考虑分布式发电的电网规划评估分析

金义雄，赵煦

（上海电力学院电力与自动化工程学院，上海 200090）

随着电力市场的进一步开放，分布式电源凭借着诸多优点在电力系统中占据越来越多的份额，成为能源领域的一个重要发展方向.但大量分布式电源引入也使电网在规划和运行方面要面临比以往更多的不确定性因素.针对某一分布式电源来讲，其价值与其所在的位置和容量有着密切的关联，因此对分布式电源进行合理的规划就显得尤为重要.就电力系统而言，电源规划方案和电网规划方案实质上是不可分割的整体.但是由于两者的侧重点不同，且这两个问题又无法统一解决，所以一直以来不得不将电源规划和电网规划分开处理，并在必要时采取协调技术进行迭代求解［1］.本文提出了一套含分布式电源的电网规划评估体系，具有一定的实用价值.

1 含分布式电源的电网规划概况

分布式电源是指将发电系统以小规模（发电功率在数千瓦至50 MW的小型模块）、分散式的方式布置在用户附近，可独立输出电能的系统.分布式发电设施主要包括以液体或气体为燃料的内燃机、微型燃气轮机，以及风力发电设备、光伏电池等.

随着分布式电源的接入，将不可避免地对大电网造成影响.大电网本身有3个方面的缺点：一是不能灵活跟踪负荷的变化;二是在大型互联系统中，局部事故极易扩散，导致大面积停电;三是对于偏远地区的负荷不能进行理想供电.相对于传统大型电网的一系列缺点，分布式电源有着明显的优势：一是可以综合利用资源，节约能源;二是投资成本低，风险小，占地少，建设周期短;三是可以解决偏远地区供电;四是可以弥补大电网在安全稳定性方面的不足;五是具有良好的环保特性;六是其系统中各电站相互独立，用户可以自行控制，可靠性比较高;七是调峰性能好，启停快速，便于实现全自动.目前，关于分布式电源的选址、定容的方法与研究有很多［2-18］，其接入位置和容量的不同对配电网的影响是不同的.

尽管分布式电源优点突出，但同时也存在诸多问题，如分布式电源单机接入成本高、控制困难等.另外，为了减少分布式电源对大电网的冲击，大系统往往采取限制、隔离的方式来处置分布式电源，当电力系统发生故障时，分布式电源必须马上退出运行.显然，这大大限制了分布式电源功能的发挥，也间接限制了对新能源的利用.为了降低分布式电源所带来的不利影响，同时发挥其积极的辅助作用，一个较好的解决方法就是将分布式电源和负荷组合为配电子系统——微网.微网有两种运行方式，在正常情况下，它可以和传统大电网并网运行;在大电网发生故障时，微网可以孤网运行，从而提高了供电的可靠性.因此，可以采用微网优化规划的方法，使投资最优化并满足可靠性约束，从而在已知各个分布式电源位置和可行输电路径的情况下，计算得出多个分布式电源与负荷点之间最优的连接线路［19］.另外，还可以采用网络重构的方法，实现微网的经济运行，改变微网内的功率流动，以达到优化的目的［20］.

2 电网评估指标体系的建立

电网规划方案编制完成后，应该按照科学合理的指标体系对规划方案进行评估，以便有效地指出规划方案的薄弱环节，使将来投运的电网结构更加合理.依据相关准则并结合电网的具体情况，笔者建立了一套可以对电网进行科学评价的指标体系［21］.

2.1 可靠性评价

针对电力系统的不同子系统，具体评价指标可能有所不同，归纳起来共有4类：概率指标;频率指标;时间指标;期望值指标.在规划中，可靠性评价是对未来事件的预测，不可能用确切的量来表明，因此这些指标实际上是建立在统计分析基础上的概率量.

电力系统的可靠性分析计算方法有解析法和模拟法两类.当前的趋势是将解析法和模拟法结合起来使用，发挥其各自的特长.通过对系统规划设计方案的供电可靠性进行定量评估分析，并将其作为方案之间比较的依据，这样就可以更加有效地规划整个电力系统.

目前，可以采用以下6类指标来评价正在运行的电网供电可靠性，以及规划中的电网将来投运后的供电可靠性：系统平均停电频率指标（SAIFI），系统平均停电持续时间指标（SAIDI），用户平均停电持续时间指标（CAIDI），平均供电可靠率指标（ASAI），系统总的电量不足指标（ENSI），平均电量不足指标（AENS）.

2.2 经济性评价

当一个项目存在多个投资方案时，为了权衡方案的优劣，对这些方案的技术经济效果进行定量分析是必不可少的步骤.目前所采用的经济评价方法有静态评价法、动态评价法、不确定性评价法3类.静态评价法比较直观，但未能考虑项目在使用期内收益和费用的变化，以及各个方案的寿命差异，而且没有考虑资金的时间因素.动态评价法考虑了资金的时间因素，比较符合资金的动态规律，且给出的评价更加符合实际.不确定性评价法考虑了原始数据的不确定性及不准确性.

随着电力市场化改革的深入，供电方、用电方和投资方均面临着越来越多的不确定因素，因此需要找到能够缓解一定市场风险的手段，也需要更加科学的规划理论和评估体系来辅助制度决策.在经济投资与收益回报基本对等的情况下，具有灵活性的项目会更受到重视，因为灵活性也是一种有价值的期权.其中实物期权方法在处理不确定环境下的经济投资与规划决策中有较好的应用前景.文献［22］运用实物期权的思想和方法来分析和发现蕴藏在城市电网规划风险投资项目中的期权，提出了评价城市电网项目的实物期权投资决策模型.文献［23］运用B-S（Black-Scholes）期权定价模型，采用非合作博弈理论对投资决策进行评估，从而使各发电公司及电网公司做出更加合理的决策.

2.3 其他各项重要评估指标

随着电网规划的日益精确，建立客观的、量化的电网评估指标体系十分迫切.文献［24］从美国智能电网评估方法中总结出电网发展需要指标先行，可以从核心价值、主要特性、关键技术等方面对电网进行评估.

安全性评价指标对电压稳定性及短路电流水平均有一定要求.另外，我国规定的可靠性准则为：电网必须满足“N－1”准则.灵活性评价指标是通过分析电网各元件故障后电网接线变化的灵活性，以及负荷转移能力和自愈能力等来评价电网运行的灵活性.科学性评价指标主要是从实际出发，对自然资源和环境资源进行评价.文献［25］分析了计及环境效益的分布式发电成本，建立了考虑环境效益的发电成本计算新模型，并采用粒子群优化算法进行求解，得到了较为合理的分布式电源选址与定容方法，较好地兼顾了系统运行的经济性和环保性.综合性评价指标主要包括是否满足国民经济按比例发展的要求，能源供给是否平衡，资金是否平衡等.

3 含分布式电源电网规划评估体系

电网规划评估体系可用于电网发展的总结评论、电网规划成果的评价，以及规划方案的决策与分析.评估体系建立了比较科学、客观、量化的评估模型，顺应了当前规划工作中不确定因素增多，以及需要更大比重的定量分析的趋势，同时为电力企业及管理部门进行更加合理的规划提供了依据.含分布式电源的电网规划评估体系见图1.

图1 含分布式电源的电网规划评估体系

由图1可以看出，各项标准和指标分为上下两层，因此可以采用层次分析法对初始草案进行综合评价.每一层的各区间还可以再设子层，各层均有相应的权重，利用层次分析法逐层向上计算，直至得出综合评分，从而选出比较合理、且可行的方案.根据各个企业所优选出的若干较优方案，再通过动态规划仿真平台优化组合，形成最终的方案.另外，在评估过程中还可以采用综合模糊评价等其他评价方法或辅以拓扑分析、潮流计算等电气分析手段.针对评价对象较多的情况，可以提出组合评价方法［26］，即选取适当的数学模型，对多个单一评价结果进行集化，从而得到组合评价结论.

从电力系统全局考虑，可以以整个系统的规划布局为研究目标，这样就不会分离电源规划和电网扩展规划之间的内在联系.其中，电力市场与电力系统动态规划仿真平台的建立是关键一环，需要了解相关政策及各类企业在市场中的交互动态行为，以便进行合理建模和可靠计算.目前，对于这方面的研究正处于起步阶段，还需要进一步完善.

4 结语

目前，分布式电源在电网中所占比例越来越大，更多的不确定性对电网规划提出了更高的要求.本文描述了含分布式电源的电网规划评估体系.该体系自下而上，首先将各个企业的数个初始草案经指标评价后，运用层次分析法等手段得出定量比较，选优后到达中间方案层，然后从整个系统的角度出发，通过建立好的动态规划仿真平台来优化组合，最终得到各个企业的最终方案.该体系尤其适用于含分布式电源的中长期电网规划.

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（编辑白林雪）