CN103426122A - 一种微电网综合评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微电网综合评价方法，将微电网的经济性评价指标、微电网的碳排放评价指标、微电网的可靠性评价指标和微电网的安全性评价指标作为微电网的综合评价指标；其中微电网的经济性评价G₁(X)和微电网的碳排放评价G₂(X)作为微电网总体综合评价max G(X)的目标函数，微电网的可靠性评价和微电网的安全性评价作为微电网总体综合评价max G(X)的约束条件，得出微电网投资效益的多目标评价模型：本发明从微电网的经济性、可靠性、碳排放等多方面对微电网进行全面评价，实现了自动化决策，计算简便且可操作性请，获得的数据更准确。本发明还为微电网工程的技术方案比较及微电网综合评价提供了理论依据。

Description

一种微电网综合评价方法

技术领域

本发明涉及一种微电网综合评价方法，适用于对分布式发电系统的评估。属于电网技术领域。

背景技术

传统发电主要采用火力发电，随着化石能源的日趋枯竭及低碳、环保的要求，新能源逐渐代替了传统发电。现有清洁能源包括风能、水能、太阳能等，这些清洁能源采用分布式发电，又称为分布式能源。如果将这些分布式能源直接并网有可能造成电力系统的电能质量、电网安全稳定性等诸多问题。为了进一步提高电力系统运行的灵活性、可控性和经济性，以及更好地满足电力用户对电能质量和供电可靠性的更高要求，微电网应运而生。

微电网技术旨在中低压配电网层面实现分布式发电技术的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网运行，并通过智能能量管理维持功率局部优化与平衡，有效降低系统运行调度难度，微电网独立运行还可在外部电网故障时继续向关键负荷供电，提高用电可靠性，所以微电网技术是实现分布式发电系统广泛应用的关键技术之一。电网公司为了清楚电网带来的收益效果，需要对电网运营情况进行评价，现有电网评价系统主要是针对传统电网而提出的，没有针对微电网进行评价。且传统电网评价主要从技术性、经济性、社会性、实用化等角度进行评价，而未考虑设备利用的状况，导致电力系统中的大量设备都未能发挥其最大效益。

发明内容

本发明的目的，是为了解决现有技术没有针对微电网进行评价，提供一种微电网综合评价方法，该方法实现了自动化决策、具有可操作性、更全面且准确性更高。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种微电网综合评价方法，其特征在于：

1)将微电网的经济性评价指标、微电网的碳排放评价指标、微电网的可靠性评价指标和微电网的安全性评价指标作为微电网的综合评价指标；其中微电网的经济性评价G₁(X)和微电网的碳排放评价G₂(X)作为微电网总体综合评价maxG(X)的目标函数，微电网的可靠性评价和微电网的安全性评价作为微电网总体综合评价max G(X)的约束条件，得出微电网投资效益的多目标评价模型：

max G(X)=[a₁G₁(X)，a₂G₂(X)]^T

h_i(X)=0,g_j(X)≤0，i=1，2，···，k；j=1，2，···，m

X=(x₁，x₂，···，x_n)∈Eⁿ

式中，a1和a2分别为G₁(X)和G₂(X)的权重，权重的大小根据在实际中对环保和经济性的重视程度进行调整，h_i(X)＝0为等式约束条件，g_j(X)≤0为不等式约束条件，其中等式约束条件是功率平衡条件约束，即系统发电机总出力必须满足系统总负荷与传输线路网损之和；不等式约束条件包括发电机输出功率及母线电压幅值维持在系统稳定运行要求的范围内，传输线路的潮流不能超过上限，风能、太阳能发出的功率不能超过其最大可能的发电功率、备用容量的约束、机组响应速度的约束和电池运行条件的约束；

2)微电网的经济性评价指标包括微电网的成本评价指标和微电网的收益评价指标，微电网的经济性评价G₁(X)是微电网的成本与微电网的收益比；微电网的可靠性评价指标包括负荷点可靠性评价指标和系统的可靠性评价指标，微电网的可靠性评价是对系统的可靠性评价指标进行加权处理，微电网的碳排放评价G₂(X)是微电网的碳排放量指标。

本发明的进一步方案：所述微电网的成本评价指标包括微电网的建设成本、燃料成本、维护成本与折旧成本、运行成本和其他成本；

1)微电网的建设成本包括太阳能、风力机组、柴油发电机组、储能设备、无功补偿设备、变压器、线路成本；则微电网的建设成本为C_J用表达式表示为：

$C_J=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i$

式中，m表示微电网中有m种设备，第i种设备的成本为C_i，

对于各种发电形式来说，其建设成本主要包括设备成本和安装成本；

2)燃料成本主要是指柴油机发电，则柴油机的燃料成本为C_fuel用表达式表示为：

$C_{\mathrm{fuel}}=a{P}_{\mathrm{dg}}^2+b{P}_{\mathrm{dg}}+c=0.0071P_{\mathrm{dg}}^2+0.2333P_{\mathrm{dg}}+0.4333$

式中，P_dg表示柴油机发出的功率；

3)维护成本与折旧成本主要考虑光伏发电、风力发电、燃料电池、柴油机的维护成本与折旧成本；则维护与折旧成本为C_OM用表达式表示为：

$C_{\mathrm{OM}}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{OM}}_i\left(P_{\mathrm{it}}\right)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{K}_{\mathrm{OMi}}{P}_{\mathrm{it}}$

式中，m表示微电网中共有m种发电形式，第i种形式的运行与管理的维护费用为OM_i(P_it)，第i种发电形式发出的功率为P_it，其维护管理系数为K_OMi；

4)运行成本主要考虑网络损耗费用，运行成本为C_loss用表达式表示为：

$C_{\mathrm{loss}}=P_{\mathrm{loss}}\×C_e\×T=C_e\×\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{k(i,j)}[U_i^2+U_j^2-2U_i{U}_j\cos ({\mathrm{\θ}}_i-{\mathrm{\θ}}_j)]$

式中，运行时间为T，电价为C_e，N为系统支路总数；G_k（i，j）为支路K的电导，i、j分别为支路k两端节点号；U_i、U_j分别为节点i、j的电压值；θ_i、θ_j分别为节点i、j的电压相角；

5)其他成本指标主要考虑国家征收火力发电排放出的二氧化碳、二氧化硫的税，其他成本指标为C_s用表达式表示为：

C_S＝C_CO2×Q_CO2+C_SO2×Q_SO2

式中，C_CO2为排放每吨二氧化碳征收的税，Q_CO2为二氧化碳的排放量，C_SO2为排放二氧化硫征收的税，Q_SO2为二氧化硫的排放量。

本发明的进一步方案：所述微电网的收益评价指标包括售电收入和财政补贴；

1)售电收入主要包括各种形式的发电上网所获得的收入，其中新型能源的上网电价高于传统形式的上网电价，则售电收入为C_sell用表达式表示为：

$C_{\mathrm{sell}}=C_e\×Q\left(t\right)=\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{C}_e{P}_i$

式中，m表示微电网中有m种发电形式，在运行时间T内售出的电量为Q(t)，第i种发电形式发出的功率为P_i，每kW·h电量的电价为C_e；

2)财政补贴是依据清洁能源机制CDM下国内外对新能源发电的补贴政策和国家对新能源的电价补贴政策，财政补贴为C_butie，用公式表示为：

$C_{\mathrm{butie}}=(C_{\mathrm{dom}}+C_{\mathrm{abd}})\×Q+\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{\mathrm{ei}}{P}_i\left(t\right)$

式中，C_dom表示国内减排一吨碳的成本，C_abd表示国外减排一吨碳的成本，Q表示新能源发电减少的碳排放量,M表示有M种新能源,每kW·h第i种新能源发电的补贴电价C_ei，第i种发电形式发出的功率为P_i,运行时间为t。

本发明的进一步方案：微电网的经济性评价G₁(X)是微电网的总体经济性评价K，微电网的投入为F₁，微电网的产出为F₂，则有如下关系表达式：

$K=\frac{F_2}{F_1}=\frac{C_{\mathrm{sell}}+C_{\mathrm{butie}}}{C_J+C_{\mathrm{OM}}+C_{\mathrm{loss}}+C_s+C_{\mathrm{fuel}}}$

式中，C_sell为售电收入，C_butie为财政补贴，C_J为建设成本，C_OM为维护与折旧成本，C_loss为运行成本，C_s为其他成本，C_fuel为燃料成本。

本发明的进一步方案：微电网的碳排放评价主要根据微电网中的各种资源发电的多少，计算出碳的排放量R，碳排放量R用表达式表示为：

R＝Σm_iδ_i

其中，m_i为一次能源的消费标准量；δ_i为i类能源的碳排放系数。

本发明的进一步方案：所述负荷点可靠性评价指标用以反映各负荷点的供电可靠性程度，包括负荷点故障率λ(次/a)、负荷点每次故障停电持续时间γ(h/次)、负荷点的年平均停电时间T_fail(h/a)，

对于n个串联可修复元件，其等效可靠性评价指标表达式如下：

$\mathrm{\λ}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i$

$\mathrm{\γ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i{\mathrm{\γ}}_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i}$

$T_{\mathrm{fail}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i{\mathrm{\γ}}_i$

对于两个并联可修复元件，其等效可靠性评价指标计算如下：

λ＝λ₁λ₂(γ₁+γ₂)

$\mathrm{\γ}=\frac{{\mathrm{\γ}}_1{\mathrm{\γ}}_2}{{\mathrm{\γ}}_1+{\mathrm{\γ}}_2}$

T_fail=λγ

所述系统的可靠性评价指标包括系统平均停电频率SAIFI、系统平均停电持续时间SAIDI、平均供电可用率ASAI，

1)系统平均停电频率SAIFI是指每个由系统供电的用户在单位时间内的平均停电次数，用如下表达式表示：

$\mathrm{SAIFI}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i{\mathrm{\λ}}_i}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i}$

2)系统平均停电持续时间SAIDI是指每个由系统供电的用户在单位时间内的平均停电持续时间，用如下表达式表示：

$\mathrm{SAIDI}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i{T}_{\mathrm{fail}}}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i}$

3)平均供电可用率ASAI是指一年内用户经受的不停电小时总数与用户要求的总供电小时数之比，用如下表达式表示：

$\mathrm{ASAI}=\frac{8760{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i{T}_{\mathrm{fail}}}{8760{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i}$

式中，负荷点故障率λ，N_L为微电网中负荷点的数量；N_i为连接在负荷点i的用户数量，

4)微电网的可靠性评价是系统的可靠性评价的综合评分值y，用如下表达式表示：

$y=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{y}_i$

式中：m表示m个微电网的可靠性评价指标，w_i为第i个评价指标的权重系数，所有权重系数之和为1；y_i为评价指标值。

本发明的进一步方案：根据给定的方案，分别提出微电网的经济性、低碳性和可靠性评价指标，然后提出微电网的综合评价方法，采用低碳模型将微电网的经济性评价G₁(X)和微电网的碳排放评价G₂(X)综合考虑，作为评价的目标函数。

本发明的进一步方案：所述低碳模型分为传统发电形式和新型发电形式，所述传统发电形式的低碳模型是将微电网的成本折算为碳的指标值；所述新型发电形式的低碳模型是将微电网的成本折算为碳的指标值减去减少的处理污染物所用的价钱折算为碳的指标值和财政补贴折算为碳的指标值。

本发明的有益效果：

1)、本发明将微电网的经济性、可靠性、碳排放、安全性等多方面评价指标作为微电网的综合评价依据，微电网的经济性评价G₁(X)和微电网的碳排放评价G₂(X)作为微电网总体综合评价max G(X)的目标函数，微电网的可靠性评价和微电网的安全性评价作为微电网总体综合评价max G(X)的约束条件，对微电网进行全面评价，该方法采用自动化决策，使计算简便、可操作性更强，获得的微电网综合评价数据更准确。

2)、微电网的经济性评价指标包括微电网的建设成本、燃料成本、维护成本与折旧成本、运行成本和其他成本，考虑到了设备的利用状况，考虑更全面，使电力系统中的大量设备都充分发挥其最大效益。

3)、本发明还为微电网工程的技术方案比较及微电网综合评价提供了理论依据。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明：

本发明的一种微电网综合评价方法，

1)将微电网的经济性评价指标、微电网的碳排放评价指标、微电网的可靠性评价指标和微电网的安全性评价指标作为微电网的综合评价指标；其中微电网的经济性评价G₁(X)和微电网的碳排放评价G₂(X)作为微电网总体综合评价maxG(X)的目标函数，微电网的可靠性评价和微电网的安全性评价作为微电网总体综合评价max G(X)的约束条件，得出微电网投资效益的多目标评价模型：

max G(X)=[a₁G₁(X)，a₂G₂(X)]^T

h_i(X)=0,g_j(X)≤0，i=1，2，···，k；j=1，2，···，m

X=(x₁，x₂，···，x_n)∈Eⁿ

式中，a1和a2分别为G₁(X)和G₂(X)的权重，权重的大小根据在实际中对环保和经济性的重视程度进行调整，h_i(X)＝0为等式约束条件，g_j(X)≤0为不等式约束条件，其中等式约束条件是功率平衡条件约束，即系统发电机总出力必须满足系统总负荷与传输线路网损之和；不等式约束条件包括发电机输出功率及母线电压幅值维持在系统稳定运行要求的范围内，传输线路的潮流不能超过上限，风能、太阳能等发出的功率不能超过其最大可能的发电功率、备用容量的约束、机组响应速度的约束和电池运行条件的约束等；

2)微电网的经济性评价指标包括微电网的成本评价指标和微电网的收益评价指标，微电网的经济性评价G₁(X)是微电网的成本与微电网的收益比；微电网的可靠性评价指标包括负荷点可靠性评价指标和系统的可靠性评价指标，微电网的可靠性评价是对系统的可靠性评价指标进行加权处理，微电网的碳排放评价G₂(X)是微电网的碳排放量指标。

所述微电网的成本评价指标包括微电网的建设成本、燃料成本、维护成本与折旧成本、运行成本和其他成本；

1)微电网的建设成本包括太阳能、风力机组、柴油发电机组、储能设备、无功补偿设备、变压器、线路成本；则微电网的建设成本为C_J用表达式表示为：

$C_J=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i$

式中，m表示微电网中有m种设备，第i种设备的成本为C_i，

对于各种发电形式来说，其建设成本主要包括设备成本和安装成本；

2)燃料成本主要是指柴油机发电，则柴油机的燃料成本为C_fuel用表达式表示为：

$C_{\mathrm{fuel}}=a{P}_{\mathrm{dg}}^2+b{P}_{\mathrm{dg}}+c=0.0071P_{\mathrm{dg}}^2+0.2333P_{\mathrm{dg}}+0.4333$

式中，P_dg表示柴油机发出的功率；

3)维护成本与折旧成本主要考虑光伏发电、风力发电、燃料电池、柴油机的维护成本与折旧成本；则维护与折旧成本为C_OM用表达式表示为：

$C_{\mathrm{OM}}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{OM}}_i\left(P_{\mathrm{it}}\right)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{K}_{\mathrm{OMi}}{P}_{\mathrm{it}}$

式中，m表示微电网中共有m种发电形式，第i种形式的运行与管理的维护费用为OM_i(P_it)，第i种发电形式发出的功率为P_it，其维护管理系数为K_OMi；

4)运行成本主要考虑网络损耗费用，运行成本为C_loss用表达式表示为：

$C_{\mathrm{loss}}=P_{\mathrm{loss}}\×C_e\×T=C_e\×\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{k(i,j)}[U_i^2+U_j^2-2U_i{U}_j\cos ({\mathrm{\θ}}_i-{\mathrm{\θ}}_j)]$

式中，运行时间为T，电价为C_e，N为系统支路总数；G_k(i,j)为支路K的电导，i、j分别为支路k两端节点号；U_i、U_j分别为节点i、j的电压值；θ_i、θ_j分别为节点i、j的电压相角；

5)其他成本指标主要考虑国家征收火力发电排放出的二氧化碳、二氧化硫的税，其他成本指标为C_s用表达式表示为：

C_S=C_CO2×Q_CO2-C_SO2×Q_SO2

式中，C_CO2为排放每吨二氧化碳征收的税，Q_CO2为二氧化碳的排放量，C_SO2为排放二氧化硫征收的税，Q_SO2为二氧化硫的排放量。

所述微电网的收益评价指标包括售电收入和财政补贴；

1)售电收入主要包括各种形式的发电上网所获得的收入，其中新型能源的上网电价高于传统形式的上网电价，则售电收入为C_sell用表达式表示为：

$C_{\mathrm{sell}}=C_e\×Q\left(t\right)=\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{C}_e{P}_i$

式中，m表示微电网中有m种发电形式，在运行时间T内售出的电量为Q(t)，第i种发电形式发出的功率为P_i，每kW·h电量的电价为C_e；

2)财政补贴是依据清洁能源机制CDM下国内外对新能源发电的补贴政策和国家对新能源的电价补贴政策，财政补贴为C_butie，用公式表示为：

$C_{\mathrm{butie}}=(C_{\mathrm{dom}}+C_{\mathrm{abd}})\×Q+\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{\mathrm{ei}}{P}_i\left(t\right)$

式中，C_dom表示国内减排一吨碳的成本，C_abd表示国外减排一吨碳的成本，Q表示新能源发电减少的碳排放量,M表示有M种新能源,每kW·h第i种新能源发电的补贴电价C_ei，第i种发电形式发出的功率为P_i,运行时间为t。

微电网的经济性评价G₁(X)是微电网的总体经济性评价K，微电网的投入为F₁，微电网的产出为F₂，则有如下关系表达式：

$K=\frac{F_2}{F_1}=\frac{C_{\mathrm{sell}}+C_{\mathrm{butie}}}{C_J+C_{\mathrm{OM}}+C_{\mathrm{loss}}+C_s+C_{\mathrm{fuel}}}$

式中，C_sell为售电收入，C_butie为财政补贴，C_J为建设成本，C_OM为维护与折旧成本，C_loss为运行成本，C_s为其他成本，C_fuel为燃料成本。

所述微电网的碳排放评价主要根据微电网中的各种资源发电的多少，计算出碳的排放量R，碳排放量R用表达式表示为：

R=Σm_iδ_i

其中，m_i为一次能源的消费标准量；δ_i为i类能源的碳排放系数。

下表是各类能源的碳排放系数

碳排放量=煤炭消耗量*煤炭消耗碳排放系数+石油消耗量*石油消耗碳排放系数+天然气消耗量*天然气消耗碳排放系数

污染物处理费用=二氧化碳排放量*0.21+二氧化硫排放量*14.842+62.964*氮氧化物排放量。

所述负荷点可靠性评价指标用以反映各负荷点的供电可靠性程度，包括负荷点故障率λ(次/a)、负荷点每次故障停电持续时间γ(h/次)、负荷点的年平均停电时间T_fail(h/a)，

对于n个串联可修复元件，其等效可靠性评价指标表达式如下：

$\mathrm{\λ}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i$

$\mathrm{\γ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i{\mathrm{\γ}}_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i}$

$T_{\mathrm{fail}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i{\mathrm{\γ}}_i$

对于两个并联可修复元件，其等效可靠性评价指标计算如下：

λ＝λ₁λ₂(γ₁+γ₂)

$\mathrm{\γ}=\frac{{\mathrm{\γ}}_1{\mathrm{\γ}}_2}{{\mathrm{\γ}}_1+{\mathrm{\γ}}_2}$

T_fail＝λγ

所述系统的可靠性评价指标包括系统平均停电频率SAIFI、系统平均停电持续时间SAIDI、平均供电可用率ASAI，

1)系统平均停电频率SAIFI是指每个由系统供电的用户在单位时间内的平均停电次数，用如下表达式表示：

$\mathrm{SAIFI}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i{\mathrm{\λ}}_i}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i}$

2)系统平均停电持续时间SAIDI是指每个由系统供电的用户在单位时间内的平均停电持续时间，用如下表达式表示：

$\mathrm{SAIDI}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i{T}_{\mathrm{fail}}}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i}$

3)平均供电可用率ASAI是指一年内用户经受的不停电小时总数与用户要求的总供电小时数之比，用如下表达式表示：

$\mathrm{ASAI}=\frac{8760{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i{T}_{\mathrm{fail}}}{8760{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i}$

式中，负荷点故障率λ，N_L为微电网中负荷点的数量；N_i为连接在负荷点i的用户数量，

4)微电网的可靠性评价是系统的可靠性评价的综合评分值y，用如下表达式表示：

$y=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{y}_i$

式中：m表示m个微电网的可靠性评价指标，w_i为第i个评价指标的权重系数，所有权重系数之和为1；y_i为评价指标值。

根据给定的方案，分别提出微电网的经济性、低碳性和可靠性评价指标，然后提出微电网的综合评价方法，采用低碳模型将微电网的经济性评价G₁(X)和微电网的碳排放评价G₂(X)综合考虑，作为评价的目标函数。

所述低碳模型分为传统发电形式和新型发电形式，所述传统发电形式的低碳模型是将微电网的成本折算为碳的指标值；所述新型发电形式的低碳模型是将微电网的成本折算为碳的指标值减去减少的处理污染物所用的价钱折算为碳的指标值和财政补贴折算为碳的指标值。用总的碳的指标来衡量微电网的经济性的好坏，总的碳指标值越小，说明微电网的总体效益越好。

所述传统发电形式的低碳模型是将微电网的成本折算为碳的指标值；

对于传统的发电形式(如火力发电)，将传统的发电形式的建设成本、维护与折旧成本、运行成本及国家对火力发电所排放出的二氧化碳、二氧化硫等征收的税都折算成碳的指标，碳指标的值表示为：

A＝A₁+A₂+A₃+A₄+A₅

式中A₁为传统的发电形式的建设成本折算为碳的指标值，A₂为燃料成本折算为碳的标准值，A₃为维护与折旧成本折算为碳的指标值，A₄为运行成本折算为碳的指标值，A₅为国家对火力发电排放出的二氧化碳、二氧化硫征收的税折算为碳的指标值。

对于新型的发电形式，对新型的发电形式(如风力发电、太阳能发电、蓄电池发电)，将其建设成本、维护与折旧成本、运行成本、减少的污染物排放、国家的财政补贴都折算成碳的指标，

碳指标的值表示为：

B=B₁+B₂+B₃－B₄－B₅

式中B₁为新型发电形式的建设成本折算为碳的指标值，B₂为维护与折旧成本折算为碳的指标值，B₃为运行成本折算为碳的指标值，B₄为新型的发电形式减少的处理污染物所用的价钱所折算为碳的指标值，B₅为国家的财政补贴折算为碳的指标值。

对微电网总体综合评价max G(X)的公式如下：

max G(X)=[a₁G₁(X)，a₂G₂(X)]^T

s.t.h_i(X)=0,g_j(X)≤0,

i=1，2，···，k,j=1，2，···，m

X=(x₁，x₂，···，x_n)∈Eⁿ

将碳的指标值A/B带入公式的G₂(X)中，将微电网的总体经济性评价K带入公式G₁(X)中，优化后得到的最大值是微电网总体综合评价max G(X)。

Claims (8)

1.一种微电网综合评价方法，其特征在于：

1)将微电网的经济性评价指标、微电网的碳排放评价指标、微电网的可靠性评价指标和微电网的安全性评价指标作为微电网的综合评价指标；其中微电网的经济性评价G₁(X)和微电网的碳排放评价G₂(X)作为微电网总体综合评价max G(X)的目标函数，微电网的可靠性评价和微电网的安全性评价作为微电网总体综合评价max G(X)的约束条件，得出微电网投资效益的多目标评价模型：

max G(X)=[a₁G₁(X)，a₂G₂(X)]^T

h_i(X)=0,g_j(X)≤0，i=1，2，···，k；j=1，2，···，m

X=(x₁，x₂，···，x_n)∈Eⁿ

式中，a1和a2分别为G₁(X)和G₂(X)的权重，权重的大小根据在实际中对环保和经济性的重视程度进行调整，h_i(X)＝0为等式约束条件，g_j(X)≤0为不等式约束条件，其中等式约束条件是功率平衡条件约束，即系统发电机总出力必须满足系统总负荷与传输线路网损之和；不等式约束条件包括发电机输出功率及母线电压幅值维持在系统稳定运行要求的范围内，传输线路的潮流不能超过上限，风能、太阳能发出的功率不能超过其最大可能的发电功率、备用容量的约束、机组响应速度的约束和电池运行条件的约束；

2)微电网的经济性评价指标包括微电网的成本评价指标和微电网的收益评价指标，微电网的经济性评价G₁(X)是微电网的成本与微电网的收益比；微电网的可靠性评价指标包括负荷点可靠性评价指标和系统的可靠性评价指标，微电网的可靠性评价是对系统的可靠性评价指标进行加权处理，微电网的碳排放评价G₂(X)是微电网的碳排放量指标。

2.根据权利要求1所述的一种微电网综合评价方法，其特征在于：所述微电网的成本评价指标包括微电网的建设成本、燃料成本、维护成本与折旧成本、运行成本和其他成本；

1)微电网的建设成本包括太阳能、风力机组、柴油发电机组、储能设备、无功补偿设备、变压器、线路成本；则微电网的建设成本为C_J用表达式表示为：

$C_J=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i$

式中，m表示微电网中有m种设备，第i种设备的成本为C_i，

对于各种发电形式来说，其建设成本主要包括设备成本和安装成本；

2)燃料成本主要是指柴油机发电，则柴油机的燃料成本为C_fuel用表达式表示为：

$C_{\mathrm{fuel}}=a{P}_{\mathrm{dg}}^2+b{P}_{\mathrm{dg}}+c=0.0071P_{\mathrm{dg}}^2+0.2333P_{\mathrm{dg}}+0.4333$

式中，P_dg表示柴油机发出的功率；

3)维护成本与折旧成本主要考虑光伏发电、风力发电、燃料电池、柴油机的维护成本与折旧成本；则维护与折旧成本为C_OM用表达式表示为：

$C_{\mathrm{OM}}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{OM}}_i\left(P_{\mathrm{it}}\right)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{K}_{\mathrm{OMi}}{P}_{\mathrm{it}}$

式中，m表示微电网中共有m种发电形式，第i种形式的运行与管理的维护费用为OM_i(P_it)，第i种发电形式发出的功率为P_it，其维护管理系数为K_OMi；

4)运行成本主要考虑网络损耗费用，运行成本为C_loss用表达式表示为：

$C_{\mathrm{loss}}=P_{\mathrm{loss}}\×C_e\×T=C_e\×\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{k(i,j)}[U_i^2+U_j^2-2U_i{U}_j\cos ({\mathrm{\θ}}_i-{\mathrm{\θ}}_j)]$

式中，运行时间为T，电价为C_e，N为系统支路总数；G_k(i，j)为支路K的电导，i、j分别为支路k两端节点号；U_i、U_j分别为节点i、j的电压值；θ_i、θ_j分别为节点i、j的电压相角；

5)其他成本指标主要考虑国家征收火力发电排放出的二氧化碳、二氧化硫的税，其他成本指标为C_s用表达式表示为：

C_j=C_CO2×Q_CO2+C_SO2×Q_SO2

式中，C_CO2为排放每吨二氧化碳征收的税，Q_CO2为二氧化碳的排放量，C_SO2为排放二氧化硫征收的税，Q_SO2为二氧化硫的排放量。

3.根据权利要求1所述的一种微电网综合评价方法，其特征在于：所述微电网的收益评价指标包括售电收入和财政补贴；

1)售电收入主要包括各种形式的发电上网所获得的收入，其中新型能源的上网电价高于传统形式的上网电价，则售电收入为C_sell用表达式表示为：

$C_{\mathrm{sell}}=C_e\×Q\left(t\right)=\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{C}_e{P}_i$

式中，m表示微电网中有m种发电形式，在运行时间T内售出的电量为Q(t)，第i种发电形式发出的功率为P_i，每kW·h电量的电价为C_e；

2)财政补贴是依据清洁能源机制CDM下国内外对新能源发电的补贴政策和国家对新能源的电价补贴政策，财政补贴为C_butie，用公式表示为：

$C_{\mathrm{butie}}=(C_{\mathrm{dom}}+C_{\mathrm{abd}})\×Q+\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{\mathrm{ei}}{P}_i\left(t\right)$

式中，C_dom表示国内减排一吨碳的成本，C_abd表示国外减排一吨碳的成本，Q表示新能源发电减少的碳排放量,M表示有M种新能源,每kW·h第i种新能源发电的补贴电价C_ei，第i种发电形式发出的功率为P_i,运行时间为。

4.根据权利要求1所述的一种微电网综合评价方法，其特征在于：微电网的经济性评价G₁(X)是微电网的总体经济性评价K，微电网的投入为F₁，微电网的产出为F₂，则有如下关系表达式：

$K=\frac{F_2}{F_1}=\frac{C_{\mathrm{sell}}+C_{\mathrm{butie}}}{C_J+C_{\mathrm{OM}}+C_{\mathrm{loss}}+C_s+C_{\mathrm{fuel}}}$

式中，C_sell为售电收入，C_butie为财政补贴，C_J为建设成本，C_OM为维护与折旧成本，C_loss为运行成本，C_s为其他成本，C_fuel为燃料成本。

5.根据权利要求1所述的一种微电网综合评价方法，其特征在于：微电网的碳排放评价主要根据微电网中的各种资源发电的多少，计算出碳的排放量R，碳排放量R用表达式表示为：

R＝Σm_iδ_i

其中，m_i为一次能源的消费标准量；δ_i为i类能源的碳排放系数。

6.根据权利要求1所述的一种微电网综合评价方法，其特征在于：所述负荷点可靠性评价指标用以反映各负荷点的供电可靠性程度，包括负荷点故障率λ(次/a)、负荷点每次故障停电持续时间γ(h/次)、负荷点的年平均停电时间T_fail(h/a)，

对于n个串联可修复元件，其等效可靠性评价指标表达式如下：

$\mathrm{\λ}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i$

$\mathrm{\γ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i{\mathrm{\γ}}_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i}$

$T_{\mathrm{fail}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i{\mathrm{\γ}}_i$

对于两个并联可修复元件，其等效可靠性评价指标计算如下：

λ＝λ₁λ₂(γ₁+γ₂)

$\mathrm{\γ}=\frac{{\mathrm{\γ}}_1{\mathrm{\γ}}_2}{{\mathrm{\γ}}_1+{\mathrm{\γ}}_2}$

T_fail＝λγ

所述系统的可靠性评价指标包括系统平均停电频率SAIFI、系统平均停电持续时间SAIDI、平均供电可用率ASAI，

1)系统平均停电频率SAIFI是指每个由系统供电的用户在单位时间内的平均停电次数，用如下表达式表示：

$\mathrm{SAIFI}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i{\mathrm{\λ}}_i}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i}$

2)系统平均停电持续时间SAIDI是指每个由系统供电的用户在单位时间内的平均停电持续时间，用如下表达式表示：

$\mathrm{SAIDI}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i{T}_{\mathrm{fail}}}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i}$

3)平均供电可用率ASAI是指一年内用户经受的不停电小时总数与用户要求的总供电小时数之比，用如下表达式表示：

$\mathrm{ASAI}=\frac{8760{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i-{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i{T}_{\mathrm{fail}}}{8760{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_L}{N}_i}$

式中，负荷点故障率λ，N_L为微电网中负荷点的数量；N_i为连接在负荷点i的用户数量，

4)微电网的可靠性评价是系统的可靠性评价的综合评分值y，用如下表达式表示：

$y=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{y}_i$

式中：m表示m个微电网的可靠性评价指标，w_i为第i个评价指标的权重系数，所有权重系数之和为1；y_i为评价指标值。

7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的一种微电网综合评价方法，其特征在于：根据给定的方案，分别提出微电网的经济性、低碳性和可靠性评价指标，然后提出微电网的综合评价方法，采用低碳模型将微电网的经济性评价G₁(X)和微电网的碳排放评价G₂(X)综合考虑，作为评价的目标函数。

8.根据权利要求7所述的一种微电网综合评价方法，其特征在于：所述低碳模型分为传统发电形式和新型发电形式，所述传统发电形式的低碳模型是将微电网的成本折算为碳的指标值；所述新型发电形式的低碳模型是将微电网的成本折算为碳的指标值减去减少的处理污染物所用的价钱折算为碳的指标值和财政补贴折算为碳的指标值。