金義雄，趙煦

（上海電力學(xué)院電力與自動(dòng)化工程學(xué)院，上海 200090）

隨著電力市場(chǎng)的進(jìn)一步開(kāi)放，分布式電源憑借著諸多優(yōu)點(diǎn)在電力系統(tǒng)中占據(jù)越來(lái)越多的份額，成為能源領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向.但大量分布式電源引入也使電網(wǎng)在規(guī)劃和運(yùn)行方面要面臨比以往更多的不確定性因素.針對(duì)某一分布式電源來(lái)講，其價(jià)值與其所在的位置和容量有著密切的關(guān)聯(lián)，因此對(duì)分布式電源進(jìn)行合理的規(guī)劃就顯得尤為重要.就電力系統(tǒng)而言，電源規(guī)劃方案和電網(wǎng)規(guī)劃方案實(shí)質(zhì)上是不可分割的整體.但是由于兩者的側(cè)重點(diǎn)不同，且這兩個(gè)問(wèn)題又無(wú)法統(tǒng)一解決，所以一直以來(lái)不得不將電源規(guī)劃和電網(wǎng)規(guī)劃分開(kāi)處理，并在必要時(shí)采取協(xié)調(diào)技術(shù)進(jìn)行迭代求解［1］.本文提出了一套含分布式電源的電網(wǎng)規(guī)劃評(píng)估體系，具有一定的實(shí)用價(jià)值.

1 含分布式電源的電網(wǎng)規(guī)劃概況

分布式電源是指將發(fā)電系統(tǒng)以小規(guī)模（發(fā)電功率在數(shù)千瓦至50 MW的小型模塊）、分散式的方式布置在用戶附近，可獨(dú)立輸出電能的系統(tǒng).分布式發(fā)電設(shè)施主要包括以液體或氣體為燃料的內(nèi)燃機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)，以及風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、光伏電池等.

隨著分布式電源的接入，將不可避免地對(duì)大電網(wǎng)造成影響.大電網(wǎng)本身有3個(gè)方面的缺點(diǎn)：一是不能靈活跟蹤負(fù)荷的變化;二是在大型互聯(lián)系統(tǒng)中，局部事故極易擴(kuò)散，導(dǎo)致大面積停電;三是對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)的負(fù)荷不能進(jìn)行理想供電.相對(duì)于傳統(tǒng)大型電網(wǎng)的一系列缺點(diǎn)，分布式電源有著明顯的優(yōu)勢(shì)：一是可以綜合利用資源，節(jié)約能源;二是投資成本低，風(fēng)險(xiǎn)小，占地少，建設(shè)周期短;三是可以解決偏遠(yuǎn)地區(qū)供電;四是可以彌補(bǔ)大電網(wǎng)在安全穩(wěn)定性方面的不足;五是具有良好的環(huán)保特性;六是其系統(tǒng)中各電站相互獨(dú)立，用戶可以自行控制，可靠性比較高;七是調(diào)峰性能好，啟?？焖伲阌趯?shí)現(xiàn)全自動(dòng).目前，關(guān)于分布式電源的選址、定容的方法與研究有很多［2-18］，其接入位置和容量的不同對(duì)配電網(wǎng)的影響是不同的.

盡管分布式電源優(yōu)點(diǎn)突出，但同時(shí)也存在諸多問(wèn)題，如分布式電源單機(jī)接入成本高、控制困難等.另外，為了減少分布式電源對(duì)大電網(wǎng)的沖擊，大系統(tǒng)往往采取限制、隔離的方式來(lái)處置分布式電源，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，分布式電源必須馬上退出運(yùn)行.顯然，這大大限制了分布式電源功能的發(fā)揮，也間接限制了對(duì)新能源的利用.為了降低分布式電源所帶來(lái)的不利影響，同時(shí)發(fā)揮其積極的輔助作用，一個(gè)較好的解決方法就是將分布式電源和負(fù)荷組合為配電子系統(tǒng)——微網(wǎng).微網(wǎng)有兩種運(yùn)行方式，在正常情況下，它可以和傳統(tǒng)大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行;在大電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，微網(wǎng)可以孤網(wǎng)運(yùn)行，從而提高了供電的可靠性.因此，可以采用微網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃的方法，使投資最優(yōu)化并滿足可靠性約束，從而在已知各個(gè)分布式電源位置和可行輸電路徑的情況下，計(jì)算得出多個(gè)分布式電源與負(fù)荷點(diǎn)之間最優(yōu)的連接線路［19］.另外，還可以采用網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的方法，實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，改變微網(wǎng)內(nèi)的功率流動(dòng)，以達(dá)到優(yōu)化的目的［20］.

2 電網(wǎng)評(píng)估指標(biāo)體系的建立

電網(wǎng)規(guī)劃方案編制完成后，應(yīng)該按照科學(xué)合理的指標(biāo)體系對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行評(píng)估，以便有效地指出規(guī)劃方案的薄弱環(huán)節(jié)，使將來(lái)投運(yùn)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加合理.依據(jù)相關(guān)準(zhǔn)則并結(jié)合電網(wǎng)的具體情況，筆者建立了一套可以對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系［21］.

2.1 可靠性評(píng)價(jià)

針對(duì)電力系統(tǒng)的不同子系統(tǒng)，具體評(píng)價(jià)指標(biāo)可能有所不同，歸納起來(lái)共有4類：概率指標(biāo);頻率指標(biāo);時(shí)間指標(biāo);期望值指標(biāo).在規(guī)劃中，可靠性評(píng)價(jià)是對(duì)未來(lái)事件的預(yù)測(cè)，不可能用確切的量來(lái)表明，因此這些指標(biāo)實(shí)際上是建立在統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)上的概率量.

電力系統(tǒng)的可靠性分析計(jì)算方法有解析法和模擬法兩類.當(dāng)前的趨勢(shì)是將解析法和模擬法結(jié)合起來(lái)使用，發(fā)揮其各自的特長(zhǎng).通過(guò)對(duì)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的供電可靠性進(jìn)行定量評(píng)估分析，并將其作為方案之間比較的依據(jù)，這樣就可以更加有效地規(guī)劃整個(gè)電力系統(tǒng).

目前，可以采用以下6類指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)正在運(yùn)行的電網(wǎng)供電可靠性，以及規(guī)劃中的電網(wǎng)將來(lái)投運(yùn)后的供電可靠性：系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)（SAIFI），系統(tǒng)平均停電持續(xù)時(shí)間指標(biāo)（SAIDI），用戶平均停電持續(xù)時(shí)間指標(biāo)（CAIDI），平均供電可靠率指標(biāo)（ASAI），系統(tǒng)總的電量不足指標(biāo)（ENSI），平均電量不足指標(biāo)（AENS）.

2.2 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

當(dāng)一個(gè)項(xiàng)目存在多個(gè)投資方案時(shí)，為了權(quán)衡方案的優(yōu)劣，對(duì)這些方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行定量分析是必不可少的步驟.目前所采用的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法有靜態(tài)評(píng)價(jià)法、動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)法、不確定性評(píng)價(jià)法3類.靜態(tài)評(píng)價(jià)法比較直觀，但未能考慮項(xiàng)目在使用期內(nèi)收益和費(fèi)用的變化，以及各個(gè)方案的壽命差異，而且沒(méi)有考慮資金的時(shí)間因素.動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)法考慮了資金的時(shí)間因素，比較符合資金的動(dòng)態(tài)規(guī)律，且給出的評(píng)價(jià)更加符合實(shí)際.不確定性評(píng)價(jià)法考慮了原始數(shù)據(jù)的不確定性及不準(zhǔn)確性.

隨著電力市場(chǎng)化改革的深入，供電方、用電方和投資方均面臨著越來(lái)越多的不確定因素，因此需要找到能夠緩解一定市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)的手段，也需要更加科學(xué)的規(guī)劃理論和評(píng)估體系來(lái)輔助制度決策.在經(jīng)濟(jì)投資與收益回報(bào)基本對(duì)等的情況下，具有靈活性的項(xiàng)目會(huì)更受到重視，因?yàn)殪`活性也是一種有價(jià)值的期權(quán).其中實(shí)物期權(quán)方法在處理不確定環(huán)境下的經(jīng)濟(jì)投資與規(guī)劃決策中有較好的應(yīng)用前景.文獻(xiàn)［22］運(yùn)用實(shí)物期權(quán)的思想和方法來(lái)分析和發(fā)現(xiàn)蘊(yùn)藏在城市電網(wǎng)規(guī)劃風(fēng)險(xiǎn)投資項(xiàng)目中的期權(quán)，提出了評(píng)價(jià)城市電網(wǎng)項(xiàng)目的實(shí)物期權(quán)投資決策模型.文獻(xiàn)［23］運(yùn)用B-S（Black-Scholes）期權(quán)定價(jià)模型，采用非合作博弈理論對(duì)投資決策進(jìn)行評(píng)估，從而使各發(fā)電公司及電網(wǎng)公司做出更加合理的決策.

2.3 其他各項(xiàng)重要評(píng)估指標(biāo)

隨著電網(wǎng)規(guī)劃的日益精確，建立客觀的、量化的電網(wǎng)評(píng)估指標(biāo)體系十分迫切.文獻(xiàn)［24］從美國(guó)智能電網(wǎng)評(píng)估方法中總結(jié)出電網(wǎng)發(fā)展需要指標(biāo)先行，可以從核心價(jià)值、主要特性、關(guān)鍵技術(shù)等方面對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行評(píng)估.

安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)電壓穩(wěn)定性及短路電流水平均有一定要求.另外，我國(guó)規(guī)定的可靠性準(zhǔn)則為：電網(wǎng)必須滿足“N－1”準(zhǔn)則.靈活性評(píng)價(jià)指標(biāo)是通過(guò)分析電網(wǎng)各元件故障后電網(wǎng)接線變化的靈活性，以及負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力和自愈能力等來(lái)評(píng)價(jià)電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性.科學(xué)性評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是從實(shí)際出發(fā)，對(duì)自然資源和環(huán)境資源進(jìn)行評(píng)價(jià).文獻(xiàn)［25］分析了計(jì)及環(huán)境效益的分布式發(fā)電成本，建立了考慮環(huán)境效益的發(fā)電成本計(jì)算新模型，并采用粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行求解，得到了較為合理的分布式電源選址與定容方法，較好地兼顧了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性.綜合性評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括是否滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)按比例發(fā)展的要求，能源供給是否平衡，資金是否平衡等.

3 含分布式電源電網(wǎng)規(guī)劃評(píng)估體系

電網(wǎng)規(guī)劃評(píng)估體系可用于電網(wǎng)發(fā)展的總結(jié)評(píng)論、電網(wǎng)規(guī)劃成果的評(píng)價(jià)，以及規(guī)劃方案的決策與分析.評(píng)估體系建立了比較科學(xué)、客觀、量化的評(píng)估模型，順應(yīng)了當(dāng)前規(guī)劃工作中不確定因素增多，以及需要更大比重的定量分析的趨勢(shì)，同時(shí)為電力企業(yè)及管理部門(mén)進(jìn)行更加合理的規(guī)劃提供了依據(jù).含分布式電源的電網(wǎng)規(guī)劃評(píng)估體系見(jiàn)圖1.

圖1 含分布式電源的電網(wǎng)規(guī)劃評(píng)估體系

由圖1可以看出，各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)分為上下兩層，因此可以采用層次分析法對(duì)初始草案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià).每一層的各區(qū)間還可以再設(shè)子層，各層均有相應(yīng)的權(quán)重，利用層次分析法逐層向上計(jì)算，直至得出綜合評(píng)分，從而選出比較合理、且可行的方案.根據(jù)各個(gè)企業(yè)所優(yōu)選出的若干較優(yōu)方案，再通過(guò)動(dòng)態(tài)規(guī)劃仿真平臺(tái)優(yōu)化組合，形成最終的方案.另外，在評(píng)估過(guò)程中還可以采用綜合模糊評(píng)價(jià)等其他評(píng)價(jià)方法或輔以拓?fù)浞治觥⒊绷饔?jì)算等電氣分析手段.針對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象較多的情況，可以提出組合評(píng)價(jià)方法［26］，即選取適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，對(duì)多個(gè)單一評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行集化，從而得到組合評(píng)價(jià)結(jié)論.

從電力系統(tǒng)全局考慮，可以以整個(gè)系統(tǒng)的規(guī)劃布局為研究目標(biāo)，這樣就不會(huì)分離電源規(guī)劃和電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃之間的內(nèi)在聯(lián)系.其中，電力市場(chǎng)與電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃仿真平臺(tái)的建立是關(guān)鍵一環(huán)，需要了解相關(guān)政策及各類企業(yè)在市場(chǎng)中的交互動(dòng)態(tài)行為，以便進(jìn)行合理建模和可靠計(jì)算.目前，對(duì)于這方面的研究正處于起步階段，還需要進(jìn)一步完善.

4 結(jié)語(yǔ)

目前，分布式電源在電網(wǎng)中所占比例越來(lái)越大，更多的不確定性對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃提出了更高的要求.本文描述了含分布式電源的電網(wǎng)規(guī)劃評(píng)估體系.該體系自下而上，首先將各個(gè)企業(yè)的數(shù)個(gè)初始草案經(jīng)指標(biāo)評(píng)價(jià)后，運(yùn)用層次分析法等手段得出定量比較，選優(yōu)后到達(dá)中間方案層，然后從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，通過(guò)建立好的動(dòng)態(tài)規(guī)劃仿真平臺(tái)來(lái)優(yōu)化組合，最終得到各個(gè)企業(yè)的最終方案.該體系尤其適用于含分布式電源的中長(zhǎng)期電網(wǎng)規(guī)劃.

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（編輯白林雪）