CN105406468A - 一种基于熵权原理求解分布式电源对线损贡献值的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于熵权原理求解分布式电源对线损贡献值的方法，其通过采集含有n个分布式电源的受测试配电网在n个分布式电源全部未并网状态下和在n个分布式电源全部并网状态下的数据，并基于采集到的数据建立分布式电源对线损的影响指标体系，再采用熵权法，求解得到并网的每一个分布式电源对受测试配电网线损的贡献率，从而实现了对每一个分布式电源对受测试配电网线损贡献率的测量。本发明还可通过分别对n个分布式电源全部未并网状态下和n个分布式电源全部并网状态下的受测试配电网进行潮流计算，计算得到并网的每一个分布式电源对受测试配电网因n个分布式电源并网所增加线损的线损贡献值。

Description

一种基于熵权原理求解分布式电源对线损贡献值的方法

技术领域

本发明涉及一种基于熵权原理的分布式电源对配电网线损贡献值的测量方法。

背景技术

分布式电源的应用越来越广泛，将分布式电源引入集成到现有的配电网系统中，是分布式电源的发展趋势。但是，随着分布式电源并网渗透率的提高，其对配电网线损的影响越来越不容忽视，这逐渐受到电网线损计算、配电网规划等相关工作人员的重视。

并网分布式电源对配电网线损的影响程度，取决于并网分布式电源的接入位置、其与负荷量的相对大小及配电网的拓扑结构等多源因素。因此，有必要深入研究各分布式电源的相关因素，对配电网线损的具体影响，及分布式电源并网对线损的相应贡献值。此外，由于缺乏精确的衡量手段、合理的分布式电源对线损贡献值的计算方法，导致现阶段分布式电源无需承担引起线损增大的责任。上述问题，目前已成为分布式电源与配电网线损研究交叉领域的薄弱环节。

针对上述问题，本专利建立分布式电源对配电网线损的影响指标体系，求解各并网分布式电源对配电网线损的贡献率；在分布式电源并网前后两次潮流计算的基础上，进行各分布式电源对配电网线损增加部分的线损贡献值的计算，为并网的分布式电源设计一种对线损贡献值的求解方法。

本专利采用熵权法，进行各分布式电源对配电网线损贡献率的计算。按照信息论基本原理的解释，信息和熵分别是系统有序和无序程度的度量；如果指标的信息熵越小，对整体的影响越大，该指标提供的信息量越大且权重越高。熵权法基于以上理论发展而来，是用于客观地确定权重的一种方法，很大程度上避免了主观因素的影响，可用于无序状态的指标体系的重要性排序。专利采用熵权法衡量各指标对配电网线损的影响程度，大幅提高方法的实用性。

本发明所设计的一种基于熵权原理求解分布式电源对线损贡献值的方法，一方面，量化分布式电源并网后配电网线损的增加值；另一方面，为电网的相关线损工作人员，提供一种求解混合分布式电源并网后各分布式电源对线损贡献量的计算方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于熵权原理求解分布式电源对线损贡献值的方法。

解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于熵权原理求解分布式电源对线损贡献值的方法，包括：

步骤S1、对于含有n个分布式电源的受测试配电网，分别采集该受测试配电网在所述n个分布式电源全部未并网状态下和在所述n个分布式电源全部并网状态下的数据，该数据包括网络拓扑结构、每一条母线的电压和每一处负载的大小，其中，n为正整数；

步骤S2、依据步骤S1采集到的数据，针对所述n个分布式电源全部并网状态下的受测试配电网，建立包含并网容量指标X₁、并网渗透率指标X₂、并网位置指标X₃、功率因数指标X₄和年利用时间指标X₅的分布式电源对线损的影响指标体系X＝{X_j|1≤j≤5且j为整数}；

步骤S3、在步骤S2所建立的影响指标体系X的基础上，采用熵权法，求解并网的每一个所述分布式电源对受测试配电网线损的贡献率λ_i。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤S2中：

所述并网容量指标X₁＝{x_i1|1≤i≤n且i为整数}，并网容量x_i1为并网的第i个分布式电源的装机容量，单位为MW；

所述并网渗透率指标X₂＝{x_i2|1≤i≤n且i为整数}，并网渗透率x_i2为并网的第i个分布式电源全年发电总量占受测试配电网全部负荷年耗电量的百分比，单位为％；

所述并网位置指标X₃＝{x_i3|1≤i≤n且i为整数}，并网位置x_i3为并网的第i个分布式电源与距其最近的且能提供有功功率的非分布式电源之间的电气距离，单位：km；

所述功率因数指标X₄＝{x_i4|1≤i≤n且i为整数}，功率因数x_i4为并网的第i个分布式电源的运行功率因素；

所述年利用时间指标X₅＝{x_i5|1≤i≤n且i为整数}，年利用时间x_i5为并网的第i个分布式电源在按照额定功率运行发电并且其所提供的电量相当于所述受测试配电网所能提供的年电量的条件下，维持所述受测试配电网全部负载持续正常运行所能够支持的时间，单位为h/年。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤S3中，贡献率λ_i具体的求解过程包括：

步骤S301、按照以下公式分别计算所述全部n个分布式电源分别针对所述并网容量指标X₁、并网渗透率指标X₂、并网位置指标X₃、功率因数指标X₄和年利用时间指标X₅的信息熵：

$E_j=-ln{\left(n\right)}^{-1}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{p}_{ij}\ln p_{ij},j\∈\{1,2,3,4,5\},$

其中， $p_{ij}=\frac{x_{ij}}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}_{ij}},$

并且，如果p_ij＝0，则定义：

式中，E_j在j依次取1、2、3、4和5时表示所述全部n个分布式电源依次针对并网容量指标X₁、并网渗透率指标X₂、并网位置指标X₃、功率因数指标X₄和年利用时间指标X₅的信息熵；

步骤S302、按照以下公式分别计算所述并网容量指标X₁、并网渗透率指标X₂、并网位置指标X₃、功率因数指标X₄和年利用时间指标X₅的权重：

$W_{j\left(EWM\right)}=\frac{1-E_j}{5-{\mathrm{\ΣE}}_j},j\∈\{1,2,3,4,5\};$

式中，W_j(EWM)在j依次取1、2、3、4和5时依次表示所述并网容量指标X₁、并网渗透率指标X₂、并网位置指标X₃、功率因数指标X₄和年利用时间指标X₅的权重；

步骤S303、按照以下公式分别计算每一个所述分布式电源对受测试配电网线损的贡献值：

其中， ${x^{\′}}_{ij}=\frac{x_{ij}-x_{ijmin}}{x_{ijmax}-x_{ij\min }};$

式中，表示第i个分布式电源对受测试配电网线损的贡献值，x_ijmin在j依次取1、2、3、4和5时依次为所述n个并网容量x_i1中的最小值、所述n个并网渗透率x_i2中的最小值、所述n个并网位置x_i3中的最小值、所述n个功率因数x_i4中的最小值和所述n个年利用时间x_i5中的最小值，x_ijmax在j依次取1、2、3、4和5时依次为所述n个并网容量x_i1中的最大值、所述n个并网渗透率x_i2中的最大值、所述n个并网位置x_i3中的最大值、所述n个功率因数x_i4中的最大值和所述n个年利用时间x_i5中的最大值；

步骤S304、按照以下公式分别计算每一个所述分布式电源对受测试配电网线损的贡献率：

式中，λ_i表示第i个分布式电源对受测试配电网线损的贡献率。

作为本发明的一种改进，所述的方法还包括：

步骤S4、依据步骤S1采集到的数据，对所述n个分布式电源全部未并网状态下的受测试配电网进行潮流计算，以得到所述受测试配电网在n个分布式电源全部未并网状态下的总线损L₁；

步骤S5、依据步骤S1采集到的数据，对所述n个分布式电源全部并网状态下的受测试配电网进行潮流计算，以得到所述受测试配电网在n个分布式电源全部并网状态下的总线损L₂；

步骤S6、依据步骤S3、S4和S5得到的结果，计算并网的所述每一个分布式电源对受测试配电网因n个分布式电源并网所增加线损的线损贡献值ΔL_i。

作为本发明的优选实施方式，所述步骤S6中，所述线损贡献值ΔL_i的计算过程包括：

步骤S601、计算所述受测试配电网因n个分布式电源并网相对于该n个分布式电源未并网时所增加的线损，为：线损增加量ΔL＝L₂-L₁；

步骤S602、计算并网的所述每一个分布式电源对线损增加量ΔL的贡献值，为：ΔL_i＝ΔL×λ_i；

式中，ΔL_i表示第i个分布式电源对线损增加量ΔL的贡献值。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明通过采集含有n个分布式电源的受测试配电网在n个分布式电源全部未并网状态下和在n个分布式电源全部并网状态下的数据，并基于采集到的数据建立分布式电源对线损的影响指标体系X，再采用熵权法，求解得到并网的每一个分布式电源对受测试配电网线损的贡献率λ_i，从而实现了对每一个分布式电源对受测试配电网线损贡献率的测量，使得电网的相关线损工作人员能够通过该测量出的贡献率λ_i数据了解到每一个并网的分布式电源对受测试配电网线损的影响。

第二，本发明的影响指标体系X由并网容量指标X₁、并网渗透率指标X₂、并网位置指标X₃、功率因数指标X₄和年利用时间指标X₅五个指标组成，其充分考虑了各个指标对配电网线损的影响，保证了线损贡献率计算方法的科学准确性，并且，以指标数据易获取性、可量化性为原则，最大化的降低指标间的影响重叠区域，极大地提高分布式电源对线损贡献值计算工作的效率。

第三，本发明通过分别对n个分布式电源全部未并网状态下和n个分布式电源全部并网状态下的受测试配电网进行潮流计算，得到该两种状态下受测试配电网的总线损L₁和L₂，从而计算得到并网的每一个分布式电源对受测试配电网因n个分布式电源并网所增加线损的线损贡献值ΔL_i，从而能够进一步帮助供电部门对并网的分布式电源进行有针对性的过网费定价等工作，解决了现有技术中因缺少实用的各分布式电源并网对线损具体贡献值的计算方法而增加了相关供电企业对配电网部分线损的无故承担的问题，并且，随着分布式电源并网渗透率的提高，本方法就降低相关工作部门所承担压力方面，所起的作用将越来越大。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明求解分布式电源对线损贡献值的方法的流程图；

图2为本发明步骤S2所建立影响指标体系的示意图；

图3为本发明实施举例中受测试配电网的系统拓扑图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明基于熵权原理求解分布式电源对线损贡献值的方法，包括：

步骤S1、对于含有n个分布式电源的受测试配电网，分别采集该受测试配电网在n个分布式电源全部未并网状态下和在n个分布式电源全部并网状态下的数据，该数据包括网络拓扑结构、每一条母线的电压和每一处负载的大小，其中，n为正整数；

步骤S2、依据步骤S1采集到的数据，针对n个分布式电源全部并网状态下的受测试配电网，建立包含并网容量指标X₁、并网渗透率指标X₂、并网位置指标X₃、功率因数指标X₄和年利用时间指标X₅的分布式电源对线损的影响指标体系X＝{X_j|1≤j≤5且j为整数}，其中：

并网容量指标X₁＝{x_i1|1≤i≤n且i为整数}，并网容量x_i1为并网的第i个分布式电源的装机容量，单位为MW；

并网渗透率指标X₂＝{x_i2|1≤i≤n且i为整数}，并网渗透率x_i2为并网的第i个分布式电源全年发电总量占受测试配电网全部负荷年耗电量的百分比，单位为％；

并网位置指标X₃＝{x_i3|1≤i≤n且i为整数}，并网位置x_i3为并网的第i个分布式电源与距其最近的且能提供有功功率的非分布式电源之间的电气距离，单位：km；

功率因数指标X₄＝{x_i4|1≤i≤n且i为整数}，功率因数x_i4为并网的第i个分布式电源的运行功率因素；

年利用时间指标X₅＝{x_i5|1≤i≤n且i为整数}，年利用时间x_i5为并网的第i个分布式电源在按照额定功率运行发电并且其所提供的电量相当于受测试配电网所能提供的年电量的条件下，维持受测试配电网全部负载持续正常运行所能够支持的时间，单位为h/年；

步骤S3、在步骤S2所建立的影响指标体系X的基础上，采用熵权法，求解并网的每一个分布式电源对受测试配电网线损的贡献率λ_i，具体的求解过程包括：

步骤S301、按照以下公式分别计算全部n个分布式电源分别针对并网容量指标X₁、并网渗透率指标X₂、并网位置指标X₃、功率因数指标X₄和年利用时间指标X₅的信息熵：

$E_j=-ln{\left(n\right)}^{-1}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{p}_{ij}\ln p_{ij},j\∈\{1,2,3,4,5\},$

其中， $p_{ij}=\frac{x_{ij}}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}_{ij}},$

并且，如果p_ij＝0，则定义：

式中，E_j在j依次取1、2、3、4和5时表示全部n个分布式电源依次针对并网容量指标X₁、并网渗透率指标X₂、并网位置指标X₃、功率因数指标X₄和年利用时间指标X₅的信息熵；

步骤S302、按照以下公式分别计算并网容量指标X₁、并网渗透率指标X₂、并网位置指标X₃、功率因数指标X₄和年利用时间指标X₅的权重：

$W_{j\left(EWM\right)}=\frac{1-E_j}{5-{\mathrm{\ΣE}}_j},j\∈\{1,2,3,4,5\};$

式中，W_j(EWM)在j依次取1、2、3、4和5时依次表示并网容量指标X₁、并网渗透率指标X₂、并网位置指标X₃、功率因数指标X₄和年利用时间指标X₅的权重；

步骤S303、按照以下公式分别计算每一个分布式电源对受测试配电网线损的贡献值：

其中， ${x^{\′}}_{ij}=\frac{x_{ij}-x_{ijmin}}{x_{ijmax}-x_{ij\min }};$

式中，表示第i个分布式电源对受测试配电网线损的贡献值，x_ijmin在j依次取1、2、3、4和5时依次为n个并网容量x_i1中的最小值、n个并网渗透率x_i2中的最小值、n个并网位置x_i3中的最小值、n个功率因数x_i4中的最小值和n个年利用时间x_i5中的最小值，x_ijmax在j依次取1、2、3、4和5时依次为n个并网容量x_i1中的最大值、n个并网渗透率x_i2中的最大值、n个并网位置x_i3中的最大值、n个功率因数x_i4中的最大值和n个年利用时间x_i5中的最大值；

步骤S304、按照以下公式分别计算每一个分布式电源对受测试配电网线损的贡献率：

式中，λ_i表示第i个分布式电源对受测试配电网线损的贡献率。

步骤S4、依据步骤S1采集到的数据，对n个分布式电源全部未并网状态下的受测试配电网进行潮流计算，以得到受测试配电网在n个分布式电源全部未并网状态下的总线损L₁；

步骤S5、依据步骤S1采集到的数据，对n个分布式电源全部并网状态下的受测试配电网进行潮流计算，以得到受测试配电网在n个分布式电源全部并网状态下的总线损L₂；

步骤S6、依据步骤S3、S4和S5得到的结果，计算并网的每一个分布式电源对受测试配电网因n个分布式电源并网所增加线损的线损贡献值，计算过程包括：

步骤S601、计算受测试配电网因n个分布式电源并网相对于该n个分布式电源未并网时所增加的线损，为：线损增加量ΔL＝L₂-L₁；

步骤S602、计算并网的每一个分布式电源对线损增加量ΔL的贡献值，为：ΔL_i＝ΔL×λ_i；

式中，ΔL_i表示第i个分布式电源对线损增加量ΔL的贡献值。

以下通过一个实例举例说明本发明对含有分布式电源的受测试配电网进行分布式电源对线损贡献值测量的过程与效果：

选取南方某地含分布式电源接入的配电网作为受测试配电网，将其进一步简化为9节点简单系统，进行发明方法的实施分析，其拓扑图如图3所示。

上图的配电网潮流计算的基本参数如下表1所示：

表1配电网潮流计算基本参数

续表1

7	0	100	7	8	2	0	0.0625	0
									8	0	0	8	8	9	0.032	0.161	0.306
8	0	125	9	9	4	0.01	0.085	0.176

配电网进行潮流计算得到的线路总损耗为L₁＝4.955MW。此时，在节点5、7、9，分别接入20MW、38.4MW、78MW的分布式电源。收集并网分布式电源的线损影响指标的数据如下表2所示：

表2并网分布式电源的线损影响指标

将上述并网分布式电源的线损影响指标数据，代入到分布式电源线损贡献率的求解过程中，得到如下表3所示的线损贡献率：

表3线损贡献率

序号	1	2	3
				线损贡献率	0.1854	0.3841	0.4305

进行含上述分布式电源并网的潮流计算，求得此时的配电网线损：L₂＝6.959MW。由此得到分布式电源并网后配电网线损的增加部分，及各并网分布式电源对配电网线损增加部分的贡献值分别为：

ΔL＝L₂－L₁＝2.004MW

ΔL₁＝ΔL×λ₁＝2.004×0.1854≈0.37MW

ΔL₂＝ΔL×λ₂＝2.004×0.3841≈0.77MW

ΔL₃＝ΔL×λ₃＝2.004×0.4305≈0.86MW

由算例计算结果可知，并网分布式电源可增加配电网线损，各分布式电源对配电网线损增加的部分贡献值的大小，受到具体并网分布式电源的线损影响指标参数的影响。本算例进一步表明，本发明的一种基于熵权原理求解分布式电源对线损贡献值的方法，一方面，量化分布式电源并网后配电网线损的增加值；另一方面，为电网的相关线损工作人员，提供一种求解混合分布式电源并网后各分布式电源对线损贡献量的计算方法。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种基于熵权原理求解分布式电源对线损贡献值的方法，包括：

步骤S1、对于含有n个分布式电源的受测试配电网，分别采集该受测试配电网在所述n个分布式电源全部未并网状态下和在所述n个分布式电源全部并网状态下的数据，该数据包括网络拓扑结构、每一条母线的电压和每一处负载的大小，其中，n为正整数；

步骤S2、依据步骤S1采集到的数据，针对所述n个分布式电源全部并网状态下的受测试配电网，建立包含并网容量指标X₁、并网渗透率指标X₂、并网位置指标X₃、功率因数指标X₄和年利用时间指标X₅的分布式电源对线损的影响指标体系X＝{X_j|1≤j≤5且j为整数}；

步骤S3、在步骤S2所建立的影响指标体系X的基础上，采用熵权法，求解并网的每一个所述分布式电源对受测试配电网线损的贡献率λ_i。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤S2中：

所述并网容量指标X₁＝{x_i1|1≤i≤n且i为整数}，并网容量x_i1为并网的第i个分布式电源的装机容量，单位为MW；

所述并网渗透率指标X₂＝{x_i2|1≤i≤n且i为整数}，并网渗透率x_i2为并网的第i个分布式电源全年发电总量占受测试配电网全部负荷年耗电量的百分比，单位为％；

所述并网位置指标X₃＝{x_i3|1≤i≤n且i为整数}，并网位置x_i3为并网的第i个分布式电源与距其最近的且能提供有功功率的非分布式电源之间的电气距离，单位：km；

所述功率因数指标X₄＝{x_i4|1≤i≤n且i为整数}，功率因数x_i4为并网的第i个分布式电源的运行功率因素；

所述年利用时间指标X₅＝{x_i5|1≤i≤n且i为整数}，年利用时间x_i5为并网的第i个分布式电源在按照额定功率运行发电并且其所提供的电量相当于所述受测试配电网所能提供的年电量的条件下，维持所述受测试配电网全部负载持续正常运行所能够支持的时间，单位为h/年。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的步骤S3中，贡献率λ_i具体的求解过程包括：

步骤S301、按照以下公式分别计算所述全部n个分布式电源分别针对所述并网容量指标X₁、并网渗透率指标X₂、并网位置指标X₃、功率因数指标X₄和年利用时间指标X₅的信息熵：

$E_j=-ln{\left(n\right)}^{-1}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{p}_{ij}\ln p_{ij},j\∈\{1,2,3,4,5\},$

其中， $p_{ij}=\frac{x_{ij}}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}_{ij}},$

并且，如果p_ij＝0，则定义：

式中，E_j在j依次取1、2、3、4和5时表示所述全部n个分布式电源依次针对并网容量指标X₁、并网渗透率指标X₂、并网位置指标X₃、功率因数指标X₄和年利用时间指标X₅的信息熵；

步骤S302、按照以下公式分别计算所述并网容量指标X₁、并网渗透率指标X₂、并网位置指标X₃、功率因数指标X₄和年利用时间指标X₅的权重：

$W_{j\left(EWM\right)}=\frac{1-E_j}{5-{\mathrm{\ΣE}}_j},j\∈\{1,2,3,4,5\};$

式中，W_j(EWM)在j依次取1、2、3、4和5时依次表示所述并网容量指标X₁、并网渗透率指标X₂、并网位置指标X₃、功率因数指标X₄和年利用时间指标X₅的权重；

步骤S303、按照以下公式分别计算每一个所述分布式电源对受测试配电网线损的贡献值：

其中， ${x^{\′}}_{ij}=\frac{x_{ij}-x_{ijmin}}{x_{ijmax}-x_{ij\min }};$

式中，表示第i个分布式电源对受测试配电网线损的贡献值，x_ijmin在j依次取1、2、3、4和5时依次为所述n个并网容量x_i1中的最小值、所述n个并网渗透率x_i2中的最小值、所述n个并网位置x_i3中的最小值、所述n个功率因数x_i4中的最小值和所述n个年利用时间x_i5中的最小值，x_ijmax在j依次取1、2、3、4和5时依次为所述n个并网容量x_i1中的最大值、所述n个并网渗透率x_i2中的最大值、所述n个并网位置x_i3中的最大值、所述n个功率因数x_i4中的最大值和所述n个年利用时间x_i5中的最大值；

步骤S304、按照以下公式分别计算每一个所述分布式电源对受测试配电网线损的贡献率：

式中，λ_i表示第i个分布式电源对受测试配电网线损的贡献率。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于：所述的方法还包括：

步骤S4、依据步骤S1采集到的数据，对所述n个分布式电源全部未并网状态下的受测试配电网进行潮流计算，以得到所述受测试配电网在n个分布式电源全部未并网状态下的总线损L₁；

步骤S5、依据步骤S1采集到的数据，对所述n个分布式电源全部并网状态下的受测试配电网进行潮流计算，以得到所述受测试配电网在n个分布式电源全部并网状态下的总线损L₂；

步骤S6、依据步骤S3、S4和S5得到的结果，计算并网的所述每一个分布式电源对受测试配电网因n个分布式电源并网所增加线损的线损贡献值ΔL_i。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤S6中，所述线损贡献值ΔL_i的计算过程包括：

步骤S601、计算所述受测试配电网因n个分布式电源并网相对于该n个分布式电源未并网时所增加的线损，为：线损增加量ΔL＝L₂-L₁；

步骤S602、计算并网的所述每一个分布式电源对线损增加量ΔL的贡献值，为：ΔL_i＝ΔL×λ_i；

式中，ΔL_i表示第i个分布式电源对线损增加量ΔL的贡献值。