分布式电源接入对黑龙江配电网影响的综合评估研究

陈晓光

(黑龙江省电力科学研究院, 哈尔滨 150030)

分布式电源接入对黑龙江配电网影响的综合评估研究

陈晓光

(黑龙江省电力科学研究院, 哈尔滨 150030)

对分布式发电(DG)接入黑龙江配电网后所产生的各项影响进行了分析和研究。在综合考虑DG 对配电网可靠性、电压质量、经济性等影响的基础上,建立DG接入后对配电网产生影响的评估指标体系以及基于层次分析法的综合评估模型,并计算了各指标的权重,达到了综合评估分布式电源对于配电网影响的目的。同时,以20节点系统为例,在DG的不同接入方案下,仿真分析了指标计算方法和综合评估方法,结果显示该方法可以全面反映出分布式电源对于电网的影响。

分布式发电,配电网,层次分析法,综合评估方法

分布式电源(DG)具有投资少、占地小、安全可靠、环保等优势[1]。目前应用较为广泛的的分布式发电形式主要有小型水电、太阳能光伏发电、分散式风力发电及小型热电联产机组等。近些年,分布式电源在黑龙江省的应用越来越广泛,但大量的分布式电源接入配电网,势必会对现有配电网产生巨大的影响。影响主要体现在对配电网运行的影响和对配电网规划[2]的影响两个方面,如对配电系统的电压分布、电能质量、继电保护配置方案、网损以及可靠性等方面产生的影响。

有关评估DG接入对电网的影响已有一些研究。文献[3-4]研究了分布式电源接入对于配电网可靠性的影响,并进行了量化分析;文献[5]从能源成本的角度对DG接入配电网的经济性进行了量化评估;文献[6-7]从DG接入对配电网的电压、网损、环境等方面的影响进行了分析研究;文献[8]从研究新能源发电并网技术的角度出发出发,介绍了一种分布式电源接入对系统稳定性影响的评价方法。这些方法只能片面反映分布式电源接入带来的影响,无法全面反映出分布式电源对配电网的影响情况。本文综合考虑DG对于配电网在运行以及规划方面的影响,建立DG接入后对配电网产生影响的评估指标体系以及基于层次分析法的综合评估模型,并计算了各指标的权重,达到了综合评估分布式电源对于配电网影响的目的。

1 综合评估方法及模型

DG对于配电网的各项影响可作为单一指标用来衡量DG接入对配电网某一属性方面的影响,为了综合评估DG的影响,本文采用上述各指标的加权求和作为DG对电网影响的综合评估,即

式中:N表示指标数;Ii指第i个指标;wi指第i个指标的权重因子,它满足

为了使确定出的指标权重既考虑专家经验,又结合客观实际,本文采用层次分析法确定指标权重

1.1 综合评估模型

首先,确认评估模型的目标层元素。建立评估模型的目的是通过将各项影响指标的重要性进行排序以实现综合评估的目的。所以综合评估问题中,最顶层的元素只有一个,即目标层“各项指标权重”

其次,建立评估模型的准则层元素。分布式电源对配电网影响的各项指标中,大都和配电网的运行密切相关,而且接入分布式电源的配电网运行情况也是备受关注的问题,同时分布式电源的接入也会在配网的规划方面产生影响,所以,在准则层中,选择目标层下的两个影响目标实现的因素“对配网运行的影响”和“对配网规划的影响”作为准则层元素。

据此,建立的综合评估模型如图1所示。

图1 基于层次分析法的综合评估模型

1.2 建立判断矩阵

根据得到的层次分析模型,可建立此模型的判断矩阵。在此模型中,只需要知道各层级元素的排序或重要程度,故选用层次分析法中较为常用的l～9标度法[8-10]。需要说明的是,判断矩阵隐含着对模型中各层级元素重要程度的倾向性,因此,为提高评估模型的准确性,应用时应结合专家意见和实际情况比较各个因素的重要性以得到判断矩阵。

1.2.1 目标层下准则层B的判断矩阵

需要比较在目标层“各项指标权重”下,影响因素“对配网运行的影响”与“对配网规划的影响”的相对重要程度。在实际操作中,需要综合考虑分布式电源对于配网在运行和规划两方面的影响。分布式电源对于配电网运行的影响主要指配电网在接入分布式电源以后,各项运行指标的变化情况,侧重于分布式电源接入对现有配电网造成的影响。分布式电源对于配电网规划的影响主要考虑配电网在接入分布式电源以后,原有配电系统的结构以及负荷预测等方面的变化,以致影响到配电网的规划。本研究采取“对配网运行的影响”相对于“对配网规划的影响”稍重要的标度,即按照l～9标度法的取值为3,构造判断矩阵,如表1所示。

表1 目标层下准则层B的判断矩阵

1.2.2 准则层B下方案层C的判断矩阵

准则层B主要包括影响方案层排序的两个因素,即“对配网运行的影响”和“对配网规划的影响”。建立准则层下方案层的判断矩阵,就是针对相应的影响因素,对方案层中的各指标进行两两对比,得到该因素影响下的比较标度,形成判断矩阵,并最终计算得到该因素影响下各方案的相对权重。

在准则层B中,“对配网运行的影响”和“对配网规划的影响”都是定性概念,只能从定性的角度比较,无法得到确切的比较结果,如果待比较的指标进一步增加,将造成前后矛盾,从而使判断矩阵的一致性无法满足要求。本文在总结多年实际操作经验基础上,根据相对重要程度将之划分为不同的等级,从而与层次分析法中的1～9标度相对应,然后再根据不同指标按照分级标准分别对照得到具体数据。

1) 对配网运行的影响。分布式电源的接入会在配电网的运行方面产生很多影响,按照程度划分为5个等级,如表2所示。

表2 对配网运行的影响等级

2) 对配网规划的影响。分布式电源的接入会对配电网的规划产生影响,按照程度划分为5个等级,如表3所示。

表3 对配网规划的影响等级

在此需要阐述的一点是,之前设定的各因素等级数值在下一步将会参与判断矩阵的构造,并最终左右各指标的相对权重排序,因此应该将能够使指标拥有更大权重的情况设定为较高的等级数值,以保证该指标最终得到较大的权重值。

方案层C对应各项指标的集合,按照之前的等级设定和分析,每个指标都可以构造一个数据向量ci:

(3)

按照前述的等级表,确定各项影响指标的等级后,将各项影响指标两两进行比较从而构造出判断矩阵,其转换原则为:影响的等级相同取1,影响程度相差一级取3(前者比后者稍重要),依次类推,具体转换如表4所示。

表4 判断矩阵取值表

如果前者比后者的等级低,则取两者比较的倒数。至此,模型中各层的判断矩阵已经建立完毕,据此可以最终计算出各项影响指标的具体权重。

1.3 各项指标及相应权重的计算

DG接入对电网的影响是一个非常复杂的问题,本文从DG对系统网损、可靠性、电压质量、环境、延缓更新5个方面来研究。

1) DG对电网网损影响指标Id1:

系统网损改善程度=

2) DG对电压质量影响指标Id2:

3) DG对电网可靠性的影响指标Id3:

系统缺供电量变化率=

4) DG对环境的影响指标Id4:

系统环境改善程度=

5) 延缓网络更新换代指标Id5:

平均线路容量裕度变化率=

以上五项指标对应层次模型中的C1、C2、C3、C4、C5得到相应的数据矩阵为

按照将不同部位的等级两两比较然后转换为1～9标度法的判断矩阵,可求得准则层中B1、B2分别控制下的方案层的判断矩阵,如表5、表6所示。

表5 B1控制下方案层的判断矩阵

表6 B2控制下方案层的判断矩阵

通过表1的判断矩阵可求得准则层B相对于上层元素的权重向量,结果列于表7中。

表7 准则层B相对于目标层的权重

通过表5和表6的判断矩阵可求得方案层C相对于准则层元素的权重向量,结果列于表8中。

表8 方案层C相对于准则层B的权重

综合表7和表8所得的各层相对于上层的权重,可以得到各项影响指标Id1、Id2、Id3、Id4、Id5相对于目标的总权重:

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

2 算例分析

为了验证本文提出的各项影响指标及综合评估方法,以20节点系统为基础,在不同位置接入不同种类和容量的DG进行了大量仿真。仿真过程中潮流计算参数为:电压基值10 kV,基准功率10 MVA,变电站电压1.02 p.u.,收敛精度10-4。可靠性指标参数为:线路故障平均停电持续时间3 h/次,线路故障率0.1次/(a·km),DG故障率λDG取5次/a,DG平均停电持续时间γDG取50 h/次。系统相关参数见文献[6]。

仿真计算过程中,选取5种分布式电源接入的方案,分别计算各项指标。分布式电源的具体接入情况如表9所示。在每种具体方案的仿真过程中,在潮流计算的基础上,得到评估中需要的各项性能指标,如表10所示。

前文所述各指标的加权求和作为DG对电网影响的综合评估,求得最终的评估值。

(9)

利用表10中仿真得到的各指标的值和计算得到的各指标的权重,依次为0.1226、0.2697、0.3697、0.0957、0.1423,计算得到分布式电源在各接入情况下的综合评估指标值如图2所示。

表9 各接入方案分布式电源接入情况

表10 各指标的仿真计算结果

图2 分布式电源不同接入情况的综合评估指标值

由表10和图2可知:每一个指标都能从不同侧面反映DG接入对电网的影响,且其影响程度会随DG类型、接入位置、容量、布局等而改变,如I1在方案5时最好、I5在方案2时最好等等。但是,在协调考虑各种影响对DG所产生的影响进行综合评估之后,可以看到方案5是综合评估效果较好的情况。同样,在接入较少分布式电源的情况下,方案2和方案3也能得到较好的效果。

对比方案1和方案2,可以看到在分布式电源接入容量相同的情况下,仅接入位置的不同,对电网的影响也不同,显然方案2优于方案1。

3 结 语

为全面量化分析DG接入对于配电网的各项影响,本文提出了基于层次分析法的综合评估模型,并根据l～9标度法建立了相应的判断矩阵。结合DG对于配电网的各项影响指标,计算得出了各指标的权重,达到了综合评估DG对于配电网影响的目的。同时,通过算例进一步验证了本文提出的算法。另外,判断矩阵体现着使用者对模型中各因素重要性的倾向性选择,故在引用该模型进行其他场合的应用或计算时,可以根据专家意见或实际情况自行比较各个因素的权重以得到判断矩阵,使规划工程人员在进行DG规划问题时根据需要有侧重地区别对待,灵活规划DG位置和定容,从而最大限度地发挥DG的经济效益。

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(责任编辑 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。

陈晓光(1982—),男,硕士研究生,研究方向为电力系统及其自动化。

TM712

A

2095-6843(2015)06-0532-05