中低压配电网综合效益评估方法研究.pdf
中低压配电网综合效益评估方法研究秦子健1,石季英1,魏文辉2,林济铿3,张新伦1,武琳21. 天津大学 智能电网教育部重点实验室,天津 300072;2. 北京科东电力控制系统有限责任公司,北京 100192;3. 同济大学 电子与信息工程学院电力系,上海 201804摘 要现有配电网仍以交流配电为主,未能涵盖交流、直流及交直流混合3种类型的配电形式,并且对配电网综合效益的评估方法主观性较强。提出一套中低压配电网的综合效益评估体系。该指标体系分为技术性、经济性、适应性、社会性及环保性5个方面,每一方面包含多个具体的指标。对于典型交流、直流和交直流混合的配电方式,采用一种基于模糊熵权的综合评价方法,实现综合效益评估。通过算例分析,对所提出的方法进行了验证。关键词中低压配电网;交直流混合配电形式;评价指标体系;模糊熵权评估方法;综合效益中图分类号 TM72 文献标志码 A DOI 10.11930/j.issn.1004-9649.2018050550 引言随着电力电子技术的不断发展,相比于纯交流配电网,直流供电在许多方面具有一定的优势,比如,它具有电能质量高、传输容量大、可靠性高、系统结构简单、经济性和电能损耗低等优点[1-3]。配电网的供电模式除了传统的交流供电之外,又相继出现了直流配电网以及交直流混合配电网模式。如何根据负荷的性质及结构特点,从中选择出综合效益最优的供电模式,对配电网的建设及运行具有重要意义。直流供电系统及交直流混合供电系统相对于比较成熟的交流供电系统尚处于起步阶段[4],近年来逐渐受到工业界及研究者的重视。文献[1]建立了直流配电网中关键设备可靠性模型,并与交流配电网进行了对比。文献[5]从经济角度对比了分析交流配电网和直流配电网相对优劣。文献[6]对直流配电网环状和两端拓扑结构的可行性进行了探讨,对分布式能源和储能装置并入交流配电网和直流配电网进行了对比分析,与交流配电网相比,直流配电网可以有效节省变换器和滤波装置。文献[7]提出了基于层次分析法的城市交流配电网的综合评价体系,其目的是分析及揭示当前交流配电网的薄弱环节,以便于进行电网改造。在交直流配网稳定性控制方面,文献[8]提出一种混合交直流智能配电网,具有直流和交流配电网的共同优点,该网络考虑了风力发电等分布式电源和不同容量的可控负荷,直流母线电压通过下垂控制维持稳定。文献[9]从经济运行和终端用户稳定性的角度,对比分析了微型配电网的各种拓扑结构,并对直流和交流微型配电网进行对比分析。文献[10]对直流配电电压等级及国内外近年来直流配电典型供电方式和应用场景进行了研究。文献[11]对交直流混合灵活配电系统中新型全可控柔性化配电装备的系统结构进行了研究,提出多种主电路拓扑结构和控制策略。与上述研究不同,本文在配电网供电模式综合效益的评估方面进行了研究,包括指标体系建立、典型配电拓扑构建、评估方法研究三部分。首先从技术性、经济性、适应性、社会性及环保性五个方面分别建立评估指标,构成综合效益评估指标体系;进而基于PSCAD仿真平台构建本文设计的供电网络,实现相应指标的计算;然后采用一种基于模糊熵权的综合评价方法,实现不同供电模式的相对优劣排序。算例验证了本文方法的有效性。收稿日期2018−05−10; 修回日期2018−12−13。基金项目国家电网公司总部科技项目SGSHJY00BGJS1400221。第 52 卷 第 8 期中国电力Vol. 52, No. 82019 年 8 月ELECTRIC POWER Aug. 2019341 典型配电网拓扑类型典型的配网负荷可以根据其负荷性质划分为5类中压的直流负荷和交流负荷,低压的A、B及C类负荷[5]。其中,中压直流负荷为对电能质量要求较高的工业负荷,中压交流负荷为普通工业负荷;低压网中,A类负荷为直流负荷(如计算机、冰箱等),B类负荷是交流负荷(如交流电机等),C类负荷是纯电阻性负荷(如白炽灯)。对于上述5类负荷,本文设计了5种典型供电网络结构,如图15所示。放射状交流配电网为常用的供电模式,如图1所示。对于直流负荷需经AC/DC变换器[10-11]整流之后对其供电。光伏发电和储能装置等直流电源经DC/AC变换器并网,存在转换效率问题;风力发电等交流电源经背靠背的机/网变换器(AC/AC)直接并网,最大程度提高风电利用率;交流中压/低压母线通过变压器联接。整体而言,其网络结构简单,建设成本低,但供电可靠性相对较低。图2所示为放射状直流配电网,其中所有直流负荷均采用直流供电,对于交流负荷经DC/AC变换器进行供电。光伏发电和储能装置等直流电源直接并网[12],可节省大量逆变器,而风力发电等交流电源通过AC/DC并网;中压/低压直流母线通过直流变压器[13]联接,网络传输容量较大,网络损耗较小。图3所示为放射状交直流混合配电网。直流负荷、光伏发电和储能装置等直流电源直接接入直流网络;交流负荷、风力发电等交流电源接入交流网络。该网络可避免整流和逆变产生的能量转换损耗及电力变换控制的复杂性。放射状交直流混合配电网的结构简单,但其建设成本相对较高,可靠性一般。图4所示为两端供电的交直流混合配电网。直流负荷、光伏发电和储能装置等直流电源直接接入直流回路,交流负荷、风力发电等交流电源接入交流回路。与放射状交直流网络相比,两端供电模式具有双向电源,通常具有较高的供电可靠性及较高的建设成本。图5所示为环状交直流混合配电网。其中负低压B类负荷中压交流负荷1中压交流负荷2风力发电DCDC风力发电光伏发电光伏发电AC/AC DC/AC DC/AC储能AC 10 kV AC/DCAC 380 V中压直流负荷1中压直流负荷2AC/DC AC/AC DC/AC低压A类负荷低压C类负荷 图 1 放射状交流配电网Fig. 1 AC distribution network with a radial topology中压交流负荷1中压交流负荷2中压直流负荷1光伏发电储能风力发电电力变换器风力发电中压交流负荷3DC/ACDCAC 10 kVAC/DCDC/DC DC/DC中压直流负荷2AC 380 VDC/ACDC/DCDC AC/AC DC/DC低压C类负荷光伏发电低压B类负荷低压A类负荷 图 2 放射状直流配电网Fig. 2 DC distribution network with a radial topology风力发电DC光伏发电储能风力发电光伏发电AC/ACAC中压交流负荷1中压交流负荷2AC 380 VAC10 kVAC/AC低压B类负荷低压C类负荷AC/DCDC/DC DC/DC工业直流负荷2工业直流负荷1AC/DC DC 380 V DC/DC低压C类负荷低压A类负荷 图 3 放射状交直流混合配电网Fig. 3 AC-DC distribution network with a radial topology第 8 期 秦子健等中低压配电网综合效益评估方法研究35荷与分布式电源的接入方式均与两端供电方式相同。与两端供电网络相比,环状网络供电的直流网络部分为环状结构且环状运行,交流部分为环状结构但开环运行,故可进一步提高可靠性,但建设成本也较高。2 交直流混合配电网评估指标体系为了评估上述典型配电网结构的综合效益,本文从技术性、经济性、适应性、社会性及环保性五个方面构建指标,每类指标又包括数个具体指标。指标体系的构建在参考供电可靠性、安全性、电能质量、经济性等指标的基础上,根据交直流混合配电的特点进行了改进,并考虑了直流网络元件、新能源并网、分布式电源等因素的影响。2.1 技术性评估指标2.1.1 电能质量评估指标配网易受负荷投退影响,导致电压越限,特别是电压波动、暂降和畸变等,因此本文从这几个方面评估配网电能质量。(1)网络谐波电流含量比率。Ia网络谐波电流含量比率用各节点谐波电流含量比率的最大值反映,如式(1)Ia max1≤i≤NIh;iI1;i max1≤i≤N0BBBBBBBvt 1∑k2I2k;i/I1;i1CCCCCCCA(1)I1;i Ih;iiI1;i Ih;i iIk;i式中N表示网络节点数;对于交流网络,、分别为第个节点的基波电流有效值和总谐波电流有效值;对于直流网络,、分别为第个节点的直流电流值和总谐波电流值;为各次谐波电流值。(2)网络电压畸变率。V配电网络电压畸变率以不同节点电压畸变率的最大值来计算,如式(2)V max1≤i≤NvutU2i;2U2i;3U2i;4 U2i;nU2i;1 100(2)Ui;2;Ui;3; ;Ui;n iUi;1 i式中表示节点的各次谐波电压;为节点的基波电压分量(交流网络)或直流电压分量(直流网络)。(3)网络电压暂降幅度。∆U网络电压暂降幅度以网络中各节点的电压暂降幅度的最大值来计算,如式(3)∆U max1≤i≤NUi zUi e100(3)Ui z Ui e iUi z Ui e i式中对于交流网络,、分别为节点的暂降电压有效值和额定电压有效值;对于直流网络,、分别为节点的暂降电压值和额定电压值。(4)网络电压偏离度。Vd网络电压偏离度定义为网络中各节点电压偏离度的最大值[14],计算如式(4)中压交流负荷1中压交流负荷2风力发电低压B类负荷风力发电DC工业直流负荷1工业直流负荷2光伏发电储能光伏发电DC中压交流负荷3AC/ACAC 380 V AC/ACAC 10 kV低压C类负荷AC 380 VAC 10 kVAC/DC AC/DCDC/DC DC/DCAC/DCDC 380 V DC 380 VDC/DCDC/AC低压A类负荷低压C类负荷 图 4 双端供电的交直流混合配电网Fig. 4 AC-DC distribution network with a double-endpower supply topology中压交流负荷1中压交流负荷2风力发电低压B类负荷1风力发电低压C类负荷DC工业直流负荷1工业直流负荷2光伏发电DC储能DC/DCDC中压交流负荷3低压B类负荷2AC 380 VAC/ACAC/ACAC 380 V AC 380 VAC 10 kV AC 10 kVDC/ACDC/ACDC/DCDCAC/DCAC/DC低压C类负荷光伏发电低压A类负荷AC 380 VAC 380 VAC 380 VDC/DCAC/DCAC/DCDC/ACDC/AC图 5 环状交直流混合配电网Fig. 5 AC-DC distribution network with a ring topology中国电力第 52 卷36Vd max1≤i≤NUi e Ui ldUi e 100(4)Ui e Ui ld i式中、分别为节点的额定电压和实际电压。(5)网络电压暂降频次。ZF网络电压暂降频次定义为一定时间内电压暂降的次数。其数值越高则对敏感负荷的影响程度越高,用户满意度越差[15-17]。计算如式(5)ZF Nl∑l1“Ll(5)“Ll lNl式中、分别为第条线路的故障率和该线路处于不满意区域的长度,为网络的线路条数。2.1.2 供电可靠性评估指标供电可靠性指标有许多不同的定义及其指标。本文选取了以下4个重要指标[13](1)系统平均故障停电频率SAIFI,(2)系统平均停电持续时间SAIDI,(3)供电可靠率ASAI,(4)用户平均停电持续时间CAIDI。2.1.3 供电安全性评估指标对于交直流混合配电,线路过载,特别是电力变换器退出,将对直流负荷和系统安全稳定运行造成不同程度的影响。因此,从过载率和“N–1”可转供率方面定义指标,以反映网络供电安全性。(1)网络线路过载率。idL;i网络中某电压等级线路的实际传输容量大于额定传输容量,则发生线路过载现象。线路过载率按式(6)定义dL;i SL;i SL N(6)SL;i SL N i式中、分别为线路实际和额定传输容量;为小于1的折算系数,例如0.7,表示超过额定传输容量的70则线路过载。定义函数如式(7)fdL;i{0 dL;i 1≤01 dL;i 1>0(7)fdL;i fdL;idL式中0表示线路未过载;1表示线路过载。网络线路过载率按式(8)定义dL 1NlNl∑i1fdL;i(8)(2)“N–1”可转供率。“N–1”可转供率指配电网在失去1个元件(线路或变换器)时的故障校验通过率。定义函数如式(9)fPc;i;Pt;1Pt;2 Pt;nc81 Pc;i nc∑j1Pt;j≤00 Pc;i nc∑j1Pt;j>0(9)Pc;i iPt;1Pt;2 Pt;ncfPc;i;Pt;1Pt;2 Pt;ncN 1式中为第个电力变换器退出运行时所需转供负荷大小;为网络内其他电力变换器所能承接的最大负荷之和;若1,则认为该电力变换器通过校验。系统在失去1个元件时的故障校验通过率按式(10)定义N 1 1ncnc∑j1fPc;i;Pt;1Pt;2 Pt;nc(10)式中nc为网络中电力变换器个数。2.2 经济性评估指标交直流混合配电目前尚处于研究示范阶段,需对其建设投入和运行经济效益进行仿真与评估,而系统线损、供电能力、传输效率及设备利用率等可反映电网运行情况[18]。设备投资,特别是电力变换器投资,对投资效益影响较大。2.2.1 运行经济性评估指标该类指标表示在保证电网运行安全和满足用户供电需求的基础上,通过调整电网运行方式,降低网络损耗,提高设备利用效率,以获得最大的经济效益。(1)网络平均线损率。nli ∆Pi Pr;iravg设电网中主干线条数为,一定时间段内,线路的功率损耗为,线路出口潮流有功为,则网络平均线损率按式(11)计算ravg 1nlnl∑i1∆PiPr;i(11)(2)网络传输效率。P LP S网络传输效率定义为负荷消耗功率占电源输出功率的比值,如式(12) P LPS(12)(3)最大供电收益能力。PAmax最大供电收益能力指配电系统以最大供第 8 期 秦子健等中低压配电网综合效益评估方法研究37电能力持续供电情况下单位时间内能够产生的最大售电收益。该指标反映配电系统固有的潜在经济效益(万元/小时)[19],计算如式(13)PAmax SA Tpavgs pavgmcosφ(13)SA cosφpavgs pavgm式中为系统最大供电能力;为系统功率因数,交流网络可取0.95,直流网络取1.0;为网络传输效率;为平均销售电价;为平均购电电价;T为8 760 h。(4)设备折旧费用设备折旧费用D按式(14)计算DCLE∑i1Di(14)CLE Di i式中为设备类别数;为第类设备的年折旧费用,如式(15)Di SB;i zC;i(15)SB;i zC;i izC;i 1 iNY i NY i式中、分别为第类设备的初期投资和年折旧率;,、分别为第类设备的净残值率和折旧年限。固定资产的折旧参数可参考文献[19]。2.2.2 建设经济性评估指标(1)设备投资成本。CE设备投资主要包括交、直流线路,变压器[16-17],断路器,刀闸及电力变换器投资等[20]。设备投资成本按式(16)定义CE CLE∑i1MiJi(16)Mi Ji i CLE式中、分别为第种设备的台数和单价;为交流、直流或混合网络建设所需设备类型总数。(2)单位投资所供电量。Wu单位投资所供电量用于表征电网单位投资所带来的供电量大小,如式(17)Wu WCE(17)W式中为电网所供区内的负荷预测量[20]。(3)单位投资持续供电时间。tE单位投资持续供电时间反映新增或检修设备的投资对可靠性的提升度,新增或检修设备均能降低相应设备的故障率,因此该指标数值越大,对提高配电网供电可靠性的贡献度就越大。此指标对于提高放射状配电网有显著影响,计算如式(18)tE min1≤i≤NET ASAIiCR;i(18)iCR;i i式中,ASAIi表示新增或维护第类设备后配电网的供电可靠率;表示新增或检修第类设备的投资,计算如式(19)CR;i imiNAM;i(19)NAM;i i imi ii mi式中为新增或检修的第类设备台数;、分别为第类设备的单位购置和检修费用。当设备更新时0,当设备维修时0。(4)单位投资最大预期售电量。EPEP单位投资最大预期售电量反映在单位投资下,配电网一年内可以提供给用户的最大电量,该指标的值越大,单位投资对的贡献度越高,计算如式(20)EP EmaxCall(20)CallCall CECLE∑i1CR;iEmax式中为电网总投资,;为电网最大预期售电量[19],如式(21)Emax T ASAI NU∑i1PU;i(21)PU;i T i NU式中为时段内第用户所接受的功率;为用户数。2.3 适应性评估指标配电方案选择以负荷预测为基础[21],负荷预测的不确定性要求电网应该为后续发展留有余地,同时,分布式电源接纳适应能力也需综合考虑,因此本文提出配网适应性评估指标。(1)供电能力裕度。s供电能力裕度按式(22)定义s SA PrdcosφSA(22)SA Prdcosφ式中为电网供电能力;为电网实际所带负荷;为系统功率因数。(2)用户侧分布式电源发电量比率。φDG用户侧分布式电源发电量比率表示分布式电源发电量占用户负荷用电量的比例,计算如式(23)φDG WDGWLoad(23)WDGWLoad式中为分布式电源供给用户负荷的电量;为用户负荷用电量。(3)分布式电源最大可接纳能力裕度。KDG分布式电源最大可接纳能力裕度用来反中国电力第 52 卷38映交直流混合配电网适应分布式电源增长的能力,计算如式(24)KDG SDGSM load(24)SDGSM load式中为交直流混合配电网络对分布式电源的最大可接纳容量,可通过不断增加分布式电源接入容量,直至配电网络的供电可靠性和电能质量任一指标超过规定值,将此时的分布式电源接入容量作为网络的分布式电源最大可接纳能力;为未接入分布式电源时网络最大供电能力。2.4 社会性评估指标(1)分布式电源并网设备费用节省率。FDG由于采用交直流混合方式配电,光伏、储能、风电等可以直接接入直流母线,省掉逆变设备,因此产生分布式电源并网设备的费用节省效益。分布式电源并网设备费用节省率,计算如式(25)FDG CAC DG CH DGCAC DG(25)CAC DG CH DG式中、分别表示用户侧采用纯交流和交直流混合供电时配电网络中分布式电源投资成本总和。(2)网络损耗节能比率。由于采用交直流混合供电网络,相较纯交流供电网络所能节省的网络电能损耗比率。网络损耗节能比率的计算如式(26)∆PAC ∆PAC DC∆PAC(26)∆PAC ∆PAC DC式中、分别为一定负荷下交流、交直流混合配电网络的网络损耗。2.5 环保性评估指标(1)二氧化碳减排量。ACO2二氧化碳减排量按式(27)计算。ACO2 kb∆W CO2(27)CO2∆W式中为CO2减排系数,一般取值为2.092.26;k为标准煤折发电煤的折合系数;b为发电煤耗;指规划或运行阶段的避免电量。(2)二氧化硫减排量。ASO2二氧化硫减排量按式(28)计算ASO2 kb∆W SO2(28)SO2式中为SO2减排系数,一般取值为0.0170.02。3 交直流混合供电配电网评估方法本文采用模糊熵权评价方法对交直流混合配网进行评估,该方法可以综合客观和主观权重,且适用于多方案评估。(1)确定评价指标体系与评语集。V fv1;v2;v3;v4;v5gV在建立了指标体系的基础上,设评语集为{优,良,中,及格,差}。用于计算某一评价指标隶属于中各评语的程度。(2)构造评价矩阵及其标准化处理。根据本文所建立的评价指标体系,构造m个配电模式的评价矩阵,如式(29)C′ 266666666666664U1U2Um377777777777775266666666666664c′11 c′12 c′1nc′21 c′22 c′2nc′m1 c′m2 c′mn377777777777775(29)c′ij uij;i1;2; m; j1;2; n uij式中,为i个供电模式中第j个指标的计算数值。cij评价指标的类型包括效益型指标和成本型指标。效益型指标的数值越大越好,成本型指标的数值越小越好。对于第j个评价指标,设为其标准化后元素,标准化方法如式(30)cij 8c′ij minc′ijmaxc′ij minc′iji 2 M; j 2 Nmaxc′ij c′ijmaxc′ij minc′iji 2 M; j 2 N(30)式(30)中的第1式适用于效益型指标的标准化,第2式适用于成本型指标的标准化。经过式(30)的标准化处理,可得标准化矩阵,如式(31)C2666666664c11 c12 c1nc21 c22 c2ncm1 cm2 cmn3777777775(31)(3)评价指标的熵权和综合权重计算。各个评价指标的熵值通过式(32)计算Hj km∑i1fijln fij j1;2; n(32)k 1lnmfij cijm∑i1cij0≤Hj≤1fij 0 fijln fij 0式中;。,且规定当时,。相应地,第j个评价指标的熵权按式(33)定义j 1 Hj0BBBBBBBn n∑j1Hj1CCCCCCCA(33)0≤j≤1 n∑j1j 1n式中且。由此可得到个评价第 8 期 秦子健等中低压配电网综合效益评估方法研究39f1;2; ;ng指标的熵权重集为,即为每个指标的客观权重。pp f 1; 2; pg qq f q1; q2; qng 1≤q≤pj p∑s1s s;i j1;2; nnf 1; 2; ng各指标的主观权重是由专家根据各指标的重要性给出的。如果有位专家,每位专家的权重(权威性)为,第位专家给出的各指标的客观权重为,,则综合各专家的经验后获得的第j个指标的主观权重为。则个指标的主观权重向量为。aj根据各指标的熵权和主观权重,第j个指标的综合权重计算方法如式(34)aj j jn∑j1j j(34)03< <3 1nAfa1;a2; ;ang n∑j1aj 1式中表示第j个指标的主观权重相比其熵权的重要性系数,。在时,第j个指标的主观与客观熵权具有相同的重要性(各占50)。根据式(34),可以获得个指标的综合权重向量为,其中。(4)构造各供电模式的模糊评价矩阵。Ci fci1;ci2; cingV假设有m个供电模式需要评估,由式(31)可获得第i个供电模式的标准化指标集,其中第j个评价指标对于评语集中各评语的隶属度可通过隶属函数计算获得,本文采用的是等腰三角形隶属函数,如式(35)rijvk8cij pkqk pk pk ⩽cij≤qksk cijsk qk qk ⩽cij≤dk0(35)rijvkvk pk;qk;sk vkq1 q2 025 q3 05 q4 075q5 1 V式中表示对于第i个供电方案,其第j个评价指标对于评语的隶属度;是与对应的常量,取,,,,。为确保每个评价指标对评语集中任意四个评语均有不为零的隶属度,等腰三角形的底设定取值1.6,可得到各评语的相应隶属函数如式(36)(40)rijv1{ 125 cij 02 02≤cij≤10(36)rijv2{ 125 cij005 0≤cij≤075125 155 cij 075<cij≤1(37)rijv3{ 125 cij03 0≤cij≤05125 13 cij 05<cij≤1(38)rijv4{ 125 cij055 0≤cij≤025125 105 cij 025<cij≤1(39)rijv5{ 125 08 cij 0≤cij≤080(40)由此,可获得对应第i个供电模式的模糊评价矩阵,如式(41)Ri 2666666666664ri1v1 ri1v2 ri1v5ri2v1 ri2v2 ri2v5rinv1 rinv2 rinv53777777777775 i1;2; m(41)(5)计算各方案的综合评价隶属集。BiV第i个供电方案的综合评价隶属集,表示在评语集上各评语的隶属度,计算方法如式(42)Bi ARi fbi1;bi2;bi3;bi4;bi5g(42)A式中表示评价指标体系的综合权重集,可得式(43)bik n∑j1ajrijvk k 1;2;3;4;5(43)Bi按式(44)对进行归一化ˆbik bik5∑k1bik(44)可获得第i个供电方案的归一化模糊综合评价集,如式(45)ˆBi fˆbi1;ˆbi2;ˆbi3;ˆbi4;ˆbi5g(45)ˆbik i vk式中表示第个供电方案对于评语的隶属度。(6)各供电方案评估结果的量化及排序。VˆV fˆv1;ˆv2;ˆv3;ˆv4;ˆv5gZi 5∑k1ˆbikˆvkZi模糊熵权综合评价结果为最优供电模式的筛选提供了参考信息,可实现对m个待评价供电方案的量化得分及排序。如果赋予评价集中的每一个评语一个分值而将其量化,可得评分集。则可以计算供电方案i的综合得分,然后按照大小进行排序。中国电力第 52 卷404 算例分析算例采用本文给出的典型拓扑结构配电网(图15),基于PSCAD搭建仿真模型并进行计算。对于交流和直流配电网,本文以放射状网络为主,直流配电网采用分层母线结构[22-23]。各类负荷的电压等级及相应功率如表1所示[5],直流网络设备、交流网络设备、分布式电源的失效率分别参考文献[1]、[24]、[25],各类设备的单价及维修费用参考文献[5]。仿真模型中相关参数及所需数据的取值如表2所示。评估操作流程如图6所示。求得指标体系中各指标数值如表3所示。各个指标主观权重由专表 1 配电网络中各类负荷Table 1 Various loads in distribution network负荷类型电压等级功率/MW中压负荷交流负荷10 kVAC 2.0直流负荷±7.5 kV或±15 kV 3.0低压负荷A类±200 VDC 0.5B类220 VAC 0.4C类AC或DC 0.1表 2 配电网的电源与网络数据Table 2 Data of generation and distribution network分布式电源/MW线路长度/km线路类型线路阻抗风力发电0.2交流2.5交流1j2光伏发电0.3直流2.5直流1储能电池0.5 表 3 交直流混合仿真指标数值Table 3 The simulation index value of AC and DChybrid network指标名称全直流全交流交直流放射状交直流双端交直流环状网络谐波电流含量比率直流/ 14.50 0.00 12.84 12.70 12.70网络谐波电流含量比率交流/ 0.00 8.33 5.20 0.20 0.21网络电压畸变率/ 32 0.32 0.97 0.28 0.24网络电压暂降幅度交流/ 0.00 41.60 40.10 42.16 42.16网络电压暂降幅度直流/ 84.40 0.00 52.63 66.57 63.16网络电压偏离度交流/ 0.00 3.31 1.70 1.38 2.66网络电压偏离度直流/ 6.05 0.00 2.37 7.89 2.63网络电压暂降频次/[次·用户·年–1]12.9 13.3 11.1 10.2 8.9SAIFI/[次·用户·年–1] 0.19 0.31 0.29 0.24 0.2SAIDI/[小时·用户·年–1] 0.043 0.042 0.040 0.022 0.017ASAI 99.998 1 99.995 7 99.996 3 99.996 7 99.997 2CAIDI/[次·停电户·年–1] 4.562 4.423 4.683 3.312 2.578网络线路过载率/ 2.9 2.7 2.1 1.5 0.3电力变换器N–1故障校验通过率0.852 0.901 0.913 0.946 0.986线路N–1故障校验通过率0.902 0.921 0.934 0.957 0.991网络平均线损率0.031 0.054 0.022 0.021 0.020网络传输效率0.966 0.941 0.967 0.972 0.979最大供电收益能力/万元·小时–1 278.91 285.83 320.33 565.72 970.48设备折旧费用/万元·小时–1 87.12 23.12 88.94 167.19 326.46设备投资成本/万元901.3 592.7 1 123.5 2 111.2 4 122.5单位投资所供电量/kW·h·万元–1 110.5 121.2 132.2 149.1 172.9单位投资的持续供电时间/小时100 108 91 82 70单位投资最大预期售电量/[kW·h·年·万元–1]61.5 90.7 62.5 56.1 45.8供电能力裕度0.121 0.235 0301 0.392 0.558用户侧分布式电源发电量比率0.245 0.201 0.250 0.300 0.320分布式电源最大可接纳能力裕度0.391 0.302 0.422 0.572 0.692分布式电源并网设备费用节省率0.93 0.00 0.95 0.94 0.98网络损耗节能比率0.053 0.00 0.126 0.171 0.189CO2减排量/吨2.1 0 3.3 4.1 4.7SO2减排量/吨1.1 0 1.7 2.1 2.4收集数据及指标计算求取指标权重利用模糊熵综合评价求取各模型下各评语的隶属度计算各个模型的评分并排序求综合权重求熵权各指标求取客观权重建立配电网络模型及指标评估体系图 6 评估流程Fig. 6 The flowchart of assessment第 8 期 秦子健等中低压配电网综合效益评估方法研究41家给出,客观权重采用熵权权重,综合权重由主观权重和客观权重各占0.5加权得到,结果如表4所示。将综合权重代入三角形隶属度函数中,并根据表1数据调整直流负荷比例,可得到各供电方案的最终综合得分如表5所示。表5所示为不同直流负荷比例下各供电方案的得分。可以看出,通过本文所提出的评估方法,对不同的供电方案进行评估得分,实现各供电方案的综合效益得分的直观展现,并可根据得分,实现不同直流负荷比例下各供电方案的优劣排序对比。5 结论本文基于典型交流、直流及交直流混合配电网络,从技术性、经济性、适用性、社会性及环保性等五方面建立评价指标体系,采用模糊熵权综合评价方法,对各种配电网的综合效益进行评估,得到如下结论(1)针对本文所建立的评估指标体系,能够借助仿真模型和算法实现全部指标数值的计算。(2)本文所采用的模糊熵权评价算法,可以对不同量纲指标数值进行标准化处理,同时对多个方案进行评估,实现评价结果的优劣排序。(3)本文建立的配电网综合效益评估体系与方法能够综合评估配网效益,且在不同直流负荷比例下实现不同配网指标数值及综合效益得分对比分析。随着直流配电网中关键设备的逐渐成熟,直流配电网的建设成本将不断下降,交直流混合配电方式将存在巨大潜力和优势。应用本文的方法,可以对不同配网方案进行比较分析。参考文献曾嘉思, 徐习东, 赵宇明. 交直流配电网可靠性对比[J]. 电网技术,2014, 389 2582–2589.ZENG Jiasi, XU Xidong, ZHAO Yuming. 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Power System Technology,2014, 389 2582–2589.[1]江道灼, 郑欢. 直流配电网研究现状与展望[J]. 电力系统自动化,[2]表 4 交直流混合仿真指标权重Table 4 The simulation index weight of AC and DChybrid network指标名称主观权重客观权重综合权重网络谐波电流含量比率直流 0.056 0.061 0.059网络谐波电流含量比率交流 0.045 0.025 0.035网络电压畸变率0.034 0.019 0.027网络电压暂降幅度交流 0.039 0.124 0.082网络电压暂降幅度直流 0.045 0.038 0.042网络电压偏离度交流 0.056 0.052 0.054网络电压偏离度直流 0.034 0.028 0.031网络电压暂降频次0.022 0.024 0.023SAIFI 0.028 0.024 0.026SAIDI 0.017 0.019 0.018ASAI 0.028 0.037 0.033CAIDI 0.051 0.022 0.036网络线路过载率0.045 0.041 0.043电力变换器N–1故障校验通过率0.039 0.024 0.032线路 N–1故障校验通过率0.028 0.032 0.030网络平均线损率0.022 0.032 0.027网络传输效率0.039 0.032 0.036最大供电收益能力0.017 0.025 0.022设备折旧费用0.011 0.001 0.006设备投资成本0.045 0.025 0.035单位投资所供电量0.051 0.030 0.040单位投资的持续供电时间0.022 0.026 0.024单位投资最大预期售电量0.034 0.038 0.036供电能力裕度0.039 0.038 0.039用户侧分布式电源发电量比率0.045 0.038 0.041分布式电源最大可接纳能力裕度0.034 0.020 0.027分布式电源并网设备费用节省率0.022 0.034 0.028网络损耗节能比率0.017 0.026 0.021CO2减排量0.011 0.041 0.026SO2减排量0.022 0.021 0.022表 5 不同直流负荷比例下各供电方式评估得分Table 5 The rating of each power supply mode underdifferent DC load ratio直流负荷比例交直流环状交直流两端交直流放射状纯直流纯交流20 71.63 72.42 73.36 67.21 78.3240 74.01 75.65 73.19 73.01 74.3660 77.35 75.96 72.45 72.44 68.6880 75.31 76.33 78.36 75.63 67.18中国电力第 52 卷422012, 368 98–104.JIANG Daozhuo, ZHENG Huan. 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