含新能源藏中地区电网电能质量评估方法

李朝霞，朗琼，蒋晓艳，崔崇雨

（1.西藏农牧学院，西藏林芝 860000；2.国网西藏电力有限公司拉萨供电公司，西藏拉萨 850000）

含新能源藏中地区电网电能质量评估方法

李朝霞1，朗琼2，蒋晓艳1，崔崇雨1

（1.西藏农牧学院，西藏林芝 860000；2.国网西藏电力有限公司拉萨供电公司，西藏拉萨 850000）

随着新能源发电在藏中电网所占比例日益增加，由此带来电网电压、频率、谐波等电能质量问题突出。采用G1法确定权重，模糊方法进行多层次综合评价，按照某电压等级某条母线、某变电站、地区各变电站、整个电网的顺序进行评估，以获得地区电网电能质量的综合评估结果。得到包括技术性、可靠性及服务性3大类共9个单项指标的含新能源电能质量评估指标体系，定义指标分级标准，并对藏中局部电网进行了评估。结果表明，含新能源藏中地区电网电能质量评价结果为中等。可为含有新能源藏中电网电能质量的评估提供一定的参考价值。

藏中电网；电能质量；评估体系；综合评估

随着用户对电能质量要求的提高，许多国家都根据自身的特点制定了一系列的电能质量标准，这些标准均是针对单个指标而言，事实上电能质量是一个包括多个指标的综合体，需综合评估才能真实反映实际情况。许多学者分别采用模糊数学[1]、灰色理论[2]、概率统计[3]、分布式朴素贝叶斯分类方法[4]等对电能质量进行综合评估，存在的问题主要是针对某一电压等级电能质量进行综合评价。文献[5]提出的地区电网电能质量综合评估方法可以较好地体现整个地区电能质量状况。本文考虑在西藏藏中电网新能源所占比例较大且有大规模增加趋势的前提下，含有新能源的地区电网电能质量的综合评价问题。

1 藏中电网概况

西藏中部电网（简称藏中电网）包括拉萨地区、林芝地区、日喀则地区、山南地区和那曲地区共5个供电分区，通过青藏直流使藏中电网与青海电网相连。藏中电网以拉萨地区电网为中心，林芝、日喀则、那曲和山南电网呈辐射状与其连接，拉萨地区电网自2011年底已经形成220 kV/110 kV双环网运行。林芝地区电网通过老虎嘴—曲哥220 kV单联络线与藏中主网相连，日喀则地区电网通过多林—乃琼220 kV单回线和江孜—羊湖110 kV单回线路与主网连接，山南和那曲地区电网则分别通过2条110 kV单回线路接入拉萨地区电网。同时，2015年底藏中电网已并网运行的光伏电站容量共计160 MW，占全网总装机的11%。

目前，青藏直流的投运、光伏并网发电使藏中电网主要存在以下问题[6-8]：“大机小网”的问题严峻，单机出力在全网功率占比高，当机组跳闸时，电网存在频率稳定问题；主力电源距离负荷中心均比较远，负荷中心电源支撑较弱，大规模光伏接入后电网电压稳定问题突出，藏中电网的电压稳定问题将制约大规模光伏接入能力；随着光伏容量未来大量接入，对电网安全稳定运行策略带来一定影响；直流大容量的馈入，增大了220 kV环网下网潮流压力，电网电压稳定问题突出。在这些问题存在的前提下，如何正确、客观评价藏中电网电能质量是必须面对的问题。

2 光伏并网发电对电能质量的影响

光伏电站采用电力电子装置实现并网，由此产生电压、电流波形畸变，引起谐波污染，同时电网不对称故障产生的负序电压以及电网自身的电压谐波，与新能源发电站变流器相互作用，将导致变流器产生附加谐波电流[9]；光伏发电启动和停运的不规则性，容易引起其功率输出波动并导致电压波动、闪变[10]。文献[9]提出，若新能源发电接入电网所占比例较大，新能源发电站的功率波动性将使线路的负荷潮流也极易波动且变化较大，加大电网正常运行时的电压调整难度；当新能源发电站的发电容量占电网内总发电量比例逐步增大后，由于新能源发电机组出力具有一定的随机性，可能导致电网内的频率时常出现波动。藏中电网本身频率、电压问题较突出，光伏发电过重情况下电网发生故障后，光伏出力的波动性将扩大事故范围。光伏不具备调频能力，出力占比较大时，将降低藏中电网自身的调频能力，加剧电网的频率稳定问题。目前藏中电网光伏接入地点较集中，主要分布在山南和日喀则，若集中接入点发生故障或局部地区日照突变，将对电网的频率和电压造成较大冲击。由此可见，光伏并网发电对电网电能质量将会带来较大的影响。

3 含新能源藏中电网电能质量评估体系

3.1 电能质量评估指标的选定与分级

我国电能质量的国家标准主要包括供电电压允许偏差、电压波动和闪变、公用电网谐波、三相电压允许不平衡度、电力系统频率允许偏差以及暂时过电压和瞬态过电压，本文构建的电能质量评估体系也指标为主。由于藏中电网网架结构薄弱稳定问题较为突出，枯水季节电站出力减少时常出现停电情况，因此评价指标体系中考虑可靠性指标，如系统平均供电可用率。同时还包括一些用户对电价、对供电部门满意程度等服务性指标。图1为电能质量评价指标体系。

图1 含新能源电能质量评估指标体系Fig.1 Evaluation index system of power quality containing new energy

可靠性与服务型指标中，系统平均供电可用率指1 a中用户获得不停电时间总数与用户要求的总供电时间之比；用户对电价满意程度和对供电部门服务满意程度指标值以百分数表示，通过调查问卷等形式获得。

3.2 指标的分级

本文将含新能源电能质量各单项指标分为7级，其中1～5级对应电能质量合格时的情况即特优、优、良、中、合格，6级、7级分别对应电能质量不合格和电能质量严重不合格。具体划分方式为：将电能质量单项指标分别在变化范围内平均分为4个等级，为质量合格时的等级划分；对不合格时的电能质量单项指标划分为2级，跨度为合格时跨度的2倍[4]。这样的等级划分有利于在质量合格时精细考察质量情况，而在质量不合格时大范围考察质量情况。从1～7级，电能质量情况逐级下降。考虑藏中电网光伏电站主要接入电压等级为35 kV和110 kV，将电能质量的各单项指标限值进行分级（考虑到暂时和瞬态过电压不易测量未考虑该指标），其分级结果如表1和表2所示。

表1 电能质量指标及分级标准（35 kV）Tab.1 Indexes of power quality and the grade standards（35 kV） %

表2 电能质量分级标准（110 kV）Tab.2 Indexes of power quality and the grade standards（110 kV） %

4 电能质量综合评估

4.1 地区电网电能质量综合评估方法流程

由于电能质量包含多个指标，单纯地依据单项指标判断存在一定的缺陷，对电能质量的评判应是综合的评价。考虑到电网总有不同的电压等级的不同变电站构成，同时新能源的接入点也分布在不同的变电站，因此只有对某一地区电网不同电压等级进行综合评估，才能考察整个地区电网总体的电能质量情况。评估流程为首先对某变电站各电压等级母线进行电能质量综合评估；然后对供电分区各变电站、各电压等级进行电能质量综合评估；再次综合各电压等级的评估结果，对整个供电分区的电能质量进行综合评估；最后对整个电网进行综合评估，从而可以得到整个电网各个层面的电能质量综合评估结果。

藏中电网有5个供电分区，假设每个分区有m个变电站，每个变电站有110 kV、35 kV 2个电压等级，则藏中电网电能质量综合评估流程图如图2所示。

4.2 指标权重的确定

传统的层次分析法（AHP）在确定指标主观权重时需要进行n（n-1）/2次两两比较（n为指标个数），而且还需进行一致性检验，G1法是对AHP法进行改进的一种方法，无需构造判断矩阵，不需进行一致性检验，简化了计算过程。通过专家对所选指标的重要性进行排序，给出相邻指标的重要程度之比，先求出最次要的指标的权重，再递归依次求得剩下指标的主观权重A。

4.3 评估模型

模糊方法是一种处理模糊信息的有效工具，正好可以用于一些电能指标对问题描述的模糊性。其过程是首先要确定判断对象的因素集，即由电能质量的各项指标构成集合；其次要确定电能质量的判断集，即将电能质量分成分为特优、优、良、中、合格、不合格、严重不合格7个等级；最后确定每项指标对应于各个等级的隶属函数，将各项指标模糊化。

图2 电网电能质量综合评估流程图Fig.2 Flow chart of comprehensive evaluation of power quality

1）指标对应为优、良、中、合格等级的隶属度函数为[1]：

式中：ΔX为某项已确定的指标；X1、X2根据指标等级视情况而定。

2）指标对应为良、合格、中质量等级的隶属度函数为：

其中X1、X2、X3、X4根据指标等级视情况而定。

3）指标对应为不合格质量等级的隶属度函数为：

其中X5、X6根据指标等级视情况而定。

4）对应可靠性指标的隶属度函数为[11]：

5）对应服务性指标。通过专家组打分、用户调查、用户反馈等方式来获得隶属度函数，最后组织专家打分以考核服务性指标的良好程度[11]。如针对用户对供电部门服务满意程度指标，一共调查了100户，认为“特优”“优”“良”“中”“合格”“不合格”“严重不合格”所占百分数可作为其隶属度。

4.4 评价步骤

评价的过程按照某电压等级某条母线评估、某变电站电能质量综合评估、供电分区电能质量综合评估及地区电能质量综合评估依次进行。

4.4.1 某电压等级某条母线评估

1）对某电压等级电能质量数据进行处理，求得各指标的变化量。

2）计算出各评价指标的主、客观权重及组合权重W。

3）对评价指标相对于各质量等级进行模糊化处理，得隶属度矩阵μ。

4）计算评估点电能质量总体状况相对于各质量等级模糊子集的隶属程度：B=Wμ。

5）对特优、优、良、中、合格、不合格、严重不合格7个质量等级依次赋以分值7、6、5、4、3、2、1，分值由高到低表示电能质量由好到差，最后采用加权平均得到评估点的电能质量评估结果。计算公式为：

4.4.2 地区电能质量综合评估

依次进行某供电分区某变电站电能质量评估，再供电分区电能质量综合评估，最后地区电能质量综合评估的顺序进行评价，评价方法同某电压等级某条母线评估方法。

5 西藏某区域电能质量评估

以藏中电网为例评价，首先评价接入新能源的羊八井变电站和赤康变电站，再评价区域电能质量。

5.1 西藏羊八井变电站

羊八井变电站共有10 kV、35 kV、110 kV 3个电压等级，按照先分别评价不同电压等级的电能质量，再综合评价升压站电能质量的顺序进行评价。

10 kV母线评价结果介于中等和合格之间，更接近合格，故该点电能质量评价为合格。35 kV母线评价结果介于中等和良之间更接近中等，故该点电能质量评价为中等。110 kV母线评价结果介于中等和良之间，更接近中等，故该点电能质量评价为中等。

表3 羊八井变电站各母线电能质量评价结果Tab.3 Evaluation results of the power quality on buses of Yambajan substation

同样方法确定该变电站评价结果为3.97，结果介于中等和合格之间，更接近中等，所以该变电站电能质量综合评价为中等。

5.2 赤康变电站

赤康变电站共有10 kV、35 kV、110 kV 3个电压等级，评价结果见表4。

表4 赤康变电站各母线电能质量评价结果Tab.4 Evaluation results of the power quality on buses of Chikang substation

该变电站3个电压等级母线10 kV综合评价为良，其余均为中等。确定该变电站评价结果为4.53，更接近良，所以评定为良。

5.3 区域电能质量评价

以2个接入光伏电站较多的变电站来评价地区电网的电能质量，羊八井光伏电站供电用户要多于赤康变电站，赤康变电站接入的光伏电站数量远多于羊八井，考虑到光伏电站接入电力系统产生的电能质量问题对电网的影响更大，因此二者的序关系和取值为：赤康变电站＞羊八井变电站，r2=1.4，由此得到地区综合电能质量评价值为4.30，介于中等和良之间，更接近于中等。

6 结语

在考虑到藏中电网新能源发电所占比例较大的前提下，选择新能源接入供电电压偏差、电压波动和闪变、谐波、频率偏差、不平衡度和暂时过电压和瞬态过电压作为电能质量单项指标，同时考虑用户对电价、供电部门的满意程度及系统平均供电可用率等指标，构建含新能源电能质量评估指标体系。采用分层次评估的方法对地区电能质量进行评估，得到羊八井变电站评价结果为中等、赤康变电站评价结果为良，区域电能质量为中等，可以为含有新能源藏中电网电能质量的评估提供一定的参考价值。

[1]蒋金良，袁金晶，欧阳森.基于改进隶属度函数的电能质量模糊综合评价[J].华南理工大学学报（自然科学版），2012，40（11）:107-112.JIANG Jinliang，YUAN Jinjing，OUYANG Sen.Fuzzy comprehensiveevaluation ofpowerqualitybased on improved membership function[J].Journal of South China University of Technology（Natural Science Edition），2012，40（11）:107-112（in Chinese）.

[2]雷刚，顾伟，袁晓冬.灰色理论在电能质量综合评估中应用[J].电力自动化设备，2009，29（11）:62-66.LEI Gang，GU Wei，YUAN Xiaodong.Application of gray theory in powerquality comprehensive evaluation[J].Electric Power Automation Equipment，2009，29（11）: 62-66（in Chinese）.

[3]熊以旺，程浩忠，王海群，等.基于改进AHP和概率统计的电能质量综合评估[J].电力系统保护与控制，2009，37（13）:48-53.XIONG Yiwang，CHENG Haozhong，WANG Haiqun，et al.Synthetic evaluation ofpowerquality based on improved AHP[J].Power System Protection and Control，2009，37（13）:48-53（in Chinese）.

[4]张华赢，朱正国，姚森敬，等.基于大数据分析的暂态电能质量综合评估方法[J].南方电网技术，2015，9（6）: 80-86.ZHANG Huaying，ZHU Zhengguo，YAO Senjing，et al.Comprehensive evaluation method oftransientpower quality based on big data analysis[J].Southern Power System Technology，2015，9（6）:80-86（in Chinese）.

[5]刘颖英，徐永海，肖湘宁.地区电网电能质量综合评估新方法[J].中国电机工程学报，2008，28（22）:130-136.LIU Yingying，XU Yonghai，XIAO Xiangning.Analysis of new method on power quality comprehensive evaluation for regional grid[J].Proceeding of the CSEE，2008，28（22）: 130-136（in Chinese）.

[6]贾俊川，赵兵，罗煦之，等.青藏直流投运后藏中电网稳定特性研究[J].电力系统保护与控制，2014，42（6）: 104-109.JIA Junchuan，ZHAO Bing，LUO Xuzhi，et al.Research on the security and stability characteristics of central tibet power grid after Qinghai-tibet HVDC putting into opera-tion[J].Power System Protection and Control，2014，42（6）: 104-109（in Chinese）.

[7]桑果.西藏电网大规模光伏电网调度运行策略的探讨[J].西藏科技，2013（10）:77-80.SANG Guo.The operation strategy is on a large scale of the photovoltaic grid of the tibet power grid[J].Tibet Science&Technology，2013（10）:77-80（in Chinese）.

[8]吴冲，刘汉伟，董卫国，等.青藏直流联网后藏中电网安全稳定控制系统的重构[J].电网与清洁能源，2013，29（1）:54-57.WU Chong，LIU Hanwei，DONG Weiguo，et al.Reconfiguration of central tibet grid safety and stability control system after DC interconnection project from Qinghai to tibet[J].Power System and Clean Energy，2013，29（1）: 54-57（in Chinese）.

[9]吕志盛，闫立伟，罗艾青，等.新能源发电并网对电网电能质量的影响研究[J].华东电力，2012，40（2）:0251-0256.LÜ Zhisheng，YAN Liwei，LUO Aiqing，et al.Impact of new energy power grid-integration on grid power quality[J].East China Electric Power，2012，40（2）:0251-0256（in Chinese）.

[10]党存禄，吴青峰.分布式电源对配电网电能质量的影响及其改善[J].电力电子技术，2013，47（11）：58-60.DANG Cunlu，WU Qingfeng.Impactofdistributed generation on distribution network power quality and its improvement[J].Power Electronics，2013，47（11）：58-60（in Chinese）.

[11]唐会智，彭建春.基于模糊理论的电能质量综合量化指标研究[J].电网技术，2003，27（12）：85-88.TANG Huizhi，PENG Jianchun.Research on synthetic and quantificated，appraisal index of quality based on fuzzy theory[J].Power System Technology，2003，27（12）：85-88（in Chinese）.

An Effective Method to Assess the Power Quality of Central Tibet Power Grid Containing New Energy

LI Zhaoxia1，LANG Qiong2，JIANG Xiaoyan1，CUI Chongyu1
（1.Xizang Agriculture and Animal Husbandry College，Linzhi 860000，Tibet，China；2.Lhasa Power Supply Company of State Grid Tibet Electric Power Co.，Ltd.，Lhasa 850000，Tibet，China）

With new energy accounting for an increasing percentage of the electricity produced in central Tibet，the problems of the power quality such as voltage，frequency，harmonics become prominent.The assessment procedures proposed in this paper start with determining weight by G1method，and then to obtain results through FAHP（Fuzzy Analytical Hierarchy Process）following the order of evaluating a bus，a substation，and the substations of areas and the power grid based on a given voltage.The assessment of a part of central Tibet power grid is assessed based on the new power quality evaluation index system consisting of three categories（technical，reliability，and service），each of which includes three single items（totaling nine items）.The standard of index classification is also determined accordingly.The results show that the power quality of electricity produced by new energy in central Tibet is medium.The findings can serve as references for further assessment of power quality in this area.

Central Tibet Power Grid；power quality；evaluation system；comprehensive evaluation

2016-03-29。

李朝霞（1969—），女，博士，教授，研究方向为电力系统安全运行与控制。

（编辑 董小兵）

国家自然基金应急项目资助（51541711）；自治区教育厅高校电气工程重点实验室资助。

Project Supported by Emergency Aid Program of the National Natural Science Foundation of China（NSFC）（51541711）；Key Laboratory Program of Electrical Engineering for Universities of the Education Department of Tibet Autonomous Region.

1674-3814（2016）11-0139-06

TM71

A