CN104599054A - 一种分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法，包括以下步骤：确定并计算配电网运行特性评价指标，配电网运行特性评价指标包括第一层指标、第二层指标和第三层指标；利用层次分析法确定配电网运行特性评价权重；建立第三层指标相对第一层指标的评价矩阵；计算第一层指标的评价向量及评价值。本发明提供的分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法，基于分布式电源发电及运行特点，从安全性指标、电能质量指标以及经济性指标三方面提出了评价接有分布式电源的配电网运行特性指标，运用模糊综合评价法与层次分析法相结合的方法实现了分布式电源并网后配电网运行特性的量化评估。

Description

一种分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法

技术领域

本发明属于配电网技术领域，具体涉及一种分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法。

背景技术

随着常规能源供应的日益紧张和环保呼声的不断高涨，发展分布式能源已成为世界各国促进节能减排的重要举措之一。分布式电源接入配电网作为推进能源战略调整及接纳可再生能源入网的重要手段，已得到世界各国的广泛重视和研究，在某些技术上已经取得突破性进展。国外对分布式能源的研究起步较早，用于分布式风力发电、光伏发电、冷/热电三联产等多项先进技术在美国、日本等发达国家已得到成熟应用。国内对分布式发电的研究与实践起步较晚，但发展迅速，随着我国能源战略调整的整体推进，国家陆续出台了一系列可再生能源相关的规划、实施政策和资金补助政策，并开展了“金太阳示范工程”、“太阳能屋顶计划”等项目建设工作，同时863、973等科技项目投入大量资金，用于分布式发电的研究，推进分布式发电的快速发展。

随着越来越多的分布式电源并入配电网，分布式电源对配电网的影响越加突出。分布式电源并网改变了原配电网的结构，使传统配电网由单电源放射状网络变为双端甚至多端电源网络。其注入的有功功率和无功功率改变了配电网潮流大小及流向，有可能造成配电网电压越限、网损增大、可靠性降低等情况。因此，亟需一套科学合理的评价体系及方法去评价和反映分布式电源接入后配电网的运行特性。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法，基于分布式电源发电及运行特点，从安全性指标、电能质量指标以及经济性指标三方面提出了评价接有分布式电源的配电网运行特性指标，运用模糊综合评价法与层次分析法相结合的方法实现了分布式电源并网后配电网运行特性的量化评估。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：确定并计算配电网运行特性评价指标，配电网运行特性评价指标包括第一层指标、第二层指标和第三层指标；

步骤2：利用层次分析法确定配电网运行特性评价权重；

步骤3：建立第三层指标相对第一层指标的评价矩阵；

步骤4：计算第一层指标的评价向量及评价值。

所述步骤1中，所述第一层指标为配电网综合评价指标；第二层指标包括安全性指标、电能质量指标和经济性指标；所述第三层指标包括安全性指标中的配电网事故后果严重程度、配电网结构强度和配电网脆弱性，电能质量指标中的短时电压波动度、电压谐波畸变率、电流谐波畸变率、电压偏差和三相不平衡度，以及经济性指标中的分布式电源接入后增加的备用容量费、单位分布式电源发电量的网络损耗效益、单位分布式电源发电量的发电成本效益和单位分布式电源发电量的环境成本效益。

所述安全性指标中，具体有：

1)配电网事故后果严重程度用ρ_S表示，有：

${\mathrm{\ρ}}_s=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{g=1}^{N_B}{\mathrm{\ρ}}_g}{N_B}$

其中，N_B为配电网线路总数；ρ_g为第g条线路故障时的事故后严重程度，表示为：

${\mathrm{\ρ}}_g=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_{\mathrm{FC}}}{S}_{\mathrm{FL}}^i\·{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{EL}}^i}{{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{N_{\mathrm{SC}}}{S}_{\mathrm{SL}}^j\·{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{SL}}^j}$

其中，N_FC为事故后配电网损失的负荷个数，N_SC为配电网的负荷总个数,为配电网第i个损失负荷的容量，为第j个配电网负荷的容量，为配电网第i个损失负荷的等级因子，为配电网第j个配电网负荷的等级因子；

2)配电网结构强度用K′表示，有：

$K^{\′}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{a=1}^{N_B}(K_a+1)/{\mathrm{\ρ}}_a}{{\mathrm{\Σ}}_{a=1}^{N_B}\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_a}}$

其中，K_a为第a条线路发生故障时的供电恢复策略个数；

3)配电网脆弱性用S表示，有：

S＝K′/ρ_s。

所述电能质量指标中，具体有：

1)短时电压波动度用d表示，有：

$d\≈\frac{\mathrm{\Δ}S\cos s(\mathrm{\φ}+\mathrm{\θ})}{S^{\′}}\×100\%$

其中，ΔS为分布式电源注入配电网功率的变化量，φ为从分布式电源并网点看入的配电网阻抗角，θ为分布式电源功率因数角，S′为分布式电源并网点的短路容量；

2)电压谐波畸变率用THD_U表示，有：

${\mathrm{THD}}_U=\frac{U_H}{U_1}\×100\%$

其中，U₁为基波电压的有效值；U_H为谐波电压含量，表示为：

$U_H=\sqrt{\underset{k=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{U}_k^2}$

其中，U_k为电压的k次谐波有效值；

3)电流谐波畸变率用THD_I表示，有：

${\mathrm{THD}}_I=\frac{I_H}{I_1}\×100\%$

其中，I₁为基波电流的有效值；I_H为谐波电流含量，表示为：

$I_H=\sqrt{\underset{k=2}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{i}_k^2}$

其中，i_k为电流的k次谐波有效值；

4)电压偏差用ΔU表示，有：

$\mathrm{\ΔU}=\frac{U_{\mathrm{DG}}-U_N}{U_N}\×100\%$

其中，U_DG为分布式电源并网点的实际电压，U_N为分布式电源并网点的额定电压；

5)三相不平衡度用ε_U表示，有：

对于中压配电网，其中U₂为负序电压有效值，U₁为正序电压有效值；

对于低压配网，其中U₀为零序电压有效值。

所述经济性指标中，具体有：

1)分布式电源接入后增加的备用容量费用F_b表示，有：

F_b＝P_BDG·β

其中，β为热备用损失收益，取平均电价；P_BDG为配电网为分布式电源提供的备用容量，表示为：

P_BDG＝P_DGmax·t_max

其中，P_DGmax为分布式电源的最大发电量，t_max为分布式电源的年最大发电小时数；

2)单位分布式电源发电量的网络损耗效益用F表示，有：

$F=\frac{({\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{DG}}-\mathrm{\ΔP})\·T_{\max }\·\mathrm{\τ}}{P_{\mathrm{TDG}}}$

其中，ΔP_DG为分布式电源并网后配电网的总网络损耗，ΔP为分布式电源并网前配电网的总网络损耗，T_max为年最大负荷利用小时数，P_TDG为分布式电源的年发电量，τ为平均电价；

3)单位分布式电源发电量的发电成本效益用C表示，有：

C＝C_A-C_DG

其中，C_A为火力发电单位发电量的发电成本，C_DG为分布式电源单位发电量的发电成本，分别表示为：

$C_A=\frac{C_f+C_m+C_z}{P_{\mathrm{Total}}}$

$C_{\mathrm{DG}}=\frac{C_{\mathrm{DGm}}+C_{\mathrm{DGz}}}{P_{\mathrm{TDG}}}$

其中，C_f为燃料成本，C_m为火力发电的运行成本，C_z为火力发电的折旧费用，C_DGm为分布式电源发电的运行成本，C_DGz为分布式电源发电的折旧费用，P_Total为火力发电的年发电量；

4)单位分布式电源发电量的环境成本效益用F_e表示，有：

$F_e=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{h=1}^m{P}_{\mathrm{TDG}}\·Q\·W_h\·(r_{\mathrm{ch}}-r_{\mathrm{DGh}})}{P_{\mathrm{TDG}}}$

其中，Q为分布式电源的年发电系数，表示为P_DG为分布式电源的额定功率；W_h为第h种污染物的环境价值；r_ch为火电单位发电量对应的第h种污染物的排放量；r_DGh为分布式电源单位发电量对应的第h种污染物的排放量；m为污染物种类总数。

所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2-1：建立第二层指标相对第一层指标的判断矩阵A2，并对A2进行一致性检验；

步骤2-2：建立第三层指标相对第二层指标的判断矩阵A3，并对A3进行一致性检验；

所述步骤2-1具体包括以下步骤：

步骤2-1-1：根据九级标度法建立第二层指标相对第一层指标的判断矩阵A2；

设第二层指标中的第σ个指标和第μ个指标分别为x_σ和x_μ，且σ∈[1,3]，μ∈[1,3]；第σ个指标x_σ相对第μ个指标x_μ的重要程度为a_σμ，其作为A2中的元素；A2中对角线元素取值均为1，对称元素互为倒数；

相对于第一层指标，a_σμ具体通过以下方式确定：

1)若x_σ相对x_μ同等重要，则a_σμ＝1；

2)若x_σ相对x_μ稍重要，则a_σμ＝3；

3)若x_σ相对x_μ重要，则a_σμ＝5；

4)若x_σ相对x_μ强重要，则a_σμ＝7；

5)若x_σ相对x_μ极重要，则a_σμ＝9；

6)若x_μ相对x_σ稍重要，则a_σμ＝1/3；

7)若x_μ相对x_σ重要，则a_σμ＝1/5；

8)若x_μ相对x_σ强重要，则a_σμ＝1/7；

9)若x_μ相对x_σ极重要，则a_σμ＝1/9；

10)若x_σ相对x_μ的比较结果介于同等重要和稍重要之间，a_σμ＝2；若x_σ相对x_μ的比较结果介于稍重要和重要之间，a_σμ＝4；x_σ相对x_μ的比较结果介于重要和强重要之间，a_σμ＝6；x_σ相对x_μ的比较结果介于强重要和极重要之间，a_σμ＝8；

11)若x_μ相对x_σ的比较结果介于稍重要和重要之间，a_σμ＝1/4；若x_μ相对x_σ的比较结果介于重要和强重要之间，a_σμ＝1/6；若x_μ相对x_σ的比较结果介于强重要和极重要之间，a_σμ＝1/8；

步骤2-1-2：计算A2的最大特征值λ_2max及其对应的特征向量，并将特征向量归一化处理，得到第二层指标的层次单排序权重向量W_D2，即W_D2＝(w_D1,w_D2,w_D3)^T，其中w_D1、w_D2和w_D3分别表示第二层指标中的安全性指标、电能质量指标和经济性指标的层次单排序权重；

步骤2-1-3：通过第二层指标的层次单排序一致性比例C.R.对A2进行一致性检验；

C.R.表示为：

$C\·R\·=\frac{C\·I\·}{R\·I\·}$

其中，C.I.表示A2的一致性指标，且n为A2的阶数；R.I.表示A2的平均随机指标，取值规则为：当n分别取1、2、3、4、5、6、7、8、9时，R.I.分别对应取0、0、0.58、0.9、1.12、1.24、1.32、1.41、1.45；

若C.R.<0.1，表明A2通过一致性检验；若C.R.≥0.1，则调整和修正A2，直至满足C.R.<0.1。

所述步骤2-2具体包括以下步骤：

步骤2-2-1：采用九级标度法建立第三层指标相对第二层指标的判断矩阵A3，计算A3的最大特征值及其对应的特征向量，并将特征向量做归一化处理，得到第三层指标的层次单排序权重向量，并用第二层指标的层次单排序权重向量与第三层指标的层次单排序权重向量相乘，得到第三层指标相对第一层指标的层次总排序权重向量，即第三层指标的层次总排序权重向量W_Z3＝(w_Z1,w_Z2,w_Z3,......,w_Z12)；

步骤2-2-2：通过第三层指标的层次总排序一致性比例C.R.³对A3进行一致性检验；

C.R.³表示为：

${C\&CenterDot;R\&CenterDot;}^3={C\&CenterDot;R\&CenterDot;}^2+\frac{{C\&CenterDot;I\&CenterDot;}^3}{{R\&CenterDot;I\&CenterDot;}^3}$

其中，C.R.²为第二层指标的层次总排序一致性比例，满足C.R.²＝C.R.；C.I.³为第三层指标层次总排序的一致性指标，R.I.³为第三层指标层次总排序的平均随机指标，分别表示为：

C.I.³＝C.I.1*w_D1+C.I.2*w_D2+C.I.3*w_D3

R.I.³＝R.I.1*w_D1+R.I.2*w_D2+R.I.3*w_D3

其中，C.I.1、C.I.2、C.I.3分别为A3的三个判断矩阵对应的层次单排序一致性指标，R.I.1、R.I.2、R.I.3分别为A3的三个判断矩阵对应的平均随机指标，w_D1、w_D2和w_D3分别表示第二层指标中的安全性指标、电能质量指标和经济性指标的层次单排序权重；

若C.R.³＜0.1，表明A3通过一致性检验；若C.R.³≥0.1，则调整和修正A3，直至满足C.R.³＜0.1。

所述步骤3中，通过模糊评价法建立第三层指标相对第一层指标的评价矩阵；具体的：

1)分析分布式电源并网后配电网的运行特性，确定第一层指标的指标集Y＝{y₁，y₂，...,y_Γ}和评语集V＝{v₁，v₂，...,v_ε,...,v_Ω}，其中Γ为第三层指标中指标的个数，y_Γ为第三层指标中第Γ个的指标，Ω为评语集中评价等级的个数，v_ε表示评语集中第ε个评价等级；

2)根据评语集中的评价等级对第三层指标进行模糊评判，得到第三层指标相对第一层指标的评价矩阵，用R3表示，有：

其中，r_ΓΩ表示y_Γ相对于v_Ω的隶属度，隶属度根据不同专家的理解以及配电网的不同运行状况自行确定，但需确保R3的每行元素之和为1。

所述步骤4具体包括以下步骤：

步骤4-1：将步骤2中得到的第三层指标的层次总排序权重向量W_Z3和步骤3中得到的第三层指标相对第一层指标的评价矩阵R3相乘，得到矩阵B′，表示为：

B′＝W_Z3·R3＝(b₁′，b₂′，...,b_ε′...,b′_Ω)

步骤4-2：将B′经归一化后，得到第一层指标的评价向量，用B表示，有：

B＝(b₁，b₂,…,b_ε,…,b_Ω)

步骤4-3：第一层指标的评价值用b表示，具体有：

$b=\underset{\mathrm{\&epsiv;}=1}{\overset{\mathrm{\&Omega;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{b}_{\mathrm{\&epsiv;}}\&CenterDot;v_{\mathrm{\&epsiv;}}.$

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供的分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法，能够真实反映分布式电源并网后配电网的运行特性；提出的评价方法可有效计算评价指标，量化评估结果可指导含分布式电源的配电网运行控制，从而最大化分布式电源并网给用户、电网和社会带来的效益。

附图说明

图1是本发明实施例中分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法流程图；

图2是本发明实施例中配电网运行特性评价指标示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1，本发明提供一种分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法，,包括以下步骤：

步骤1：确定并计算配电网运行特性评价指标，配电网运行特性评价指标包括第一层指标、第二层指标和第三层指标；

步骤2：利用层次分析法确定配电网运行特性评价权重；

步骤3：建立第三层指标相对第一层指标的评价矩阵；

步骤4：计算第一层指标的评价向量及评价值。

所述步骤1中，(如图2)所述第一层指标为配电网综合评价指标；第二层指标包括安全性指标、电能质量指标和经济性指标；所述第三层指标包括安全性指标中的配电网事故后果严重程度、配电网结构强度和配电网脆弱性，电能质量指标中的短时电压波动度、电压谐波畸变率、电流谐波畸变率、电压偏差和三相不平衡度，以及经济性指标中的分布式电源接入后增加的备用容量费、单位分布式电源发电量的网络损耗效益、单位分布式电源发电量的发电成本效益和单位分布式电源发电量的环境成本效益。

1)配电网事故后果严重程度用ρ_S表示，有：

${\mathrm{\&rho;}}_s=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{g=1}^{N_B}{\mathrm{\&rho;}}_g}{N_B}$

其中，N_B为配电网线路总数；ρ_g为第g条线路故障时的事故后严重程度，表示为：

${\mathrm{\&rho;}}_g=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{N_{\mathrm{FC}}}{S}_{\mathrm{FL}}^i\&CenterDot;{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{EL}}^i}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^{N_{\mathrm{SC}}}{S}_{\mathrm{SL}}^j\&CenterDot;{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{SL}}^j}$

其中，N_FC为事故后配电网损失的负荷个数，N_SC为配电网的负荷总个数,为配电网第i个损失负荷的容量，为第j个配电网负荷的容量，为配电网第i个损失负荷的等级因子，为配电网第j个配电网负荷的等级因子；

2)配电网结构强度用K′表示，有：

$K^{\&prime;}=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{a=1}^{N_B}(K_a+1)/{\mathrm{\&rho;}}_a}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{a=1}^{N_B}\frac{1}{{\mathrm{\&rho;}}_a}}$

其中，K_a为第a条线路发生故障时的供电恢复策略个数；由K(N-1+1)准则得出。

K(N-1+1)准则：当一条线路发生故障退出运行后，合上另一条线路或开关，可恢复供电，当有h个供电恢复策略时，K取h。

该指标为一种数学期望，反映了配电网各偶然事故在考虑事故后果严重程度之后，所对应供电恢复方案的一个平均数目。显然，K(N-1+1)准则中，K值越大，配电网结构越强，但若事故后严重程度指标大，此时会降低K值对该指标的影响。

配电网脆弱性用S表示，有：

S＝K′/ρ_s。

3)短时电压波动度用d表示，有：

$d\&ap;\frac{\mathrm{\&Delta;}S\cos s(\mathrm{\&phi;}+\mathrm{\&theta;})}{S^{\&prime;}}\&times;100\%$

其中，ΔS为分布式电源注入配电网功率的变化量，φ为从分布式电源并网点看入的配电网阻抗角，θ为分布式电源功率因数角，S′为分布式电源并网点的短路容量；

4)电压谐波畸变率用THD_U表示，有：

${\mathrm{THD}}_U=\frac{U_H}{U_1}\&times;100\%$

其中，U₁为基波电压的有效值；U_H为谐波电压含量，表示为：

$U_H=\sqrt{\underset{k=2}{\overset{\&infin;}{\mathrm{\&Sigma;}}}{U}_k^2}$

其中，U_k为电压的k次谐波有效值；

6)电流谐波畸变率用THD_I表示，有：

${\mathrm{THD}}_I=\frac{I_H}{I_1}\&times;100\%$

其中，I₁为基波电流的有效值；I_H为谐波电流含量，表示为：

$I_H=\sqrt{\underset{k=2}{\overset{\&infin;}{\mathrm{\&Sigma;}}}{i}_k^2}$

其中，i_k为电流的k次谐波有效值；

7)电压偏差用ΔU表示，有：

$\mathrm{\&Delta;U}=\frac{U_{\mathrm{DG}}-U_N}{U_N}\&times;100\%$

其中，U_DG为分布式电源并网点的实际电压，U_N为分布式电源并网点的额定电压；

8)三相不平衡度用ε_U表示，有：

对于中压配电网，其中U₂为负序电压有效值，U₁为正序电压有效值；

对于低压配网，其中U₀为零序电压有效值。

9)分布式电源接入后增加的备用容量费用F_b表示，有：

F_b＝P_BDG·β

其中，β为热备用损失收益，取平均电价；P_BDG为配电网为分布式电源提供的备用容量，表示为：

P_BDG＝P_DGmax·t_max

其中，P_DGmax为分布式电源的最大发电量，t_max为分布式电源的年最大发电小时数；

10)单位分布式电源发电量的网络损耗效益用F表示，有：

$F=\frac{({\mathrm{\&Delta;P}}_{\mathrm{DG}}-\mathrm{\&Delta;P})\&CenterDot;T_{\max }\&CenterDot;\mathrm{\&tau;}}{P_{\mathrm{TDG}}}$

其中，ΔP_DG为分布式电源并网后配电网的总网络损耗，ΔP为分布式电源并网前配电网的总网络损耗，T_max为年最大负荷利用小时数，P_TDG为分布式电源的年发电量，τ为平均电价；

11)单位分布式电源发电量的发电成本效益用C表示，有：

C＝C_A-C_DG

其中，C_A为火力发电单位发电量的发电成本，C_DG为分布式电源单位发电量的发电成本，分别表示为：

$C_A=\frac{C_f+C_m+C_z}{P_{\mathrm{Total}}}$

$C_{\mathrm{DG}}=\frac{C_{\mathrm{DGm}}+C_{\mathrm{DGz}}}{P_{\mathrm{TDG}}}$

其中，C_f为燃料成本，C_m为火力发电的运行成本，C_z为火力发电的折旧费用，C_DGm为分布式电源发电的运行成本，C_DGz为分布式电源发电的折旧费用，P_Total为火力发电的年发电量；

12)单位分布式电源发电量的环境成本效益用F_e表示，有：

$F_e=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{h=1}^m{P}_{\mathrm{TDG}}\&CenterDot;Q\&CenterDot;W_h\&CenterDot;(r_{\mathrm{ch}}-r_{\mathrm{DGh}})}{P_{\mathrm{TDG}}}$

其中，Q为分布式电源的年发电系数，表示为P_DG为分布式电源的额定功率；W_h为第h种污染物的环境价值；r_ch为火电单位发电量对应的第h种污染物的排放量；r_DGh为分布式电源单位发电量对应的第h种污染物的排放量；m为污染物种类总数。

不同发电技术单位发电量对应的污染物排放量如表1：

表1

发电方式	NOx	CO2	CO	SO2
					燃煤发电	0.1547～3.09383	86.4725	0	0.1083～3.9446
生物质发电	0.33	28.80	0	0.13
					天然气发电	0.00077～1.5469	49.0372	0	0.4641
微型燃气轮机	0.6188	184.0829	0.1702	0.00098

内燃机	4.3314～4.7954	170.1607～184.0829	1.2221～2.3204	0.4641
					燃料电池	<0.023	635.04	0.0544	0

污染物环境价值标准如表2：

表2

                                       元/kg

污染物	NOx	CO2	CO	SO2	TSP(悬浮颗粒)	粉煤灰	炉渣	废水
									环境价值	8.00	0.023	1	6.00	2.20	0.12	0.10	0.0008

所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2-1：建立第二层指标相对第一层指标的判断矩阵A2，并对A2进行一致性检验；

步骤2-2：建立第三层指标相对第二层指标的判断矩阵A3，并对A3进行一致性检验；

所述步骤2-1具体包括以下步骤：

步骤2-1-1：根据九级标度法建立第二层指标相对第一层指标的判断矩阵A2；

设第二层指标中的第σ个指标和第μ个指标分别为x_σ和x_μ，且σ∈[1,3]，μ∈[1,3]；第σ个指标x_σ相对第μ个指标x_μ的重要程度为a_σμ，其作为A2中的元素；A2中对角线元素取值均为1，对称元素互为倒数；

相对于第一层指标，a_σμ具体通过以下方式确定：

1)若x_σ相对x_μ同等重要，则a_σμ＝1；

2)若x_σ相对x_μ稍重要，则a_σμ＝3；

3)若x_σ相对x_μ重要，则a_σμ＝5；

4)若x_σ相对x_μ强重要，则a_σμ＝7；

5)若x_σ相对x_μ极重要，则a_σμ＝9；

6)若x_μ相对x_σ稍重要，则a_σμ＝1/3；

7)若x_μ相对x_σ重要，则a_σμ＝1/5；

8)若x_μ相对x_σ强重要，则a_σμ＝1/7；

9)若x_μ相对x_σ极重要，则a_σμ＝1/9；

10)若x_σ相对x_μ的比较结果介于同等重要和稍重要之间，a_σμ＝2；若x_σ相对x_μ的比较结果介于稍重要和重要之间，a_σμ＝4；x_σ相对x_μ的比较结果介于重要和强重要之间，a_σμ＝6；x_σ相对x_μ的比较结果介于强重要和极重要之间，a_σμ＝8；

11)若x_μ相对x_σ的比较结果介于稍重要和重要之间，a_σμ＝1/4；若x_μ相对x_σ的比较结果介于重要和强重要之间，a_σμ＝1/6；若x_μ相对x_σ的比较结果介于强重要和极重要之间，a_σμ＝1/8；

步骤2-1-2：计算A2的最大特征值λ_2max及其对应的特征向量，并将特征向量归一化处理，得到第二层指标的层次单排序权重向量W_D2，即W_D2＝(w_D1,w_D2,w_D3)^T，其中w_D1、w_D2和w_D3分别表示第二层指标中的安全性指标、电能质量指标和经济性指标的层次单排序权重；

步骤2-1-3：通过第二层指标的层次单排序一致性比例C.R.对A2进行一致性检验；

C.R.表示为：

$C\&CenterDot;R\&CenterDot;=\frac{C\&CenterDot;I\&CenterDot;}{R\&CenterDot;I\&CenterDot;}$

其中，C.I.表示A2的一致性指标，且n为A2的阶数；R.I.表示A2的平均随机指标，取值规则为：当n分别取1、2、3、4、5、6、7、8、9时，R.I.分别对应取0、0、0.58、0.9、1.12、1.24、1.32、1.41、1.45；

若C.R.<0.1，表明A2通过一致性检验；若C.R.≥0.1，则调整和修正A2，直至满足C.R.<0.1。

所述步骤2-2具体包括以下步骤：

步骤2-2-1：采用九级标度法建立第三层指标相对第二层指标的判断矩阵A3，计算A3的最大特征值及其对应的特征向量，并将特征向量做归一化处理，得到第三层指标的层次单排序权重向量，并用第二层指标的层次单排序权重向量与第三层指标的层次单排序权重向量相乘，得到第三层指标相对第一层指标的层次总排序权重向量，即第三层指标的层次总排序权重向量W_Z3＝(w_Z1,w_Z2,w_Z3,......,w_Z12)；

步骤2-2-2：通过第三层指标的层次总排序一致性比例C.R.³对A3进行一致性检验；

C.R.³表示为：

${C\&CenterDot;R\&CenterDot;}^3={C\&CenterDot;R\&CenterDot;}^2+\frac{{C\&CenterDot;I\&CenterDot;}^3}{{R\&CenterDot;I\&CenterDot;}^3}$

其中，C.R.²为第二层指标的层次总排序一致性比例，满足C.R.²＝C.R.；C.I.³为第三层指标层次总排序的一致性指标，R.I.³为第三层指标层次总排序的平均随机指标，分别表示为：

C.I.³＝C.I.1*w_D1+C.I.2*w_D2+C.I.3*w_D3

R.I.³＝R.I.1*w_D1+R.I.2*w_D2+R.I.3*w_D3

其中，C.I.1、C.I.2、C.I.3分别为A3的三个判断矩阵对应的层次单排序一致性指标，R.I.1、R.I.2、R.I.3分别为A3的三个判断矩阵对应的平均随机指标，w_D1、w_D2和w_D3分别表示第二层指标中的安全性指标、电能质量指标和经济性指标的层次单排序权重；

若C.R.³＜0.1，表明A3通过一致性检验；若C.R.³≥0.1，则调整和修正A3，直至满足C.R.³＜0.1。

所述步骤3中，通过模糊评价法建立第三层指标相对第一层指标的评价矩阵；具体的：

1)分析分布式电源并网后配电网的运行特性，确定第一层指标的指标集Y＝{y₁，y₂，...,y_Γ}和评语集V＝{v₁，v₂，...，v_ε,...,v_Ω}，其中Γ为第三层指标中指标的个数，y_Γ为第三层指标中第Γ个的指标，Ω为评语集中评价等级的个数，v_ε表示评语集中第ε个评价等级；

2)根据评语集中的评价等级对第三层指标进行模糊评判，得到第三层指标相对第一层指标的评价矩阵，用R3表示，有：

其中，r_ΓΩ表示y_Γ相对于v_Ω的隶属度，隶属度根据不同专家的理解以及配电网的不同运行状况自行确定，但需确保R3的每行元素之和为1。

所述步骤4具体包括以下步骤：

步骤4-1：将步骤2中得到的第三层指标的层次总排序权重向量W_Z3和步骤3中得到的第三层指标相对第一层指标的评价矩阵R3相乘，得到矩阵B′，表示为：

B′＝W_Z3·R3＝(b₁′，b₂′，...,b_ε′...,b′_Ω)

步骤4-2：将B′经归一化后，得到第一层指标的评价向量，用B表示，有：

B＝(b₁，b₂,…,b_ε,…,b_Ω)

步骤4-3：第一层指标的评价值用b表示，具体有：

$b=\underset{\mathrm{\&epsiv;}=1}{\overset{\mathrm{\&Omega;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{b}_{\mathrm{\&epsiv;}}\&CenterDot;v_{\mathrm{\&epsiv;}}.$

本发明采用层次分析法与模糊综合评价法相结合的评价方法，实现了分布式电源并网后配电网运行特性的量化评估。

由于评价因素的复杂性、评价对象的层次性、评价标准中存在的模糊性以及评价影响因素的模糊性或不确定性、定性指标难以定量化等一系列问题，以及对于不同的配电网，其运行情况不尽相同，使得难以用绝对的评分准则来准确的为各指标进行评分，而建立在模糊集合基础上的模糊综合评判方法，把被评判事物的变化区间做出划分，以隶属度来描述模糊界限，从多个指标对被评价事物隶属等级状况进行综合性评判。这样可以在评价中充分发挥专家的经验，使评价结果更客观，符合实际情况。

层次分析法可以把定性方法与定量方法有机地结合起来，将复杂系统分解，能将人们的思维过程数学化、系统化，便于接受，且能把多目标、多准则又难以全部量化处理的决策问题化为多层次单目标问题，通过两两比较确定同一层次指标相对上一层次指标的数量关系，建立判断矩阵，从而得到下层指标对上层指标的重要程度，即权重。

对于不同的配电网，其运行情况不尽相同，很难用一套确切的评分准则对所有配网进行评价，故本专利采用模糊评价法，建立评语集，通过专家建立隶属度函数，确定各因素对各评语集区间的隶属程度，并与层次分析法得到的权重进行合成，得到指标的评价值。从而运用模糊综合评价法与层次分析法相结合的方法实现了分布式电源并网后配电网运行特性的量化评估。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：确定并计算配电网运行特性评价指标，配电网运行特性评价指标包括第一层指标、第二层指标和第三层指标；

步骤2：利用层次分析法确定配电网运行特性评价权重；

步骤3：建立第三层指标相对第一层指标的评价矩阵；

步骤4：计算第一层指标的评价向量及评价值。

2.根据权利要求1所述的分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法，其特征在于：所述步骤1中，所述第一层指标为配电网综合评价指标；第二层指标包括安全性指标、电能质量指标和经济性指标；所述第三层指标包括安全性指标中的配电网事故后果严重程度、配电网结构强度和配电网脆弱性，电能质量指标中的短时电压波动度、电压谐波畸变率、电流谐波畸变率、电压偏差和三相不平衡度，以及经济性指标中的分布式电源接入后增加的备用容量费、单位分布式电源发电量的网络损耗效益、单位分布式电源发电量的发电成本效益和单位分布式电源发电量的环境成本效益。

3.根据权利要求2所述的分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法，其特征在于：所述安全性指标中，具体有：

1)配电网事故后果严重程度用ρ_S表示，有：

其中，N_B为配电网线路总数；ρ_g为第g条线路故障时的事故后严重程度，表示为：

其中，N_FC为事故后配电网损失的负荷个数，N_SC为配电网的负荷总个数,为配电网第i个损失负荷的容量，为第j个配电网负荷的容量，为配电网第i个损失负荷的等级因子，为配电网第j个配电网负荷的等级因子；

2)配电网结构强度用K′表示，有：

其中，K_a为第a条线路发生故障时的供电恢复策略个数；

3)配电网脆弱性用S表示，有：

S＝K′/ρ_s。

4.根据权利要求2所述的分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法，其特征在于：所述电能质量指标中，具体有：

1)短时电压波动度用d表示，有：

其中，ΔS为分布式电源注入配电网功率的变化量，φ为从分布式电源并网点看入的配电网阻抗角，θ为分布式电源功率因数角，S′为分布式电源并网点的短路容量；

2)电压谐波畸变率用THD_U表示，有：

其中，U₁为基波电压的有效值；U_H为谐波电压含量，表示为：

其中，U_k为电压的k次谐波有效值；

3)电流谐波畸变率用THD_I表示，有：

其中，I₁为基波电流的有效值；I_H为谐波电流含量，表示为：

其中，i_k为电流的k次谐波有效值；

4)电压偏差用ΔU表示，有：

其中，U_DG为分布式电源并网点的实际电压，U_N为分布式电源并网点的额定电压；

5)三相不平衡度用ε_U表示，有：

对于中压配电网，其中U₂为负序电压有效值，U₁为正序电压有效值；

对于低压配网，其中U₀为零序电压有效值。

5.根据权利要求2所述的分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法，其特征在于：所述经济性指标中，具体有：

1)分布式电源接入后增加的备用容量费用F_b表示，有：

F_b＝P_BDG·β

其中，β为热备用损失收益，取平均电价；P_BDG为配电网为分布式电源提供的备用容量，表示为：

P_BDG＝P_DGmax·t_max

其中，P_DGmax为分布式电源的最大发电量，t_max为分布式电源的年最大发电小时数；

2)单位分布式电源发电量的网络损耗效益用F表示，有：

其中，ΔP_DG为分布式电源并网后配电网的总网络损耗，ΔP为分布式电源并网前配电网的总网络损耗，T_max为年最大负荷利用小时数，P_TDG为分布式电源的年发电量，τ为平均电价；

3)单位分布式电源发电量的发电成本效益用C表示，有：

C＝C_A-C_DG

其中，C_A为火力发电单位发电量的发电成本，C_DG为分布式电源单位发电量的发电成本，分别表示为：

其中，C_f为燃料成本，C_m为火力发电的运行成本，C_z为火力发电的折旧费用，C_DGm为分布式电源发电的运行成本，C_DGz为分布式电源发电的折旧费用，P_Total为火力发电的年发电量；

4)单位分布式电源发电量的环境成本效益用F_e表示，有：

其中，Q为分布式电源的年发电系数，表示为P_DG为分布式电源的额定功率；W_h为第h种污染物的环境价值；r_ch为火电单位发电量对应的第h种污染物的排放量；r_DGh为分布式电源单位发电量对应的第h种污染物的排放量；m为污染物种类总数。

6.根据权利要求1所述的分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法，其特征在于：所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2-1：建立第二层指标相对第一层指标的判断矩阵A2，并对A2进行一致性检验；

步骤2-2：建立第三层指标相对第二层指标的判断矩阵A3，并对A3进行一致性检验。

7.根据权利要求6所述的分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法，其特征在于：所述步骤2-1具体包括以下步骤：

步骤2-1-1：根据九级标度法建立第二层指标相对第一层指标的判断矩阵A2；

设第二层指标中的第σ个指标和第μ个指标分别为x_σ和x_μ，且σ∈[1,3]，μ∈[1,3]；第σ个指标x_σ相对第μ个指标x_μ的重要程度为a_σμ，其作为A2中的元素；A2中对角线元素取值均为1，对称元素互为倒数；

相对于第一层指标，a_σμ具体通过以下方式确定：

1)若x_σ相对x_μ同等重要，则a_σμ＝1；

2)若x_σ相对x_μ稍重要，则a_σμ＝3；

3)若x_σ相对x_μ重要，则a_σμ＝5；

4)若x_σ相对x_μ强重要，则a_σμ＝7；

5)若x_σ相对x_μ极重要，则a_σμ＝9；

6)若x_μ相对x_σ稍重要，则a_σμ＝1/3；

7)若x_μ相对x_σ重要，则a_σμ＝1/5；

8)若x_μ相对x_σ强重要，则a_σμ＝1/7；

9)若x_μ相对x_σ极重要，则a_σμ＝1/9；

10)若x_σ相对x_μ的比较结果介于同等重要和稍重要之间，a_σμ＝2；若x_σ相对x_μ的比较结果介于稍重要和重要之间，a_σμ＝4；x_σ相对x_μ的比较结果介于重要和强重要之间，a_σμ＝6；x_σ相对x_μ的比较结果介于强重要和极重要之间，a_σμ＝8；

11)若x_μ相对x_σ的比较结果介于稍重要和重要之间，a_σμ＝1/4；若x_μ相对x_σ的比较结果介于重要和强重要之间，a_σμ＝1/6；若x_μ相对x_σ的比较结果介于强重要和极重要之间，a_σμ＝1/8；

步骤2-1-2：计算A2的最大特征值λ_2max及其对应的特征向量，并将特征向量归一化处理，得到第二层指标的层次单排序权重向量W_D2，即W_D2＝(w_D1,w_D2,w_D3)^T，其中w_D1、w_D2和w_D3分别表示第二层指标中的安全性指标、电能质量指标和经济性指标的层次单排序权重；

步骤2-1-3：通过第二层指标的层次单排序一致性比例C.R.对A2进行一致性检验；

C.R.表示为：

其中，C.I.表示A2的一致性指标，且n为A2的阶数；R.I.表示A2的平均随机指标，取值规则为：当n分别取1、2、3、4、5、6、7、8、9时，R.I.分别对应取0、0、0.58、0.9、1.12、1.24、1.32、1.41、1.45；

若C.R.<0.1，表明A2通过一致性检验；若C.R.≥0.1，则调整和修正A2，直至满足C.R.<0.1。

8.根据权利要求6所述的分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法，其特征在于：所述步骤2-2具体包括以下步骤：

步骤2-2-1：采用九级标度法建立第三层指标相对第二层指标的判断矩阵A3，计算A3的最大特征值及其对应的特征向量，并将特征向量做归一化处理，得到第三层指标的层次单 排序权重向量，并用第二层指标的层次单排序权重向量与第三层指标的层次单排序权重向量相乘，得到第三层指标相对第一层指标的层次总排序权重向量，即第三层指标的层次总排序权重向量W_Z3＝(w_Z1,w_Z2,w_Z3,......,w_Z12)；

步骤2-2-2：通过第三层指标的层次总排序一致性比例C.R.³对A3进行一致性检验；

C.R.³表示为：

其中，C.R.²为第二层指标的层次总排序一致性比例，满足C.R.²＝C.R.；C.I.³为第三层指标层次总排序的一致性指标，R.I.³为第三层指标层次总排序的平均随机指标，分别表示为：

C.I.³＝C.I.1*w_D1+C.I.2*w_D2+C.I.3*w_D3

R.I.³＝R.I.1*w_D1+R.I.2*w_D2+R.I.3*w_D3

其中，C.I.1、C.I.2、C.I.3分别为A3的三个判断矩阵对应的层次单排序一致性指标，R.I.1、R.I.2、R.I.3分别为A3的三个判断矩阵对应的平均随机指标，w_D1、w_D2和w_D3分别表示第二层指标中的安全性指标、电能质量指标和经济性指标的层次单排序权重；

若C.R.³＜0.1，表明A3通过一致性检验；若C.R.³≥0.1，则调整和修正A3，直至满足C.R.³＜0.1。

9.根据权利要求1所述的分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法，其特征在于：所述步骤3中，通过模糊评价法建立第三层指标相对第一层指标的评价矩阵；具体的：

1)分析分布式电源并网后配电网的运行特性，确定第一层指标的指标集Y＝{y₁，y₂，...,y_Γ}和评语集V＝{v₁，v₂，...,v_ε,…,v_Ω}，其中Γ为第三层指标中指标的个数，y_Γ为第三层指标中第Γ个的指标，Ω为评语集中评价等级的个数，v_ε表示评语集中第ε个评价等级；

2)根据评语集中的评价等级对第三层指标进行模糊评判，得到第三层指标相对第一层指标的评价矩阵，用R3表示，有：

其中，r_ΓΩ表示y_Γ相对于v_Ω的隶属度，隶属度根据不同专家的理解以及配电网的不同运行状况自行确定，但需确保R3的每行元素之和为1。

10.根据权利要求1所述的分布式电源并网后配电网运行特性的评价方法，其特征在于：所述步骤4具体包括以下步骤：

步骤4-1：将步骤2中得到的第三层指标的层次总排序权重向量W_Z3和步骤3中得到的第三层指标相对第一层指标的评价矩阵R3相乘，得到矩阵B′，表示为：

B′＝W_Z3·R3＝(b′₁，b′₂，...,b′_ε...,b′_Ω)

步骤4-2：将B′经归一化后，得到第一层指标的评价向量，用B表示，有：

B＝(b₁，b₂,…,b_ε,…,b_Ω)

步骤4-3：第一层指标的评价值用b表示，具体有：