影响程度。假设某层指标与下层的n个指标A=[A1,A2,...,An]有关联,并假设权重为W=(w1,w2,...,wn)T。两两比较Ai和Aj对上层指标的影响程度,以Mij=Ai/Aj表示,Mij的值用数字1~9及其倒数表示,即AHP中的标度,标度含义见表2。
表2 AHP标度含义
Figure BDA0001128378770000071
最后构成直接比较矩阵M,矩阵中各元素定义为:
Figure BDA0001128378770000081
式中,Mij>0;i、j=1,2,…,n。
所形成的直接比较矩阵M如下所示:
Figure BDA0001128378770000082
(3)层次单排序及其一致性检验
通过计算直接比较矩阵M的行要素之和求得各元素的相对重要程度排序指数ri(i=1,2,...,n):
Figure BDA0001128378770000083
取ri的最大值rmax和最小值rmin,这两个值分别对应于比较矩阵中两个行求和元素Amax和Amin,将这两个元素作为比较的基准元素,使用九级标度进行比较,得到基准点的相对重要性程度bm(bm>1)。再使用判断比较式求得元素之间的相对重要程度,即权重。将直接比较矩阵转变为间接判断矩阵B,B=(Bij)n×n,其各元素定义为:
Figure BDA0001128378770000084
接下来通过间接判断矩阵B求满足BW=λmaxW的特征根和特征向量,λmax和W分别为B的最大特征根和对应的正规化特征向量。G的主观权重值就和W的分量wi(i=1,2,...n)相对应。这样确定权向量的方法叫做特征根法。
所得到的判断矩阵中包含的信息必须具有传递性,为了确保这一点,要对判断矩阵进行一致性检验。判断依据为随机一致性比率(C.R.)。
Figure BDA0001128378770000091
Figure BDA0001128378770000092
式中,C.I.为一致性指标,n表示判断矩阵B的阶数;
R.I.为平均随机一致性指标,对于1~9阶的判断矩阵,R.I.的取值如下表所示:
表3平均随机一致性指标RI标准值
Figure BDA0001128378770000093
当0≤C.R.≤0.10时判断该矩阵满足一致性条件,认为矩阵存在一定的不一致性,但其程度可以接受,0表示完全一致;否则,需要调整判断矩阵直至满足一致性要求为止。
由此获得同层各评价指标相对于上层某一指标重要性的排序权值。
(4)层次总排序及其一致性检验
层次总排序是确定某层所有因素对于总目标相对重要性的排序权值过程。
对准则层的某准则Dk,方案i的准则层决策值为:
Figure BDA0001128378770000094
式中,wj表示各指标的权重值,μij表示实际指标计算值。
在准则Dk下,最佳方案为:
Figure BDA0001128378770000095
为获得最底层各指标对于总目标的排序权重,还应计算层次总排序,总排序权重应从上至下将层次单排序权重进行合成。层次总排序也需做一致性检验,检验方法同层次单排序。假设γ12,...,γm为准则层的权重,那么方案i的目标层决策值为:
Figure BDA0001128378770000096
那么,在目标层下,最佳方案为:
Figure BDA0001128378770000101
综合评价方法中最关键的是填写判断矩阵。本方案采用专家评分法,即反复比较判断矩阵中各因素两两的重要性,得到分布式电源和储能***的配置方案评价指标体系层次总排序图如图2所示。
采用本实施例提出的方法,分布式电源配置方案评价指标计算结果见表4(指标标准值为指标值通过统一去量纲后的值)。
表4分布式电源配置方案评价指标计算值
Figure BDA0001128378770000102
可以看出方案2只含风机的方案综合得分最高,这是由于专家评分时对经济性指标的重要程度打分较高,因此在综合评价分数中占了很大比重,导致成本较低的风机取得了优势;此外,虽然光伏发电的可靠性较高,但总分仍低于风机发电的方案。
实施例中的场景、图例、表等仅用作对本发明的进一步说明,但本申请并非局限于此,本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示,以及可轻易想到的变化或替换,都应落在本申请的保护范围内。

Claims (4)

1.一种配电网中分布式电源配置方案评价方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)构建包括目标层、准则层、子准则层和措施层的四层分布式电源配置方案评价指标体系;目标层为最高层;所述准则层设立多个指标;所述子准则层对准则层的多个指标进行进一步细化,将每个指标分为多个子指标;准则层包括经济性指标、可靠性指标和环保性指标,子准则层包括经济性指标、可靠性指标和环保性指标在评价时段内的子指标,将评价时段分为若干个阶段,令总阶段数为T;配电网包括多个节点,令配电网总节点数为N;所述措施层提出具体的评价指标的计算公式,进行定量分析;经济性指标包括的子指标为分布式电源在评价时段内的总投资成本、总运维成本、总购电成本、总售电成本及单位发电成本;所述可靠性指标包括的子指标为评价时段内含分布式电源配电网的平均线损率、电压稳定性及平均负荷失电率;所述环保性指标包括的子指标为评价时段内可再生能源利用率及污染物排放减少量;
(2)利用层次分析法得到每一层的相对重要程度,确定指标及子指标的权重,建立分布式电源配置方案评价指标体系的权重模型;
所述四层分布式电源配置方案评价指标体系中,除目标层和措施层外,每一层都有多个评价指标,每一个指标的权重指该指标对上一层元素的影响程度;所述利用层次分析法得到权重的方法包括:
(21)设每层指标与下层的n个指标A=[A1,A2,...,An]有关联,并假设权重为W=(w1,w2,...,wn)T,两两比较Ai和Aj对上层指标的影响程度,以Mij=Ai/Aj表示,构成直接比较矩阵M,矩阵中各元素定义:
Figure FDA0002267268110000011
式中,Mij>0,i、j=1,2,…,n;
直接比较矩阵M表示为:
Figure FDA0002267268110000012
(22)通过计算直接比较矩阵M的行要素之和求得各元素的相对重要程度排序指数ri,i=1,2,...,n:
Figure FDA0002267268110000021
取ri的最大值rmax和最小值rmin,这两个值分别对应于直接比较矩阵中两个行求和元素Amax和Amin,将这两个元素作为比较的基准元素,使用九级标度进行比较,得到基准点的相对重要性程度bm,bm>1,将直接比较矩阵转变为间接判断矩阵B,B=(Bij)n×n,矩阵中各元素定义为:
Figure FDA0002267268110000022
通过判断矩阵B求满足BW=λmaxW的特征根和特征向量,λmax和W分别为B的最大特征根和对应的正规化特征向量,A的主观权重值就和W的分量wi,i=1,2,...,n,相对应;
还包括对判断矩阵进行一致性检验,设随机一致性比率为C.R.,公式为:
Figure FDA0002267268110000023
Figure FDA0002267268110000024
式中,C.I.为一致性指标,n表示判断矩阵B的阶数;R.I.为平均随机一致性指标;
当计算结果0≤C.R.≤0.10时判断该矩阵满足一致性条件,认为矩阵存在一定的不一致性,但其程度可以接受,0表示完全一致;否则,需要调整判断矩阵直至满足一致性要求为止;
(3)根据所述权重模型得到分布式电源配置方案的综合评价得分,综合评价得分的方法包括:
设准则层决策值为
Figure FDA0002267268110000025
子准则层决策值为
Figure FDA0002267268110000026
评价方案总得分为F,根据准则层指标数量、子准则层指标数量、各指标的权重值、准则层的权重值以及子准则层的权重值计算
Figure FDA0002267268110000027
和F,计算公式为:
Figure FDA0002267268110000028
Figure FDA0002267268110000031
Figure FDA0002267268110000032
式中,n1为准则层指标数量;n2为子准则层指标数量;wj为指标j的权重值;μj为指标j实际计算值;γ1为准则层的权重值;γ2为子准则层的权重值。
2.根据权利要求1所述的配电网中分布式电源配置方案评价方法,其特征在于,计算所述经济性指标的方法包括:
设总投资成本为Cinv,设总运维成本为Com,设总购电成本为Cpur,设总售电收益为Csal,设单位发电成本为Cgen,提供总投资阶段数、配电网总节点数、各阶段各节点上安装的分布式电源容量、分布式电源单位容量投资成本、贴现率、初始年到各阶段的年份间隔、分布式电源单位容量年运行与维护成本、各阶段单位电价、各阶段从上级电网吸收的功率、各阶段单位售电电价、各阶段向上级电网输送的功率、各阶段的总发电量,分别计算Cinv、Com、Cpur、Csal、Cgen,计算公式为:
Figure FDA0002267268110000033
Figure FDA0002267268110000034
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Figure FDA0002267268110000037
式中,
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为第t阶段第k个节点上现有的分布式电源容量;cinv为分布式电源单位容量投资成本;α为贴现率;p(t)为初始年到第t阶段的年份间隔;com为分布式电源单位容量年运行与维护成本;cpur(t)为第t阶段单位电价;Ppur(t)为第t阶段从上级电网吸收的功率;csal(t)为第t阶段单位售电电价;Psal(t)为第t阶段向上级电网输送的功率;E(t)为第t阶段的总发电量。
3.根据权利要求1所述的配电网中分布式电源配置方案评价方法,其特征在于,计算所述可靠性指标的方法包括:
设评价时段内含分布式电源配电网的平均线损率为αp,设电压稳定性为VSIp,设平均负荷失电率为LPSP,提供配电网中辐射线路条数、各阶段各条线路所带的负荷、各阶段各条线路的线损、各节点的电压值、各支路的电阻和电抗、各节点处的负荷有功和无功功率、各阶段配电网总负荷缺电量及各阶段配电网总负荷量,分别计算αp、VSIp、LPSP,公式为:
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式中,L表示配电网中辐射线路条数;Pl(t)为第t阶段第l条线路所带负荷;ΔPl(t)为第t阶段第l条线路的线损;m1和m2表示配电网中一条线路的首端节点和末端节点;Vm1为节点m1的电压值;rl和xl分别为线路l的电阻和电抗;Pm2和Qm2分别为节点m2处的负荷有功和无功功率;VSIt为第t阶段的配电网电压稳定性指标;VSIp为整个方案的电压稳定性指标;ΔE(t)表示第t阶段配电网总负荷缺电量;EL(t)表示第t阶段配电网总负荷量。
4.根据权利要求1所述的配电网中分布式电源配置方案评价方法,其特征在于,计算所述环保性指标的方法包括:
设评价时段内可再生能源利用率为ratio_uti,设评价时段内污染物排放减少量为β,提供各阶段可再生能源的剩余量、各阶段可再生能源的总发电量、用火电满足配电网内负荷需求时产生的碳排放量以及配置分布式电源后火力发电产生的碳排放量,分别计算ratio_uti和β,公式为:
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Figure FDA0002267268110000047
式中,Ewaste(t)表示第t阶段可再生能源剩余量;Edg(t)表示第t阶段可再生能源总发电量;
Figure FDA0002267268110000051
为总碳排放量;
Figure FDA0002267268110000052
为配电网含分布式电源情况下的碳排放量;
Figure FDA0002267268110000053
表示为碳排放因子;Etotal表示火电总发电量。
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