杜明坤，黃 媛，劉俊勇，路 亮，江 栗，張全明

（1.四川大學(xué)電氣工程學(xué)院，成都 610065；2.國(guó)家電網(wǎng)有限公司西南分部，成都 610041；3.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，成都 610072）

我國(guó)一次能源與負(fù)荷需求逆向分布的特點(diǎn)決定了我國(guó)“西電東送”的戰(zhàn)略，近年來(lái)以溪洛渡、向家壩、糯扎渡、錦屏一級(jí)為標(biāo)志的巨型水電站進(jìn)入了集中投產(chǎn)時(shí)期，這標(biāo)志著我國(guó)水電進(jìn)入了大容量、遠(yuǎn)距離、跨區(qū)跨省大規(guī)模輸送新階段[1-3]。金沙江、瀾滄江、雅礱江、長(zhǎng)江中下游、大渡河、紅水河等大型流域及嘉陵江、岷江等中小流域呈現(xiàn)全流域開(kāi)發(fā)的局面，水電規(guī)模急劇增長(zhǎng)，建設(shè)大容量、高效率、遠(yuǎn)距離先進(jìn)特高壓輸電工程成為解決大規(guī)模水電外送的關(guān)鍵[4]。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和運(yùn)行控制的難度之大在世界范圍內(nèi)也是罕見(jiàn)的，為滿足大容量梯級(jí)電站的接入，構(gòu)建具有高適應(yīng)性的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是十分必要的，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)適應(yīng)性綜合評(píng)價(jià)體系作為電力系統(tǒng)規(guī)劃研究的基礎(chǔ)已成為研究熱點(diǎn)[5-7]。

文獻(xiàn)[8-10]指出電源、電網(wǎng)、負(fù)荷建設(shè)及投資由不同主體管控，現(xiàn)有的安全性、經(jīng)濟(jì)性、風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不能得出讓各方都接受的結(jié)論，因此提出建立電源、電網(wǎng)和負(fù)荷投資收益博弈模型，以滿足電力供需平衡和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行準(zhǔn)則，并建立大電網(wǎng)適應(yīng)性的評(píng)價(jià)體系，更科學(xué)、客觀地評(píng)價(jià)電網(wǎng)的發(fā)展模式與規(guī)模問(wèn)題。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)適應(yīng)性研究主要集中于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)安全適應(yīng)性分析。文獻(xiàn)[11-14]針對(duì)含高比例可再生能源電力系統(tǒng)，歸納整理靈活性定義和平衡原理，利用概率方法建立了一套靈活性裕度模型，從電力系統(tǒng)整體角度來(lái)研究系統(tǒng)的適應(yīng)性。文獻(xiàn)[15]提出采用抽樣方法和影響增量方法結(jié)合的方式對(duì)大規(guī)模輸電網(wǎng)進(jìn)行可靠性評(píng)估。文獻(xiàn)[16]基于均勻性理論和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，建立反映電網(wǎng)自組織臨界性的聯(lián)合加權(quán)熵指標(biāo)，以分析電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行狀態(tài)對(duì)故障的適應(yīng)性。這些適應(yīng)性規(guī)劃方案較多從運(yùn)行的安全、可靠等角度進(jìn)行研究分析。隨著西南水電能源基地的規(guī)劃和建設(shè)，這些大型流域龍頭電站存在緊密的水力聯(lián)系和明顯的調(diào)節(jié)性能特性，與外部因素之間相互影響與制約。因此需要豐富和完善適應(yīng)性指標(biāo)體系，研究電力系統(tǒng)規(guī)劃中考慮梯級(jí)電站與電網(wǎng)的適應(yīng)匹配關(guān)系，評(píng)估大型流域電站接入與電網(wǎng)發(fā)展之間的最優(yōu)規(guī)劃方案。

本文針對(duì)大型河流梯級(jí)電站開(kāi)發(fā)規(guī)劃建設(shè)中的協(xié)調(diào)規(guī)劃問(wèn)題，提出源-網(wǎng)側(cè)的適應(yīng)性指標(biāo)體系。其中，輸電網(wǎng)適應(yīng)性指標(biāo)主要反映電網(wǎng)性能和效率的特性，以及面對(duì)消納大規(guī)模梯級(jí)水電所面臨的強(qiáng)上下游關(guān)聯(lián)、多時(shí)空分布等因素下保證電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、協(xié)調(diào)和靈活運(yùn)行的能力；電源容量適應(yīng)性主要指通過(guò)對(duì)上下游電站進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)和控制，滿足調(diào)峰需求及梯級(jí)水電相關(guān)性帶來(lái)的功率調(diào)節(jié)需求，以降低失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)、減小棄水的能力。在所提指標(biāo)的基礎(chǔ)上采用基于熵權(quán)法和層次分析法綜合的評(píng)價(jià)方法對(duì)梯級(jí)電站接入電網(wǎng)的規(guī)劃方案進(jìn)行綜合評(píng)估。最后，以某河流梯級(jí)電站接入IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的改進(jìn)網(wǎng)架進(jìn)行了適應(yīng)性綜合評(píng)估，得到了長(zhǎng)時(shí)間尺度下考慮不同規(guī)劃接入方案和網(wǎng)架演變過(guò)程的評(píng)估結(jié)果。

1 梯級(jí)電站接入的適應(yīng)性指標(biāo)體系

本文圍繞梯級(jí)電站接入的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性指標(biāo)體系可進(jìn)一步分為電網(wǎng)適應(yīng)性和電源適應(yīng)性兩部分。其中，為了實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行，電網(wǎng)的適應(yīng)性體系主要以大規(guī)模水電外送輸電網(wǎng)安全運(yùn)行能力為中心建立評(píng)估指標(biāo)體系，而電源適應(yīng)性則從源網(wǎng)匹配和供需消納等角度去深入研究。

1.1 電網(wǎng)的適應(yīng)性指標(biāo)

電網(wǎng)的適應(yīng)性是指面臨并網(wǎng)機(jī)組容量巨大、并網(wǎng)關(guān)系復(fù)雜的大小型水電站時(shí)，輸電網(wǎng)利用本身結(jié)構(gòu)特性所能夠?qū)崿F(xiàn)的電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的能力。輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)適應(yīng)性主要有3個(gè)特征：安全的適應(yīng)性、故障的適應(yīng)性和效率的適應(yīng)性[17]。

1.1.1 輸電網(wǎng)安全的適應(yīng)性

輸電網(wǎng)安全的適應(yīng)性主要從電網(wǎng)潮流的負(fù)載均勻程度反映，若各線路負(fù)載水平分布越均勻，則電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)不確定因素的承受能力越強(qiáng)，系統(tǒng)發(fā)生大規(guī)模故障概率越低，電網(wǎng)具有較高安全水平[18]。

首先定義線路期望的負(fù)載率μ為隨機(jī)場(chǎng)景下線路期望功率與該線路功率極限的比值，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

式中：μi為線路i的期望負(fù)載率；E(Pi)為線路i的期望功率；Si_max為線路i的最大傳輸功率。

為了反映電網(wǎng)整體特性，在式（1）基礎(chǔ)上，進(jìn)一步定義按照電壓等級(jí)計(jì)算線路的平均負(fù)載率μrate,C，其反映了輸電線路的傳輸裕度，負(fù)載率越小，表明電網(wǎng)適應(yīng)未來(lái)負(fù)荷增長(zhǎng)的能力越強(qiáng)。平均負(fù)載率 μrate,C可表示為

式中：i為電壓等級(jí)C下的線路編號(hào)；μi為第i條線路的期望負(fù)載率；NL,C為電壓等級(jí)C下的線路總數(shù)。

電網(wǎng)安全適應(yīng)性指標(biāo)S為所有場(chǎng)景下線路負(fù)載率的分布特征，S反映電網(wǎng)潮流分布的均勻性。該指標(biāo)越小，各線路負(fù)載水平越均衡，電網(wǎng)處于安全運(yùn)行狀態(tài)的能力越強(qiáng)。電網(wǎng)安全適應(yīng)性指標(biāo)S可表示為

式中，NL為電網(wǎng)線路總數(shù)。

1.1.2 輸電網(wǎng)故障的適應(yīng)性

輸電網(wǎng)故障的適應(yīng)性主要反映N-1故障下電網(wǎng)保持安全穩(wěn)定運(yùn)行的能力。文獻(xiàn)[19]中指出衡量N-1故障后的線路有功功率過(guò)載程度的有功功率行為指標(biāo)PI，其定義為

式中：PF,i為線路i發(fā)生N-1故障后的有功潮流；Pi_max為線路i的有功潮流限值；wi為線路i的權(quán)重。

任一事故支路的開(kāi)斷或事故發(fā)電機(jī)的停運(yùn)會(huì)對(duì)與故障源直接相連的第1層支路和節(jié)點(diǎn)影響最大，對(duì)第2、3層影響依次減小。為減小PI指標(biāo)存在的遮蔽現(xiàn)象，因此本文定義故障的適應(yīng)性為F，其計(jì)算公式為

式中：α1、α2、α3分別為事故源相鄰1、2、3層越限支路的編號(hào)；Nα1、Nα2、Nα3分別為事故源相鄰1、2、3層越限支路總數(shù)；wi1、wi2、wi3分別為故障相鄰1、2、3層越限支路的權(quán)重，wi1>wi2>wi3。

1.1.3 輸電網(wǎng)效率的適應(yīng)性

輸電網(wǎng)效率的適應(yīng)性主要反映電網(wǎng)最大化的利用程度。電網(wǎng)效率適應(yīng)性指標(biāo)E為電網(wǎng)的全年平均利用率，其計(jì)算公式為

式中：TL,i為線路i的年利用小時(shí)數(shù)；Ty為全年總小時(shí)數(shù)。

1.2 梯級(jí)電站的適應(yīng)性指標(biāo)

一般來(lái)說(shuō)，源荷供需平衡的主要影響因素為豐枯時(shí)期的流量差異，在豐水期由于裝機(jī)容量或通道容量的限制，將會(huì)導(dǎo)致裝機(jī)棄水和調(diào)峰棄水；而在枯水期由于流域的流量較小，將可能在水電占主要出力的西南片區(qū)形成供給大于需求，而出現(xiàn)供需不平衡的情況。梯級(jí)水電及龍頭水庫(kù)的建設(shè)則正好用于解決這一問(wèn)題。梯級(jí)電站電源容量的適應(yīng)性由以下指標(biāo)反映：調(diào)節(jié)能力適應(yīng)性、網(wǎng)源匹配適應(yīng)性、消納適應(yīng)性和靈活適應(yīng)性。

1.2.1 調(diào)節(jié)能力適應(yīng)性

式中：Δt為時(shí)間尺度；PG,t,j為t時(shí)段梯級(jí)電站j的實(shí)際出力；PD,t為t時(shí)段該區(qū)域的實(shí)際負(fù)荷。

進(jìn)一步地定義梯級(jí)電站的調(diào)節(jié)能力適應(yīng)性指標(biāo)D為

式中，NG為發(fā)電機(jī)組的總數(shù)。

1.2.2 網(wǎng)源匹配適應(yīng)性

網(wǎng)源匹配適應(yīng)性指標(biāo)M用于表征梯級(jí)水電受外送通道限制的的程度，其由受限制的電量反映，該值越小，其匹配適應(yīng)性越好。網(wǎng)源匹配適應(yīng)性指標(biāo)M可表示為

式中：Plost,j為梯級(jí)電站j受通道約束限制的電力；Tlost,j為梯級(jí)電站j受通道約束限制的時(shí)長(zhǎng)；為梯級(jí)電站j的裝機(jī)容量。

1.2.3 消納適應(yīng)性

消納適應(yīng)性反映梯級(jí)水電整體的利用效率，它是梯級(jí)水電經(jīng)濟(jì)性的反映，本文采用年利用小時(shí)比率TRmax來(lái)表征。年利用小時(shí)比率TRmax可表示為

式中：Wj為梯級(jí)電站j的年發(fā)電量；為水電站j的出力上限；Tj_max為梯級(jí)電站j的年利用小時(shí)數(shù)。

1.2.4 靈活適應(yīng)性

在可再生能源接入比例逐漸增大的環(huán)境下，本文提出靈活適應(yīng)性指標(biāo)用于衡量含龍頭水庫(kù)的梯級(jí)電站靈活調(diào)節(jié)資源的能力，其在運(yùn)行過(guò)程中的技術(shù)靈活性本質(zhì)上是在當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下，所具備的功率調(diào)節(jié)能力。靈活適應(yīng)性指標(biāo)Flex可表示為

式中：j為第j個(gè)電站；t為第t個(gè)時(shí)段；i為第t個(gè)時(shí)段下的時(shí)間尺度；RRj,+/-為第j個(gè)電站功率向上/向下調(diào)節(jié)的爬坡率；PinsG,j為梯級(jí)電站j的裝機(jī)容量；Flext,j,i,+/-為第j個(gè)電站在時(shí)間尺度i下的設(shè)備級(jí)向上/向下靈活性指標(biāo)。

2 梯級(jí)電站接入的電網(wǎng)演變特征

梯級(jí)電站的輸送功率既與流域的來(lái)水情況緊密相關(guān)，也與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行要素息息相關(guān)。當(dāng)前電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，電網(wǎng)拓?fù)溥B接關(guān)系多種多樣，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)影響其送出功率。根據(jù)文獻(xiàn)[20]，現(xiàn)有輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括單通道式、通道互聯(lián)式、網(wǎng)對(duì)網(wǎng)式、密集式等結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of transmission network

在梯級(jí)流域電站規(guī)劃的初期通常采用單通道式輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖1（a）所示，其是若干個(gè)電源各自通過(guò)單獨(dú)的輸電通道向受端電網(wǎng)送電的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通常適用于距受端電網(wǎng)較遠(yuǎn)，但是開(kāi)發(fā)需求迫切，經(jīng)濟(jì)效益較大的大型電源直接向受端電網(wǎng)輸電，這種送電方式僅涉及多個(gè)受端電網(wǎng)。在此基礎(chǔ)上發(fā)展了如圖1（b）所示的通道互聯(lián)模式，這種輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是指在單通道式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)增加了輸電通道間的橫向聯(lián)系。這兩種方式也稱為點(diǎn)對(duì)網(wǎng)型輸電結(jié)構(gòu)，其影響輸電能力的要素主要包括送端電源側(cè)因素、通道因素、受端電網(wǎng)側(cè)因素。

如圖1（c）所示的網(wǎng)對(duì)網(wǎng)式輸電結(jié)構(gòu)的送端網(wǎng)架較強(qiáng)，在線路N-1、N-2條件下仍有較強(qiáng)的匯集和輸送電力的能力，具有較高的安全可靠性。然而由于區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線有限，當(dāng)送端達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，可能出現(xiàn)新的失穩(wěn)模式，進(jìn)一步增加穩(wěn)定控制難度。圖1（d）為密集式輸電結(jié)構(gòu)，是指在網(wǎng)對(duì)網(wǎng)式輸電結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增加網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線及聯(lián)絡(luò)線之間的相互聯(lián)系，方便接入更多電源的輸電結(jié)構(gòu)。這種輸電方式由于送端網(wǎng)絡(luò)堅(jiān)強(qiáng)，其可靠性較高且對(duì)當(dāng)?shù)刎?fù)荷發(fā)展和電源外送的適應(yīng)性和協(xié)調(diào)性較好，運(yùn)行方式也比較靈活。在梯級(jí)流域電站發(fā)展到一定規(guī)模后，送端電源強(qiáng)壯，將出現(xiàn)源強(qiáng)網(wǎng)弱的現(xiàn)象。為了解決源-網(wǎng)不匹配的問(wèn)題，在梯級(jí)流域電站發(fā)展后期通常采用密集式輸電結(jié)構(gòu)。為了體現(xiàn)梯級(jí)電站規(guī)劃建設(shè)的發(fā)展過(guò)程，本文針對(duì)梯級(jí)電站接入下的單通道式和密集式輸電結(jié)構(gòu)進(jìn)行適應(yīng)性評(píng)估分析。

3 適應(yīng)性綜合評(píng)估方法

在梯級(jí)電站接入下的適應(yīng)性指標(biāo)評(píng)價(jià)體系建立后，需要進(jìn)一步確定各指標(biāo)權(quán)重。適應(yīng)性評(píng)估體系包含多個(gè)維度的指標(biāo)，不能采用單一的評(píng)價(jià)方法。本文采用熵權(quán)法和層次分析法相結(jié)合的方式計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重，綜合考慮主觀經(jīng)驗(yàn)和客觀信息對(duì)指標(biāo)權(quán)重的影響，避免單一評(píng)價(jià)方法在主、客觀認(rèn)識(shí)上的局限性，確定綜合指標(biāo)權(quán)重系數(shù)。計(jì)算權(quán)重的步驟如下。

步驟1令m為評(píng)價(jià)對(duì)象的個(gè)數(shù)，n為評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。定義第i個(gè)對(duì)象（i=1，2，…，m）的第j個(gè)指標(biāo)（i=1，2，…，n）的初始評(píng)分為 xij。

步驟2各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。適應(yīng)性評(píng)估體系中存在正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)，正向指標(biāo)表示指標(biāo)的數(shù)值越大，系統(tǒng)性能越優(yōu)越；逆向指標(biāo)表示指標(biāo)的數(shù)值越小，系統(tǒng)性能越優(yōu)越。同時(shí)，指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理能夠統(tǒng)一各指標(biāo)的單位，以便接下來(lái)計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。

本文構(gòu)建的適應(yīng)性評(píng)估體系中，正向指標(biāo)包括輸電網(wǎng)效率適應(yīng)性指標(biāo)、調(diào)節(jié)能力適應(yīng)性指標(biāo)、消納適應(yīng)性指標(biāo)和靈活適應(yīng)性指標(biāo)；逆向指標(biāo)包括輸電網(wǎng)安全適應(yīng)性指標(biāo)、輸電網(wǎng)故障適應(yīng)性指標(biāo)和網(wǎng)源匹配適應(yīng)性指標(biāo)。正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算分別為

式中：Xij為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象下的第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理后的指標(biāo)得分；xi為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的指標(biāo)得分的集合。

步驟3各評(píng)價(jià)指標(biāo)熵權(quán)的計(jì)算。信息熵表示各評(píng)價(jià)指標(biāo)復(fù)雜程度的度量，第j個(gè)指標(biāo)的信息熵計(jì)算公式為

式中：ej為第j個(gè)指標(biāo)的信息熵；pij為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象下的得分相對(duì)于第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在所有評(píng)價(jià)對(duì)象下的得分的占比。

采用1-ej表示第j個(gè)指標(biāo)的離散程度，熵權(quán)為指標(biāo)信息離散程度的體現(xiàn)。當(dāng)?shù)趈個(gè)指標(biāo)在所有評(píng)價(jià)對(duì)象上的值完全相同時(shí)，其為決策提供的信息量為0，即第j個(gè)指標(biāo)的存在對(duì)于決策評(píng)估是沒(méi)有影響的，那么第j個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)為0。因此，指標(biāo)蘊(yùn)含信息的離散程度表征該指標(biāo)熵權(quán)的大小，第j個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)ωj1計(jì)算公式為

步驟4采用1～9標(biāo)度方法構(gòu)造判斷矩陣。層次分析法是一種依賴主觀經(jīng)驗(yàn)的獲取指標(biāo)權(quán)重的方法，通過(guò)兩兩指標(biāo)之間的相對(duì)重要度構(gòu)造判斷矩陣，進(jìn)而計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。

本文構(gòu)建判斷矩陣時(shí)，優(yōu)先考慮系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行，因而輸電網(wǎng)安全、故障適應(yīng)性指標(biāo)對(duì)其他指標(biāo)的相對(duì)重要度較高；輸電網(wǎng)效率適應(yīng)性指標(biāo)和電源靈活性指標(biāo)對(duì)其他指標(biāo)的相對(duì)重要度較低。采用1～9標(biāo)度方法對(duì)n個(gè)指標(biāo)構(gòu)造相關(guān)的判斷矩陣A，判斷矩陣是1個(gè)階數(shù)為n的方陣，可表示為

式中，aij為元素i與元素j比較的相對(duì)重要程度的判斷。

步驟5一致性檢驗(yàn)和計(jì)算權(quán)重。通過(guò)式（19）構(gòu)造的判斷矩陣須通過(guò)一致性檢驗(yàn)，即判斷思維的邏輯是否一致。例如：存在3個(gè)指標(biāo)因素A、B和C，通過(guò)判斷矩陣的計(jì)算發(fā)現(xiàn)A比B重要，B比C重要，C卻比A重要，則判斷思維的邏輯不一致。通過(guò)計(jì)算一致性比例CR（consistency ratio）完成一致性檢驗(yàn)，計(jì)算公式分別為

式中：CI為一致性指標(biāo)；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)；λmax為判斷矩陣A的最大特征值；n為判斷矩陣A的階數(shù)。

一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)CR小于0.1時(shí)，認(rèn)為通過(guò)一致性檢驗(yàn)，否則需對(duì)判斷矩陣重新賦值。通過(guò)一致性檢驗(yàn)后，計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)由層次分析法獲得的權(quán)重ωj2，計(jì)算公式分別為

式中：ωij為判斷矩陣A的列向量歸一化后各元素的值；akj為判斷矩陣A第j列上各元素的值。

步驟6本文通過(guò)熵權(quán)法和層次分析法的結(jié)合，計(jì)算適應(yīng)性指標(biāo)的綜合權(quán)重，第j個(gè)指標(biāo)綜合權(quán)重ωj可表示為

式中，α為熵權(quán)的比重。綜合權(quán)重的數(shù)值受α的影響，適應(yīng)性評(píng)估體系研究中，不同研究學(xué)者對(duì)主客觀比重的考慮不同[21-23]，α取值也就不同。本文依據(jù)各指標(biāo)重要等級(jí)排序和主客觀賦權(quán)排序的一致性[23]，綜合考慮適應(yīng)性評(píng)估體系下主客觀因素的占比，對(duì)α進(jìn)行取值。

4 算例分析

本文以IEEE39節(jié)點(diǎn)的測(cè)試系統(tǒng)[24]為例，數(shù)據(jù)來(lái)源于某實(shí)際流域下3座梯級(jí)水電站運(yùn)行數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)景年的規(guī)劃數(shù)據(jù)，梯級(jí)水電站位于33、34和35節(jié)點(diǎn)，電網(wǎng)分為兩個(gè)區(qū)域，區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線為24-16、19-16、22-21，本文算例系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖A-1，其出力和裝機(jī)容量參數(shù)見(jiàn)附表A-1。

附錄A

附圖A-1 IEEE39節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.A-1 Topological structure of IEEE 39-node network

附表A-1 梯級(jí)電站裝機(jī)容量及出力參數(shù)Tab.A-1 Installed capacity and output parameters of cascaded power stations

4.1 梯級(jí)電站獨(dú)立運(yùn)行和聯(lián)合調(diào)度的適應(yīng)性對(duì)比

基于PSD-BPA仿真平臺(tái)，計(jì)算梯級(jí)電站獨(dú)立運(yùn)行和聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行下的各類評(píng)估指標(biāo)，結(jié)果如表1所示。獨(dú)立運(yùn)行和聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行分別表示同一流域下的梯級(jí)電站在龍頭水庫(kù)建立前后的運(yùn)行方式，例如聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行表示在龍頭水庫(kù)建立后由一利益主體統(tǒng)一調(diào)度的運(yùn)行方式。在兩種不同運(yùn)行模式下，各電站的出力情況不同。由表1可見(jiàn)，梯級(jí)電站的協(xié)調(diào)運(yùn)行有利于源網(wǎng)的匹配及消納能力的提高，但是對(duì)電網(wǎng)潮流的均勻度及安全適應(yīng)性方面有所削弱，可能會(huì)存在一些安全隱患。

4.2 梯級(jí)電站獨(dú)立運(yùn)行和聯(lián)合調(diào)度的適應(yīng)性對(duì)比

電網(wǎng)與電源的建設(shè)總是相輔相成的，梯級(jí)電站初期多為單一通道接入，后續(xù)為提高區(qū)域間電能輸送的能力，多進(jìn)行區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線的建設(shè)。本文根據(jù)第2節(jié)所提的電網(wǎng)演變特征，在分區(qū)1和分區(qū)2之間增加區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線16-36、21-35，如附圖A-1中用虛線所示。同樣采用文中所提的適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算，結(jié)果如表2所示。

由表2的計(jì)算結(jié)果可以看出，密集式輸電結(jié)構(gòu)對(duì)電網(wǎng)安全適應(yīng)性指標(biāo)有較大改善，但效率適應(yīng)性指標(biāo)有所降低，這符合安全與經(jīng)濟(jì)性相互矛盾的情況。

4.3 適應(yīng)性評(píng)估體系分析

算例采用第3節(jié)所介紹的層次分析法和熵權(quán)法相結(jié)合的綜合評(píng)估方法對(duì)梯級(jí)電站接入及電網(wǎng)規(guī)劃過(guò)程進(jìn)行適應(yīng)性指標(biāo)的評(píng)估。

將表1和表2中適應(yīng)性評(píng)估指標(biāo)初始值通過(guò)式（14）～（23）分別計(jì)算熵權(quán)法和層次分析法下的指標(biāo)權(quán)重。由于各指標(biāo)重要等級(jí)排序與主客觀賦權(quán)的權(quán)數(shù)排序并不一致，說(shuō)明客觀賦權(quán)法得到的權(quán)數(shù)參考價(jià)值較小，因此可取α=0.25，并通過(guò)式（24）計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的綜合權(quán)重，計(jì)算結(jié)果如表3所示，其中ωj1為由熵權(quán)法確定的權(quán)重，ωj2為由層次分析法確定的權(quán)重，ωj為綜合權(quán)重。

表1 梯級(jí)電站獨(dú)立運(yùn)行和聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行下的評(píng)估指標(biāo)對(duì)比Tab.1 Comparison of evaluation indexes for cascaded power stations under independent and combined operations

表2 獨(dú)立運(yùn)行模式下網(wǎng)架變化前后評(píng)估指標(biāo)的對(duì)比Tab.2 Comparison of evaluation indexes before and after changes in network frame in independent operation mode

表3中指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算過(guò)程需要注意構(gòu)建的判斷矩陣是否通過(guò)一致性校驗(yàn)。本文構(gòu)建的適應(yīng)性評(píng)估體系分為3個(gè)層級(jí)，利用式（20）和式（21）計(jì)算第3層判斷矩陣的CR值為0.011 9，第2層判斷矩陣的CR值為0，均小于0.1，可認(rèn)為通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

表3 各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算權(quán)重Tab.3 Calculated weight of each index

采用熵權(quán)法和層次分析法的綜合方式計(jì)算指標(biāo)權(quán)重后，本文考慮梯級(jí)電站的規(guī)劃接入及電網(wǎng)配套送出工程的建設(shè)，對(duì)所構(gòu)建的4類場(chǎng)景的評(píng)價(jià)結(jié)果如圖2所示。其中，場(chǎng)景1為梯級(jí)電站單獨(dú)運(yùn)行，且通過(guò)單通道式輸電結(jié)構(gòu)接入電網(wǎng)；場(chǎng)景2為梯級(jí)電站聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行，且通過(guò)單通道式輸電結(jié)構(gòu)接入電網(wǎng)；場(chǎng)景3為梯級(jí)電站獨(dú)立運(yùn)行，且采用密集式輸電結(jié)構(gòu)；場(chǎng)景4為梯級(jí)電站聯(lián)合運(yùn)行，且采用密集式輸電結(jié)構(gòu)。

由圖2可知，當(dāng)梯級(jí)電站聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行且輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為密集式時(shí)，其適應(yīng)性評(píng)價(jià)分值最高，為85.697 1分；當(dāng)梯級(jí)電站單獨(dú)運(yùn)行且輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為單通道時(shí)，評(píng)價(jià)分值最低，為21.731 7分。這說(shuō)明網(wǎng)源有機(jī)協(xié)調(diào)和多外送通道結(jié)構(gòu)有助于梯級(jí)水電的消納且提高供電的安全可靠水平，且網(wǎng)源有機(jī)協(xié)調(diào)要比多外送通道結(jié)構(gòu)帶來(lái)的積極影響更大。

同時(shí)，由表1可知，梯級(jí)電站獨(dú)立運(yùn)行且通過(guò)單通道式結(jié)構(gòu)接入電網(wǎng)的場(chǎng)景下，各類正向或逆向指標(biāo)相較于其他場(chǎng)景明顯偏小或偏大。因此，采用本文構(gòu)建的熵權(quán)法和層次分析法相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)方法得到的圖2所示結(jié)果與表1所示各項(xiàng)指標(biāo)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)所示結(jié)果基本一致，證明了本文采用的綜合評(píng)估方法的有效性。

圖2 評(píng)價(jià)分值Fig.2 Evaluation scores

4.4 不同賦權(quán)方法的評(píng)估效果對(duì)比

將本文采用的綜合評(píng)估方法與主層次分析法的評(píng)估結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如表4所示。

表4 不同賦權(quán)方法的評(píng)估效果對(duì)比Tab.4 Comparison between evaluation results obtained using different weighting methods

由表4可以看出，通過(guò)主層次分析法確定的網(wǎng)源匹配適應(yīng)性指標(biāo)M的權(quán)重非常小，主要原因是主層次分析法賦權(quán)依賴各組數(shù)據(jù)方差貢獻(xiàn)率，而該指標(biāo)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)離散度較小。因此，主層次分析法相較于本文采用的綜合評(píng)估方法不能有效地反映梯級(jí)水電發(fā)展規(guī)劃過(guò)程中源-網(wǎng)匹配程度，從而驗(yàn)證了本文評(píng)估方法的有效性。

5 結(jié)論

針對(duì)西南水電強(qiáng)源弱網(wǎng)的不匹配特性，本文圍繞源-網(wǎng)適應(yīng)性提出了一套指標(biāo)綜合評(píng)估體系。其中電網(wǎng)側(cè)主要從結(jié)構(gòu)演變的適應(yīng)性來(lái)表征大規(guī)模水電外送輸電網(wǎng)安全運(yùn)行的能力和輸電網(wǎng)效率性能，電源側(cè)主要用來(lái)表征電源的調(diào)節(jié)能力、消納效率、靈活程度和網(wǎng)源匹配程度，具有全面、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。利用熵權(quán)法和層次分析法的綜合評(píng)估方法計(jì)算指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)重，得到長(zhǎng)時(shí)間尺度下考慮不同規(guī)劃接入方案和網(wǎng)架演變過(guò)程的評(píng)估結(jié)果。最后，以IEEE39節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和某流域的梯級(jí)電站運(yùn)行的實(shí)際數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行綜合評(píng)估，得到以下結(jié)論。

（1）梯級(jí)水電運(yùn)行模式由獨(dú)立運(yùn)行轉(zhuǎn)為聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，消納適應(yīng)性指標(biāo)從0.463 6提升為0.512 9，表明源網(wǎng)有機(jī)協(xié)調(diào)有助于梯級(jí)水電的消納水平，能充分發(fā)揮梯級(jí)水電在多級(jí)電網(wǎng)中的調(diào)節(jié)作用并最大程度地利用水電資源。

（2）輸電結(jié)構(gòu)由單通道結(jié)構(gòu)改為密集式結(jié)構(gòu)時(shí)，安全適應(yīng)性指標(biāo)從0.140 4提升為0.136 5，表明多外送通道結(jié)構(gòu)能有效提高供電的安全可靠水平，有助于改善梯級(jí)水電外送輸電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

（3）梯級(jí)電站聯(lián)合運(yùn)行和多外送通道結(jié)構(gòu)能夠很好地降低梯級(jí)水電棄水率，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)還能有效地提高其外送輸電網(wǎng)的安全可靠性，可為梯級(jí)電站開(kāi)發(fā)規(guī)劃提供理論依據(jù)。