新型电力系统的影响因素分析

丁 俊 王欣怡 邵烨楠 周 凯 张少文

新型电力系统的影响因素分析

丁 俊1王欣怡2邵烨楠1周 凯1张少文3

（1. 国网苏州供电公司，江苏苏州 215000；2. 江苏省电力设计院有限公司，南京 211102；3. 南京工程学院电力工程学院，南京 211167）

随着能源结构转型的不断推进，建设以新能源为主体的新型电力系统是电网发展的必然趋势。然而，对新型电力系统而言，由于构成的复杂性，其影响因素之间必然存在复杂且强耦合关系。因此，本文针对新型电力系统影响因素之间的相互关系及层次结构展开研究。首先对新型电力系统的特征进行分析，在此基础上总结新型电力系统的影响因素集与意识模型；其次利用推移论的计算方法获得可达矩阵，通过可达矩阵绘制结构层次图；最后构建出新型电力系统影响因素解释结构模型，该模型既可以直接反映影响因素之间的层次结构，也可直接作为后期定量分析的层次结构模型，为新型电力系统影响因素的分析提供了一种新的思路和方法，也为我国新型电力系统的构建提供参考。

新型电力系统；影响因素集；意识模型；可达矩阵；解释结构模型

0 引言

2021年03月01日，国家电网有限公司响应国家“双碳”政策，发布了《国家电网公司“碳达峰、碳中和”行动方案》，该方案旨在构建现代新型电力系统体系，从而推动低碳零碳目标的实现[1-2]。提升新能源发电占比、提高新能源发电在终端消费中的比重是实现“双碳”目标的重要保证[3]。

文献[4-5]从技术层面出发，提出新型电力系统规划模型与调频标准，为新型电力系统建设提供参考。但由于新型电力系统影响因素涉及广泛，因此需要从能源、环境等多角度对新型电力系统的影响因素进行分析。文献[6-9]分别从能源、环境、技术与设备维护角度对新型电力系统稳定性与可靠性的影响因素进行叙述，为新型电力系统的影响因素分析提供参考。但上述文献主要是对新型电力系统单个方面影响因素展开分析，针对新型电力系统多个方面混合影响因素之间的影响关系缺乏相应的阐述。文献[10-11]从负荷、报价和容量等方面分析影响因素对电价的影响，但未针对多个影响因素之间的层次结构进行相应的探讨。

本文将能源、环境、用户、产业作为新型电力系统的影响因素集，并利用解释结构模型分析方法，对新型电力系统影响因素之间的关联性与层次性进行分析。首先对新型电力系统影响因素展开分析并通过影响因素之间的相互影响关系获得邻接矩阵，其次利用推移论对邻接矩阵进行计算，得出可达矩阵，最后利用可达矩阵得出层次清晰、脉络清楚的结构层次图。

1 解释结构模型

对新型电力系统而言，由于构成的复杂性，其影响因素之间必然存在复杂且强烈耦合关系，因此本文利用解释结构模型对新型电力系统进行研究。解释结构模型是通过梳理将复杂且具有强烈耦合关系的系统分解为多个子系统，然后通过对子系统内部各影响因素之间的联系性进行分析，得出影响因素之间的关联关系并利用有向图来揭示系统的结构。解释结构模型建立过程如图1所示，具体分为以下五个步骤。

图1 解释结构模型建立过程

1）确定要素集与意识模型

依据新型电力系统所涉及的专业知识和实际运行约束条件，对新型电力系统的影响因素展开分析，将其分解为多个子系统，根据子系统生成影响要素集，构建新型电力系统的意识模型。

2）建立邻接矩阵

通过对各子系统中影响因素之间的关联关系进行分析，构建相应的邻接矩阵=(a)。邻接矩阵的元素a定义为

式中，≠，且,=1, 2,…,，为影响因素的个数。

3）建立可达矩阵

利用推移论的规律与特性，对邻接矩阵进行计算，得到可达矩阵，计算公式为

式中，为单位矩阵。该计算方法将矩阵与相加后进行同矩阵相乘，直至乘积矩阵保持不变，此时乘积矩阵为可达矩阵。

4）构造结构层次图

采用规范方法与实用方法，利用步骤3）所求出的可达矩阵，建立结构层次图，观察整个新型电力系统影响因素之间对应的层次关系。

5）构建解释结构模型

根据相关理论知识和实践经验，分析结构层次图从而得到解释结构模型。比较解释结构模型和现有经验意识模型，如有严重不符则返回步骤1）对相关因素及其影响关系进行修正。

2 新型电力系统影响因素解释结构模型

新型电力系统通过多类型能源之间的互相转化与补充，实现多系统间的协调配合，从而提高综合能源系统的有效性、灵活性和安全性。因此，在新型电力系统规划构建过程中应综合考虑对新型电力系统的供电可靠性、电能质量、经济效益、负荷种类等有直接或间接影响的因素，形成如图2所示的影响因素知识模型。

本文研究的对象是新型电力系统，记为因素0；通过图2所示的知识模型，确定能源、环境、用户、产业为新型电力系统的主要影响因素集。影响因素集中主要包括清洁能源种类、能源总利用效率、气候类型、日照时间及光照强度、负荷特性曲线、各类产业比例结构等14个主要影响因素，分别记为因素1～14。另外，系统的供电可靠性记为因素15，系统的电能质量记为因素16，系统的经济效益记为因素17，系统的负荷大小记为因素18。

图2 新型电力系统影响因素知识模型

新型电力系统发展过程中，供电可靠性、电能质量、经济效益及负荷大小是衡量新型电力系统优劣的标准，直接受新型电力系统影响。此外清洁能源种类及分布与所处地区日照、产业规模直接相关，因此将日照时间及光照强度6与产业产值13作为清洁能源种类及分布1的直接影响因素，依此类推，最终确定19个因素之间的相互关系见表1。

表1 新型电力系统影响因素之间的相互关系

根据表1所列新型电力系统影响因素之间的关联关系，构建邻接矩阵，利用式（2）、式（3）对邻接矩阵进行计算，得出的可达矩阵见表2。

表2 可达矩阵M

从表2可以发现，新型电力系统的所有影响因素一共可以划分为7个层次，所有的影响因素都通过不同的角度对新型电力系统产生影响。其中，每一层影响因素只对上层影响因素有直接影响，而对下层影响因素没有直接影响。

根据可达矩阵，运用解释结构模型的规范法与实用法建立新型电力系统结构层次图，如图3所示。

图3 新型电力系统结构层次图

从图3可以发现，以新型电力系统为核心，所有的影响因素交叉影响，最终构成了一个密不可分的系统。因此在新型电力系统构建过程中必须把这些影响因素看做一个整体，并制定全面的系统构建计划，才能保证系统的成功构建。

在图3中，日照时间及光照强度（因素6）、气候类型（因素8）、常住人口总量及人口构成百分比（因素10）等影响因素处于最低层，只对其他影响因素产生影响而不会受到其他因素的影响，将其称为新型电力系统的输入，它们是新型电力系统构建的基础。因此，为了保证所构建新型电力系统的真实有效性，需要对用户与环境因素进行系统的分析与研究。

根据图3所示新型电力系统结构层次图，确立相应的新型电力系统解释结构模型，利用层次分析法或古林法对影响因素进行量化，并以此为基础建立新型电力系统影响因素结构数学模型，为我国新型电力系统的构建提供参考。

3 结论

本文分析新型电力系统的影响因素并总结了影响因素集，利用系统分析方法构建了一种适用于新型电力系统影响因素分析的解释结构模型，得到了层次清晰、脉络清楚的新型电力系统影响因素结构模型，为后期新型电力系统的定量分析提供理论基础。此外，对于新型电力系统而言，能源、环境、产业、用户等诸多影响因素互相影响形成一个整体，在新型电力系统构建过程中必须充分考虑它们之间的内在关联，从而保证新型电力系统构建的有效性与实用性。

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Analysis on influencing factors of new power system

DING Jun1WANG Xinyi2SHAO Yenan1ZHOU Kai1ZHANG Shaowen3

(1. State Grid Suzhou Power Supply Company, Suzhou, Jiangsu 215000;2. Jiangsu Electric Power Design Institute Co., Ltd, Nanjing 211102;3. College of Electric Power Engineering, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167)

With the continuous advancement of energy structure transformation, building a new power system with new energy as the main body is the inevitable trend of power grid development. However, for the new power system, due to the complexity of its composition, there must be a complex and strong coupling relationship between its influencing factors. Therefore, this paper studies the relationship and hierarchy of the influencing factors of the new power system. Firstly, the characteristics of the new power system are analyzed. On this basis, the influencing factor set and consciousness model of the new power system are summarized. Secondly, the reachability matrix is obtained by using the calculation method of the transition theory, and the structural hierarchy diagram is drawn through the reachability matrix. Finally, the interpretation structure model of the influencing factors of the new power system is constructed. The model can not only directly reflect the hierarchical structure between influencing factors, but also directly serve as the hierarchical structure model for later quantitative analysis, which provides a new idea and method for the analysis of influencing factors of new power system, but also provides a reference for the construction of new power system in China.

new power system; influencing factors set; consciousness model; reachability matrix; interpretive structural model

2021-11-18

2021-12-10

丁 俊（1987—），男，硕士，工程师，研究方向为电力工程技术。