分布式电源接入对配电网影响的层次综合评估方法

林民仲,钟建伟

(1.国网湖北省电力公司恩施供电公司,湖北 恩施 445000; 2.湖北民族学院 信息工程学院,湖北 恩施 445000)

分布式电源接入对配电网影响的层次综合评估方法

林民仲1,钟建伟2

(1.国网湖北省电力公司恩施供电公司,湖北 恩施 445000; 2.湖北民族学院 信息工程学院,湖北 恩施 445000)

以风力发电机和风力发电配电系统作为主要的研究对象,以改进的IEEE-RBTS Bus6 系统主馈线F4为例,对分布式电源接入对配电网影响的各项评估指标进行仿真,运用层次分析法,通过对各项评估指标模糊化处理和计算,得到不同方案的综合评估得分.评估结果表明,分布式电源接入对配电网的影响各项评估指标具有改善作用.

分布式电源;配电网;层次分析法;综合评估方法

随着分布式电源接入配电网供电系统的应用,配电网供电系统的可靠性模型将会发生重大变化.研究这套综合评估性能指标,将会很大程度上推动分布式电源在配电网中的地位.合理利用电能,优化能源结构,提高能源利用效率,保障能源安全,促进节能减排,研发新技术,发展低碳经济,制定用电措施,从提高供电服务水平的基本要求点出发,紧密结合我国的基本国情和国策,确立建设以特高电压电网为骨架,分布式电源电网为辅,各级电网协调发展,具有自动化、智能化、互动化、信息化和现代化的坚强智能电网的发展战略目标.逐步实现分布式电源接入系统设计规范化、标准化、现代化,引导可再生能源建设与电网协调可持续发展,支持国家低碳经济的发展和实施.

1 分布式电源对配电网的影响

分布式光伏[1-3]接入配电网,会对继电保护、电能质量、系统安全和可靠性及网损产生影响.分布式电源大量的接入配电网络后,将仅有一个电源点的辐射网状结构改变成多个电源点的网络结构,电网潮流也从单向变电站到负荷转变为双向流动,配电网的根本性变化使得配电网络的保护机理发生重大改变.其次,原有配电网本来就含继电保护装置,为分布式电源的接入,在继电保护装置上做大幅改变是不切实际情况的,因此,分布式电源应尽量去适应原有的继电保护装置.

分布式电源的供电方式采用分散、就地的原则,从而可以提高供电可靠性和电能质量.但分布式电源接入配电网中,会由于用户的实际电力需求、分布式电源的启动与停运、电力市场和政策法规诸多因素影响会直接或间接的使配电网电流波动和电压闪变.

分布式配电网络可以提高输电网传输裕度,还可以合理的规划DG接入位置,提高了系统电压的整体水平和系统的调节电压的能力.另一方面,当负载供电,线路出现故障时,分布式电源可向小部分负荷继续供电,提高电源系统的安全性和可靠性;分布式配电网络接入分布式电源后,需要与系统有良好的配合.分布式电源的接入可能减小配电网系统的损耗也可能增加系统损耗,这取决于分布式电源的容量、接入位置和负荷的相对大小和位置等因素.

2 分布式电源接入对配电网综合影响的评估[4-6]方法

2.1层次分析法

层次分析法[7](Analytic Hierarchy Process,AHP),将待评估的指标分解为不同的层次结构,然后求判断矩阵特征向量,求得每一层次的各元素对上一层次某元素的优先权重,最后,通过定性指标模糊量化方法算出层次单排序(权数)和总排序,以作为多指标、多方案优化决策的一种系统方法.

在分布式电源接入对配电网影响的评估中,各个评价指标可以描述分布式电源接入对配电网的单方面影响,而对配电网影响的综合评估[8]是将各项指标通过确定其权重的方式来统一成一个综合判断指标.因为每项评价指标的标准和量纲不一样,不能直观的用某一项指标直接评估.于是对配电网的综合评估需要将各项指标实用效用函数进行模糊化后成为统一的量纲指标.

依照互反性标准,对总目标P下的N个评价指标每两个相互评价,形成一个判断矩阵E,验证这个矩阵E,当矩阵E满足式(1)时,则得出结论矩阵E的一致性可以接受.

(1)

(2)

式(2)中exy表示评价指标Px对Py的相对判断重要值.

利用各个评价指标的效用值和评价指标的权重系数,可以求得综合评分S,其计算公式为:

(3)

2.2综合评估的过程

1)建立评估层次.将分布式电源接入对配电网影响的评估问题分为四个层次.目标层对分布式电源接入对配电网影响的综合评估,其中准则层、指标层,实现预定总目标所涉及的中间环节,最后方案层,表示将选用的解决问题的方案,一般都有几种方案可选.

2)构造判断矩阵.定性分析后确定各层次各因素之间的权重,主观性较为严重,于是使用一致矩阵法,将影响评估的各项指标不进行统一比较,每两个之间进行相互比较,尽量降低不相关的因素指标的干扰.

3)层次单排序及其一致性检验.对应于判断矩阵最大特征根的特征向量,经归一化(使向量中各元素之和等于1)后记为ω.ω的元素为同一层次因素对于上一层次因素某因素相对重要性的排序权值,这一过程称为层次单排序.能否确认层次单排序,需要进行一致性检验,所谓一致性检验是指对判断矩阵确定不一致的允许范围.

4)层次总排序及其一致性检验.计算最下层对最上层总排序的权向量.

3 分布式电源接入对配电网影响的实例评估

3.1实例描述

以改进的IEEE-RBTS Bus6[9-10]系统主馈线F4为例,对分布式电源接入对配电网进行仿真.测试系统网络结构如图1所示.

图1 改进的仿真系统结构Fig.1 Improved simulation system architecture

该测试系统的各个元件可靠性如表1所示.

通过以下三种方案对分布式电源接入对配电网的影响的评价[10]指标进行仿真,来验证综合评估方法的可靠性.

表1 各个元件的可靠性

方案1:系统中无分布式电源接入;

方案2:系统中接入所有分布式电源DG1;

方案3:系统中接入所有分布式电源DG1和DG2.

3.2综合评估结果及分析

3.2.1 综合评估结果 通过对以上三种方案的计算,各个评价指标的计算结果如表2所示.

表2 评价指标计算结果

表3 各个评价指标的效用值

由于综合评估方法中各个评价指标的数量级、评价标准和性质的不同,根据表2评价指标计算结果,将各个评价指标通过效用函数进行变换处理,得到评价指标的有效值如表3所示.构建第一层(指标层)判断矩阵,得出第一层判断矩阵的最大特征值,进行一致性校验,计算得出第一层评价指标的权重系数.同理,用同样的方法处理第二层(准则层)的数据,通过式(3)计算最后得到这三种方案的综合评估得分.

由互反性理论得出第二层判断矩阵E1:

判断矩阵E1的最大特征值λmax=4.050 1,由式(1)中一致性校验方法得,CR=0.01 7lt;0.1,则矩阵E1的一致性相同.由式(2)得到第一层评价的各项指标对应的归一化权重系数ωx依次为:0.183 2、0.423 8、0.063 3、0.295 6;同理,可以求的底层评价的各项指标对应的归一化权重系数依次为:0.096 8、0.031 8、0.089 8、0.102 5、0.039 7、0.045 8、0.054 3、0.068 6、0.079 4、0.105 2、0.078 7、0.198 6.

根据三种不同方案得出综合评估情况如下.

3.2.2 综合评估结果分析 由表2可知,经济性指标中,随分布式电源接入量的增加,线损率、有功功率单位成本、无功功率单位成本反而减小;大量接入分布式电源可靠性评价指标的改善并不是很明显;方案1与方案2相比,方案2中总谐波率和电压波动略有增加,而相比于方案3,方案3中总谐波率和电压波动明显增加;在安全性指标中,方案2与方案1相比,短路容量有所增加,方案3与方案2相比,短路容量大幅增加.由表4可得,适量接入分布式电源与不接分布式电源相比,可靠性评价指标有明显改善.在环保效益指标方面,各个方案的污染气体的排放量随方案序号的增大而减小.

表4 不同方案的综合评分值

通过表4可以看出,适当渗透率的分布式电源接入配电网,对配电网的运行的各项指标有明显的改善.三种方案综合评估结果显示,第二种方案的综合评估分最高,方案一和方案三综合评估不是很优秀,说明分布式电源适量接入配电网能有效提高配电网的综合性能.

4 总结

本文首先阐述了分布式电源接入配电网后对配电网的继电保护、电能质量、短路电流、谐波等方面的影响,接下来构建分布式电源接入对配电网影响的综合评估指标,针对光伏发电、风力发电等分布式电源接入对配电网影响的情况,通过建立清晰的层次结构,提出了一种分布式电源接入对配电网影响的综合评估体系,该综合评估方法能有效的对分布式电源接入对配电网的影响指标进行评估.

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责任编辑：时凌

AComprehensiveEvaluationMethodfortheInfluenceofDistributedPowerSupplyonDistributionNetwork

LIN Minzhong1,ZHONG Jianwei2

(1.State Grid Enshi Power Supply Company,EnShi 445000,China; 2.Scheol of Informaton Engineering,Hubei University For Nationalities,Enshi 445000,China)

Taking the wind generator and the distribution system of wind power generation and as the main object of study and the main feeder F4 of improved IEEE-RBTS Bus6 system as an example, this paper simulates the assessment indexes of impact of DG access on the distribution network and obtains the comprehensive evaluation score of different schemes by using the analytic hierarchy process and the evaluation index fuzzy processing and calculation. The evaluation results show that the impact of the DG access on the distribution network is improved.

distributed generation;distributed network;analytic hierarchy process;comprehen sive evaluation method

2017-05-09.

国家自然科学基金项目(61263030,61463014).

林民仲(1968-),男,高级工程师,主要从事电力系统运行与控制的研究.

1008-8423(2017)04-0449-04

10.13501/j.cnki.42-1569/n.2017.12.021

TP311

A