基于熵权法的新能源接入风险模糊综合评价

李小伟, 林信, 黄丽娟, 陈楚, 周琳, 宋馨

(1.广西电网有限责任公司电网规划研究中心,广西,南宁 530023;2.中国能源建设集团广西电力设计研究院有限公司,能源规划研究中心,广西,南宁 530023)

0 引言

新能源出力具有高度不确定性,接入传统电网会导致供电质量产生波动,影响电网供电稳定性。利用风险评估方法能准确、有效地分析新能源接入对电网的威胁,从而确保电力供应安全。

有学者在这方面展开了相关研究:文献[1]分析了新能源电力系统概率风险评估的应用现状和技术路线,指出概率分析评估能有效地对电力系统进行量化分析,但概率评估计算复杂、缺乏实际应用;文献[2]综合新能源渗透率和新能源并网后的系统脆弱性,提出了新能源消纳风险指标,评估电网对新能源的消纳能力;文献[3]建立了风、光并网风险评估模型,考虑了新能源接入点和气候影响;文献[4]从经济性方面构建了新能源接入效益评估体系,对新能源接入后电网的运行效率和投资效益进行了评估。上述研究各自选择某个方面分析新能源接入对电网的影响,但缺乏综合、全面的评估新能源接入下的电网风险。

1 风险评估指标体系

根据电网风险特点和新能源特性[5],遵循评价体系的系统性、科学性及可操作性原则建立了两级风险评估体系,如图1所示。新能源接入的风险主要源自其出力的间歇性、随机性和波动性带来的高度不确定性,因而本文将其电网的风险影响分为结构风险、运行风险、技术风险和经济风险,每类风险包含若干评价子因素。

图1 新能源接入风险评估指标体系

2 模糊综合评价模型

模糊综合评价以模糊理论为基础,结合定性和定量因素,能对由相互关联、相互制约的众多因素构成的复杂系统做出更合理的综合评价[6]。

2.1 模糊评价因素集和评语集

2.2 评估因素隶属函数

风险评估因素包括定性数据和定量数据。定性数据采用模糊统计法,邀请专家对各因素进行评语打分,按照评语比例计算隶属度。

为消除定量数据的量纲影响,并满足隶属函数的输入值属于[0,1]区间,需要将原始定量数据归一化。设某个定量因素的原始值为x,v为其归一化值,则根据该因素属于成本型还是效益型,归一化公式分别为式(1)、式(2):

(1)

(2)

其中,L为国标/企标阈值。

初始定量型数据除以因素最大阈值后可作为评估数据。为了提高风险评估的准确性,根据电网规划经验和风险特性,确定定量数据的隶属函数由高斯函数和梯形函数组合而成,如图2所示。各个评语的隶属函数依次如下:

图2 隶属函数分布图

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

各风险因素由模糊统计法或隶属函数生成模糊评估矩阵。基于因素类别Ut建立的评估矩阵Rt为

(8)

2.3 确定子因素权重

(1) 计算子因素i的第j个评估值所占比重:

(9)

(2) 计算子因素i的信息熵:

(10)

(11)

2.4 模糊综合评价

第t类风险模糊评估结果为

Bt=Wt∘Rtt∈(1,2,…,N)

(12)

式中,“∘”为乘加模糊算子M(·,+),N个风险类别评估结果构成综合评估矩阵R={B1,B2,…,BN}。风险因素类别权重向量A=(a1,a2,…,aN)表示不同风险类别在综合评估中的重要程度,A值根据电网规划经验设定。R与类别权重A模糊乘加得到最终评价结果:

B=(bj)=A∘Rj=1,2,…,m

(13)

新能源接入的风险评估等级为

V=maxbj

(14)

3 新能源接入风险评估流程

本文提出的新能源风险综合评估模型计算流程如图3所示,具体包括以下几个步骤:

图3 新能源风险评估模型流程

步骤1 分析网架结构和新能源接入特性,确定评估因素阈值,采集风险评估基础数据;

步骤2 聘任专家对定性因素数据进行评语打分,仿真获得定量因素数据值;

步骤3 依据模糊统计法和式(3)～式(7)的隶属函数计算定性数据和定量数据隶属度,按类别建立模糊评估矩阵;

步骤4 按据式(11)确定各类别子因素权重;

步骤5 按照式(12)进行风险类别评估,分析评估对象在各类别下的风险等级。

步骤6 依据式(13)进行综合评估,由式(14)确定综合风险等级。

4 算例分析

本文选择南方某省新建的200 kW风储项目为算例。该地有着丰富的陆海风能和光伏资源,新能源装机容量逐年提高,电网规划需要考虑新能源接入带来的风险。该项目接入电压220 kV,基于IEEE-39节点系统作为接入点仿真获得定量因素数据值。聘请7位电网公司运营管理人员和4位学术专家对定性指标进行风险评语打分。

4.1 风险模糊评估矩阵和权重

对定性和定量数据模糊化得到4个模糊风险评估矩阵R1～R4:

利用熵权法计算各类别子因素客观权重:

根据电网规划经验设定风险类别权重:

A=(0.283 0.447 0.106 0.164)。

4.2 模糊综合评价

分别对算例项目进行类别风险评估和综合风险评估,结果如表1所示。表1中黑色加粗数据所对应风险值为评估结果。

表1 模糊评价结果

根据最大隶属度原则分析表1可以得到:所评项目的结构风险处于“较高风险”,需要优化网架结构,提高输送能力;运行风险和技术风险都为“较低风险”,目前电网运行管理方式和技术能力能满足该项目的接入;经济风险也为“低风险”,不会导致过多的经济成本和额外开销;项目的综合风险评估为“低风险”,表明该新能源接入不会对本地电网稳定运行造成严重影响,而且能带来新的效益和利润增长,但电网未来规划需要重点考虑新能源接入对网架结构的影响。

5 总结

针对新能源接入对电网产生的风险问题,本文提出了一种基于熵权法的模糊综合评估体系。评估体系综合考虑结构、运行、技术和经济性等4个方面,构建了4个风险类别和19个风险因素组成的两级评估体系。本文构建了融合高斯函数和梯形函数的隶属函数处理定量因素数据,并利用熵权法消除权重设定中的主观影响,采用两级模糊算子实现类别风险和综合风险评估。算例分析表明,本文所提出的风险评估体系可实现新能源接入电网的有效评估,为电网规划提供参考依据。