分布式电源并网的综合评价

柳 睿，杨镜非，程浩忠，顾 洁，陈 彬，张功林

（1.上海交通大学电气工程系，电力传输与功率变换控制教育部重点实验室，上海200240；2.福建省电力有限公司电力科学研究院，福建3500071）

随着环境保护压力日益突出以及传统电力系统的有所不足，越来越多的分布式电源（distributed generation，DG）并入电网。分布式电源通常是指发电功率在几十千瓦到几十兆瓦的小型模块化、分散式、布置在用户附近的高效、可靠的发电单元[1]。采用分布式发电技术，能够缓解能源矛盾，延缓电网更新换代的速度，同时能够充分利用可再生能源，向用户提供清洁的电力，是实现节能减排的重要举措。

分布式电源因其容量较小，通常并入配电网运行，分布式电源的并入改变了原来配电网的结构，使传统配电网由单电源放射状网络变为双端甚至多端电源网络[2]。传统配电网是一个放射状结构的无源网络，潮流是单向流动的，接入分布式电源后，其注入的有功功率和无功功率改变了配电网潮流大小及流向[3]，有可能造成配电网电压越限、网损增大、可靠性降低等等情况。总之，如何正确评价分布式电源并入电网后对电网的影响是分布式电源进一步发展的必备条件。

文献[4]从DG对系统网损、可靠性、电压质量、环境、延缓更新五个方面对DG并网对系统影响进行了评估。文献[5]提出了分布式发电环境效益定量化指标，建立了考虑环保效益的电量成本计算模型。

现有文献对DG并网对电网影响的评价不够全面。本文主要从经济性、可靠性和安全性三个大的方面来对分布式电源并网进行综合评价，提出了一系列的指标。它可以评价分布式电源并网后带来的综合效益，也可以作为不同分布式电源并网或同一分布式电源在不同模式下并网的技术经济比较体系。然后采用效用函数将指标值模糊化，得到其效用值，同时采用AHP算出各指标的权重，最后通过归一化，加权求和得到最终综合评价结果。

1 综合评价指标体系的构建

1.1 经济性评价指标

分布式电源通常利用可再生能源发电，其能源成本不同，发电设施通常也有很大差别以及运行维护成本的不同造成其发电成本与传统能源发电成本有较大差别；其次，分布式电源并入电网后，其注入的有功功率和无功功率改变了无源配电网的潮流流向，随之会引起网损的变化；最后分布式电源通常以清洁能源和可再生能源为发电原料，能够减少二氧化碳、一氧化碳、硫化物和氮化物等有害气体的排放，带来了巨大的环境效益。

因此，本文采用以下几个指标考查分布式电源并网的经济性。

（1）DG单位发电量成本为

（2）DG单位发电量年生产维护费为

（3）系统平均线损率为

（4）系统线损改善程度为

（5）单位发电量污染物排放治理减少费用为

（6）停电经济损失变化率为

1.2 可靠性评价指标

随着大量DG接入配电网，给传统配电网可靠性的分析带来了变化。在传统的配电网可靠性评估中，配电网馈线由单一电源点供电，是典型的放射式供电方式。任何一条馈线上发生故障，将导致馈线后面的负荷全部停电。但是，随着DG接入配电网使其供电结构发生变化，配电网从一个放射状网络变为一个遍布电源与用户互联的网络[6-8]，可靠性分析计算的模型和方法发生了变化。同时并入电网的DG自身也会对系统的可靠性产生影响。

孤岛是配电网中引入DG技术以后新出现的一种运行方式——孤岛运行。孤岛分计划孤岛和非计划孤岛，非计划孤岛，可能会对系统、用户设备、维修人员等带来危害，还可能出现电力供需不平衡，从而降低配电网的供电可靠性；而对于计划孤岛，则可以在配电网发生故障时与配电网断开，而对孤岛内的重要负荷继续供电，从而提高了孤岛内负荷的供电可靠性。

本文采用以下几个指标考查分布式电源并网的可靠性。

（1）系统平均停电频率为

（2）用户平均停电频率为

（3）系统平均停电持续时间为

（4）用户平均停电持续时间为

（5）平均供电可用率为

（6）平均系统缺电指标为

（7）系统电量不足变化率为

1.3 安全性评价指标

DG作为一个电源，当电网故障时，会向故障点注入短路电流，当分布式电源容量过大时，可能会使过流保护不能正确动作于短路故障。DG并入电网会对母线和负荷节点的电压有一定提升作用，当DG的容量过大可能会使电压越限。同时，DG并网能够分担一部分负荷，缓解了电网改造和升级的压力[9]。同时有些DG能够提供一部分无功，缓解了变电站无功调节裕度，从而对保障母线电压稳定起到一定作用。

本文采用以下几个指标考查分布式电源并网的安全性。

（1）短路容量为

（2）母线电压合格率为

（3）线路负荷节点电压合格率为

（4）负荷节点电压改善程度为

（5）负荷节点电压平均偏移率为

（6）母线负载裕度变化率为

（7）母线电压稳定裕度变化率为

2 采用AHP对各指标赋权

AHP是评估中分析复杂问题建立评价体系的关键技术，它的核心思想是通过建立清晰的层次结构来分解复杂问题，并在许多领域有了广泛的应用[10]。本文中建立的层次结构如图1所示，分目标层、子目标层和指标层。

建立上述层次结构后，可采用两两比较或专家打分确定每层间各指标的权重。最后逐层向上计算得到各层指标的权重，计算公式为

图1 分布式电源并网综合评价层次结构Fig.1 Hierarchy of comprehensive evaluation of grid-connected distributed generation

3 评估方案指标体系的模糊化

由于不同指标的量纲、数量级、评价标准等不同，因此不可能直接利用初始属性指标进行比较。必须要将各指标模糊化，消除各指标之间的不可公度量性，化为统一无量纲的指标，然后进行综合比较。本文采用效用变换法求取各指标的效用函数将各指标模糊化。效用变换即利用指标对决策者效用的大小将其变换到区间[0，1]上，0代表决策者对此时的指标值最不满意，1表示决策者对此时的指标值最满意。

通常的做法是先将将指标分类。通常可分为效益型指标、成本型指标、固定型指标、区间型指标、偏离型指标和偏离区间型指标等六种。

效益型指标是指属性指标值越大越好的指标；成本型指标是指属性指标值越小越好的指标；固定型指标是指属性指标值稳定在某个值最好的指标；区间型指标是指属性指标值落在某个区间内最好的指标；偏离型指标是指属性指标值越偏离某个值越好的指标；偏离区间型指标是指属性指标值越偏离某个区间越好的指标[11]。

各种指标形式对应不同的通用函数式，然后根据各个指标变化趋势的特性，求出其函数参数，从而得到各指标的效用函数。然后可计算出各指标的效用值。

4 模糊综合评价

利用权重因子和各属性的效用值，经过计算可求得方案的总评价得分，即

式中：S表示某方案总评价得分；n表示选择的评价属性总数；Wi为该方案评价属性权重；Ui为该方案评价属性的效用值；M为基准值。

5 算例分析

5.1 算例描述

图2 33节点配电网系统结构Fig.2 Structure of 33 nodes distribution system

表1 线路阻抗和负荷数据Tab.1 Line impedances and loads date

本文采用福建某地区配电网结构和相应参数。以此为例进行分析，考查不同类型、不同容量的分布式电源接入不同位置对电网的影响。配电网系统结构见图2，阻抗参数及负荷参数如表1所示。33节点配电系统网络额定电压选10.0 kV。其中0点为电源点，电压幅值为10.6 kV，相角为0°，算例中有4条分支线，最长分支线0～17线长约10 km。该网络为架空单放射网络。主干线路故障率取0.05次/（a·km），主干线路故障平均修复时间取4.0 h/次。DG类型及参数见表2。DG故障率取5次/a。DG故障平均修复时间取50 h/次。负荷点用户数按每户4 kW折算。DG并网方案见表3。

表2 分布式电源出力及类型Tab.2 Output power and type of DGs

表3 分布式电源并网方案Tab.3 DGs grid-connected solutions

考察各方案中DG并入配电网对配电网的影响，考查指标根据实际的需要选择有代表性的指标进行考查，本案例选择表5所示的指标进行考察。

5.2 计算结果及分析

通过潮流计算结果（表 4）和算式（1）～式（20）得到各指标的计算结果如表5所示。通过AHP分析得到上述考察指标的权重为

将各方案指标计算值模糊化得到各指标的效用值如表6所示。

表4 不同情况下节点电压计算值Tab.4 Nodal voltages under different conditionskV

表5 评价指标计算值Tab.5 Calculation values of evaluation indices

表6 评价指标效用值Tab.6 Utility values of evaluation indices

由各方案的权重和各方案指标的效用值，再由式27可得各方案的综合评估得分如表7所示，本案例中M取1，则综合评估值最大值为100，最小值为0。

表7 不同方案综合评估值Tab.7 Comprehensive evaluated values of different solutions

由表7可看出，方案3得分最高，方案2其次，说明方案3相对是最好的，方案2其次。再结合表4可以得到在未接分布式电源时，算例中各节点电压全部在安全范围内，接入DG后，各节点电压也没有出现越限，同一DG接在末端时其综合效益相对要好于接在中间，两个DG都接要好过只在其中一个位置接一个DG。

6 结语

针对当前越来越多的分布式电源并网，提出一套全面的综合评估体系。该体系考虑了经济性、可靠性和安全性三个方面；给出了每个指标的计算方法，能够定量计算每个指标；可采用效用分析将值模糊化为无量纲的值，再通过AHP求得的每个指标的值即可加权得到综合评估值。案例验证了本文提出的综合评估方法对同一分布式电源在不同点并网以及两个分布式电源并网进行了技术经济评估，给出合理的评估值，评估结果可供规划或运行人员参考。

[1]王志群，朱守真，周双喜，等（Wang Zhiqun，Zhu Shouzhen，Zhou Shuangxi，et al）.分布式发电对配电网电压分布的影响（Impacts of distributed generation on distribution system voltage profile）[J].电力系统自动化（Automation of Electric Power Systems），2004，28 （16）：56-60.

[2]AckermannT，AnderssonG，SoderL.Distributedgeneration：a definition[J].Electric Power Systems Research，2001，57（3）：195-204.

[3]张勇（Zhang Yong）.分布式发电对电网继电保护的影响综述（Review of impact of distributed generation on distribution system protection）[J].电力系统及其自动化学报（Proceedings of the CSU-EPSA），2010，22（2）：145-151.

[4]张立梅，唐巍，赵云军，等（Zhang Limei，Tang Wei，Zhao Yunjun，et al）.分布式发电对配电网影响的综合评估（The integrated evaluation of impact of distributed generation on distribution network）[J].电力系统保护与控制（Power System Protection and Control），2010，38（21）：132-135，140.

[5]钱科军，袁越，石晓丹，等（Qian Kejun，Yuan Yue，Shi Xiaodan，et al）.分布式发电的环境效益分析（Environmental benefits analysis of distributed generation）[J].中国电机工程学报（Proceedings of the CSEE），2008，28（29）：11-15.

[6]Archer B A，Davies J B.System islanding considerations for improving power system restoration at Manitoba Hydro[C]//IEEE Canadian Conference on Electrical and Computing Engineering.Winnipeg，Canada：2002.

[7]刘传铨，张焰（Liu Chuanquan，Zhang Yan）.计及分布式电源的配电网供电可靠性（Distribution network reliability considering distribution generation）[J].电力系统自动化（Automation of Electric Power Systems），2007，31（22）：46-49.

[8]王建，李兴源，邱晓燕（Wang Jian，Li Xingyuan，Qiu Xiaoyan）.含有分布式发电装置的电力系统研究综述（Power system research on distributed generation penetration）[J].电力系统自动化（Automation of Electric Power Systems），2005，29（24）：90-97.

[9]王敏，丁明（Wang Min，Ding Ming）.含分布式电源的配电系统规划（Distribution network planning including distributed generation）[J].电力系统及其自动化学报（Proceedings of the CSU-EPSA），2004，16（6）：5-8，23.

[10]肖竣，王成山，周敏（Xiao Jun，Wang Chengshan，Zhou min）.基于区间层次分析法的城市电网规划综合评判决策（An IAHP-based MADM method in urban power system planning）[J].中国电机工程学报（Proceedings of the CSEE），2004，24（4）：50-57.

[11]孔峰.模糊多属性决策理论、方法及其应用[M].北京：中国农业科学技术出版社，2008.