CN105762790A - 一种用于交直流配电网供电模式选择的评价指标算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配电网的供电领域，特别是涉及一种用于交直流配电网供电模式选择的评价指标算法，以实现最佳供电模式选择。包括如下步骤：步骤一、建立技术性评估指标体系；步骤二、建立供电可靠性评估体系；步骤三、建立经济性评估指标体系；步骤四、建立社会性评估指标体系；步骤五、建立环保性评估指标体系。与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)所建立的指标体系涵盖了技术性、供电可靠性、经济性、社会性和环保性，能够全面、客观反映交直流供电网络的各项性能；(2)通过所建立的指标体系结合已有的评估方法，可以实现对交直流配电网供电模式选择，具有很高的工程实用价值。

Description

一种用于交直流配电网供电模式选择的评价指标算法

技术领域

本发明涉及配电网的供电领域，特别是涉及一种用于交直流配电网供电模式选择的评价指标算法，以实现最佳供电模式选择。

背景技术

随着新能源、新材料、信息技术和电力电子技术的长足发展和广泛应用，用户对用电需求、电能质量及供电可靠性等要求不断提高，现有交流配电网将面临分布式新能源(电源)接入、负荷和用电需求多样化、潮流均衡协调控制复杂化，以及电能供应稳定性、高效性、经济性等方面的巨大挑战。国内数十年来由于城市规划与电力系统规划工作的相互分离，形成了与负荷发展要求不相适应的配电网结构，使配电网的规划、发展及供电质量越来越不适应城市发展的需求。总之，传统的配电网结构与配(供)电方式已越来越不能满足快速发展的经济社会对其提出的更加环保、更加安全可靠、更加优质经济、支持分布式电源接入，以及用户与电网双向互动等诸多要求。国外研究资料表明，相较交流配电网，直流配电网具有供电容量大、线路损耗小、电能质量好、无需无功补偿，以及适于各类电源和负载接入等优点，可以有效减少电力电子换流器的使用和运行成本，协调大电网与分布式电源之间的矛盾，充分发挥分布式能源的价值和效益。

因此，需要构建一套科学、合理、全面的综合评估指标体系和方法对配电网的建设进行指导，实现对配电网的分析评价，为配电网的规划、建设、改造提供指导和帮助。实现在电网运行安全可靠以及保证电能质量的前提下，达到电网发展、技术领先、装备先进和经济合理，在现有网络基础上进行交直流配电网络规划，并且保证其各方面效益最佳。

发明内容

为了评价典型配电网络的综合效益，便于选择最佳配电网供电模式，本发明定义了5类宏观指标，分别为：技术性指标、供电可靠性指标、经济性指标、社会性指标和环保性指标，每类宏观指标又分别包括多个微观指标。这些指标共同构成了评价指标体系，客观反映了交直流配电网络的运行状态、技术性效益、经济性效益以及可靠性，可以保证配电网供电模式选择的合理性和科学性。

本发明的技术方案如下：

本发明的步骤一：建立技术性评估指标体系，具体包括以下内容：

(1)网络谐波电流含量比率α：

对于交流网络，网络谐波电流含量比率定义为不同节点总谐波电流含量比率的平均值，即：

${\mathrm{\α}}_{AC}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_{AC}}{\Σ}}{I}_{h,i}^{AC}/I_{0,i}^{AC}}{N_{AC}}---\left(1\right)$

式中，为交流网络第i个节点的基波电流有效值，为交流网络第i个节点的总谐波电流有效值，N_AC为交流网络节点的个数， 为交流网络第i个节点第k(k≥0)次谐波电流有效值。

对于直流网络，网络谐波电流含量比率定义：

${\mathrm{\α}}_{Dc}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_{DC}}{\Σ}}{I}_{h,i}^{DC}/I_{0,i}^{DC}}{N_{DC}}---\left(2\right)$

式中，为直流网络第i个节点的基波电流有效值，为直流网络第i个节点的总谐波电流有效值，N_DC为直流网络节点的个数， 为直流网络第i个节点第k(k≥0)次谐波电流有效值。

(2)网络平均电压畸变率ξ_avg：配电网路平均电压畸变率以不同电压节点电压畸变率的平均值来表示，即：

${\mathrm{\ξ}}_{avg}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_V}{\Σ}}{\mathrm{\ξ}}_i}{N_V}---\left(3\right)$

式中，N_V为交流网络的直流网络的节点数，ξ_i为节点i的电压畸变率，可用该节点各次谐波电压的均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示，即：

${\mathrm{\ξ}}_i=\sqrt{\frac{U_{i,2}^2+U_{i,3}^2+U_{i,4}^2+\mathrm{...}+U_{i,n}^2}{U_{i,1}^2}}\×100\%---\left(4\right)$

式中，U_i,2,U_i,3,…,U_i,n表示节点i的各次谐波电压；对于交流网络，U_i,1表示节点i的基波分量，而对于直流网络，U_i,1表示节点i的直流分量。

(3)网络电压平均暂降幅度ΔU：

将各节点电压暂降幅度的平均值定义为网络电压平均暂降幅度。

对于交流网络，任意节点的电压暂降幅度用暂降电压的均方根值与额定电压均方根值表示，即：

${\mathrm{\ΔU}}_{AC}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_{AC}}{\Σ}}{U}_{i-rms1}/U_{i-rms2}}{N_{AC}}---\left(5\right)$

式中，U_i-rms1为节点i暂降电压的有效值，U_i-rms2为节点i额定电压有效值。

对于直流网络，任意节点的定义为暂降母线电压与额定母线电压的比值，即：

${\mathrm{\ΔU}}_{DC}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_{DC}}{\Σ}}{U}_{i-dc}/U_{i-dc}}{N_{DC}}---\left(6\right)$

式中，U_i-dc为节点i的暂降母线电压，U_i-dc为节点i的额定母线电压。

(4)网络电压的平均偏离度d：

对于交流网络，网络电压的平均偏离度定义为各节点电压偏离度的平均值。

对于交流网络：

$d_{AC}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_{AC}}{\Σ}}{d}_{AC,i}}{N_{AC}}---\left(7\right)$

式中，d_AC,i为交流网络节点的电压偏离度：

$d_{AC,i}=\frac{(U_{rated-ac,i}-U_{load-ac,i})}{U_{rated-ac,i}}\×100\%---\left(8\right)$

式中，U_rated-ac为交流网络节点i的额定电压，U_load-ac为交流网络节点i接入负荷时的实际电压。

对于直流网络：

$d_{DC}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_{DC}}{\Σ}}{d}_{DC,i}}{N_{DC}}---\left(9\right)$

式中，d_DC,i为直流网络节点i的电压偏离度：

$d_{DC,i}=\frac{(U_{rated-dc,i}-U_{load-dc,i})}{U_{rated-dc,i}}\×100\%---\left(10\right)$

式中，U_rated-dc,i为直流网络节点i额定电压，U_load-dc为直流网络节点i接入负荷时的实际电压。

(5)网络线路损耗ΔP：

网络线路损耗定义为各线路损耗之和：

$\mathrm{\Δ}P=\underset{l=1}{\overset{N_L}{\Σ}}(P_{from,l}-P_{to,l})---\left(11\right)$

式中，P_from,P_to分别为配电网第l条直流或交流线路首端及末端有功功率；N_L为配电网直流和交流线路总数。

(6)网络平均线路压降ΔU^L：

网络平均线路压降定义为网络中所有线路压降的平均值。

对于交流配电网：

${\mathrm{\ΔU}}_{AC}^L=\frac{\underset{l=1}{\overset{N_{ACL}}{\Σ}}{\mathrm{\ΔU}}_{AC,l}}{N_{ACL}}---\left(12\right)$

${\mathrm{\ΔU}}_{AC,l}\≈\frac{P_{AC}{R}_{AC}+Q_{AC}{X}_{AC}}{U_{AC}}---\left(13\right)$

式中，P_AC、Q_AC分别为线路末端有功功率和无功功率；R_AC、X_AC分别为线路等效电阻和等效电抗；U_AC为线路末端节点电压有效值；N_ACL为交流线路总数。

对于直流配电网，网络平均线路压降定义为：

${\mathrm{\ΔU}}_{DC}^L=\frac{\underset{l=1}{\overset{N_{DCL}}{\Σ}}{\mathrm{\ΔU}}_{DC,l}}{N_{DCL}}---\left(14\right)$

${\mathrm{\ΔU}}_{DC,l}\≈\frac{P_{DC}{R}_{DC}}{U_{DC}}---\left(15\right)$

式中，P_DC为直流线路末端有功功率；R_DC为直流电缆的等效电阻；U_DC为直流线路末端节点电压；N_DCL为直流线路总数。

(7)网络电压暂降频次N_F：电压暂降频次是指一定时间内电压暂降发生的次数，其数值越高则对敏感负荷的影响频繁程度越高，基于用户满意度的电压暂降频次估计方法如下：

$N_F=\underset{l=1}{\overset{N_L}{\Σ}}{\mathrm{\δ}}_l{L}_l---\left(16\right)$

式中，δ_l、L_l分别为第l条线路的故障率和该线路处于不满意区域的长度。

(8)网络母线电压的稳定性K_V：此指标表示网络中所有节点的平均稳定性，采用最大负荷能力作为系统的电压稳定裕度，采用功率裕度指标K_V来反映节点的强弱[11]：

$K_V=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_V}{\Σ}}{K}_{V,i}}{N_V}---\left(17\right)$

$K_{V,i}=\frac{P_{cr,i}-P_{o,i}}{P_{o,i}}---\left(18\right)$

式中，P_cr,i为节点i的极限功率；P_o,i为节点i的运行功率。由于直流网络不存在母线电压稳定性的问题，可认为K_V＝1。

(9)“N-1”可转供率：

“N-1”可转供率是指配电网在失去1个元件时，转供负荷占总负荷的比例：

${\mathrm{\α}}_{N-1}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_V}{\Σ}}{P}_{rec1,i}}{\underset{i=1}{\overset{N_V}{\Σ}}{P}_{load,i}}\×100\%---\left(19\right)$

式中，P_rec1,i为发生“N-1”故障后节点i的负荷功率；P_load,i为发生故障前节点i的负荷功率。

(10)“N-2”可转供率：

“N-2”可转供率是指配电网在失去2个元件时，转供负荷占总负荷的比例：

${\mathrm{\α}}_{N-2}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_V}{\Σ}}{P}_{rec2,i}}{\underset{i=1}{\overset{N_V}{\Σ}}{P}_{load,i}}\×100\%---\left(20\right)$

式中，P_rec2,i为发生“N-2”故障后节点i的负荷功率。

(11)线路利用率γ_E：

指电网处于最大负荷运行状态时，设备负载与设备额定容量的比值，主要用于量化电网中设备的负载情况：

${\mathrm{\γ}}_E=\underset{1\≤l\≤N_L}{\min }{\mathrm{\γ}}_{L,l}---\left(21\right)$

${\mathrm{\γ}}_{L,l}=\frac{P_{from,l}}{P_{L,l}^{\max }}---\left(22\right)$

式中，γ_L,l为第l条线路的负载率，即第l条线路的利用率；为线路的最大传输容量。

(12)分布式发电、储能等自备电源用户比例：该指标表示分布式电源和储能设备发电量在用户负荷中所用电量中的比例，定义如下：

$D_d=\frac{W_{dis-sto}}{W_{load}}\×100\%---\left(23\right)$

式中，W_dis-sto为分布式电源和储能设备供给用户负荷的电量(kW·h)；W_load为用户负荷用电量(kW·h)。

本发明的步骤二：建立供电可靠性评估体系，具体包括以下内容：

(1)平均故障停电次数SAIFI：一年内总停电次数除以用户总数(次/用户年)。

$SAIFI=\frac{\underset{j=1}{\overset{N_C}{\Σ}}{N}_j^{US}}{N_C}---\left(24\right)$

式中，N_C为用户总数；为用户j一年内的停电次数。

(2)用户平均停电持续时间SAIDI：一年内每个用户的平均停电时间。

$SAIDI=\frac{\underset{j=1}{\overset{N_C}{\Σ}}{T}_j}{N_C}---\left(25\right)$

式中，T_j为用户j一年内停电持续总时间。

(3)供电可靠率ASAI：一年内用户的不停电小时数除以用户总共要求的供电小时数。

$ASAI=\frac{T_h\×N_C-\underset{j=1}{\overset{N_C}{\Σ}}{T}_j}{T_h\×N_C}---\left(26\right)$

式中，T_h表示规定时间内需电小时数，例如一年为单位，一般T_h＝8760。

(4)系统总电量不足指标ENS:系统在一年内因为停电造成用户总的电量损失。

$ENS=\underset{i=1}{\overset{N_C}{\Σ}}{E}_{loss,i}---\left(27\right)$

式中，E_loss,i为第i次停电所造成的用户电量损失。

(5)平均停电时间CAIDI：每次故障停电的平均停电持续时间。

$CAIDI=\frac{\underset{j=1}{\overset{N_C}{\Σ}}{T}_j}{\underset{j=1}{\overset{N_C}{\Σ}}{N}_j^{US}}---\left(28\right)$

上述供电可靠性指标均可根据配电网不同设备的故障率，采用蒙特卡洛仿真方法进行计算。

(6)单位投资的持续供电时间CT

该指标反映新增或维修线路/分布式电源/储能装置的投资对可靠性的贡献，新增或维修设备均能降低相应设备的故障率，因此该指标的值越大，则表示对提高配电网供电可靠性的贡献度就越大。此指标对于提供高供电可靠性较低的放射状配电网有显著影响，而对于可靠性较高的配电网贡献度较小。

$C_T=\underset{1\≤i\≤N_{EC}}{\min }\frac{T_h\×A_{SAI,i}}{C_{R,i}}---\left(29\right)$

式中，N_EC为网络中的设备类型总数；A_SAI,i表示新增或维护第i类设备后配电网的供电可靠率；C_R,i表示新增或维修第i类设备的成本：

C_R,i＝N_AM,i·(a_EC,i+w_EC,i)(30)

式中，N_AM,i为新增或维修的设备类型总数；a_EC,i为第i类设备的单价；w_EC,i为第i类设备的单位维修费用，当设备更新时，令w_EC,i＝0，当设备维修时，令a_EC,i＝0。

(7)单位投资的供电能力指标GP

该指标表示新增变压器/线路/分布式电源/储能装置的投资对配电网供电能力的贡献度，该指标的取值越大，表明单位投资对配电网供电能力的提高就越显著。

$G_P=\underset{1\≤i\≤N_{EC}}{\min }\frac{C_{P,i}}{C_{I,i}}---\left(31\right)$

式中，C_P,i表示增加i类设备后每类设备额定容量之和的最小值：

$C_{P,i}=\underset{1\≤i\≤N_{EC}}{\min }\underset{k=1}{\overset{N_{ECi}}{\Σ}}{P}_{i,k}^{\max }---\left(32\right)$

式中，N_EC,i为第i类设备的总数；为第i类设备中第k个设备的额定容量。C_I,i表示新增第i类设备的投资成本：

C_I,i＝N_add,ia_EC,i(33)

式中，N_add,i表示所增加第i类设备的数量。

本发明的步骤三：建立经济性评估指标体系，具体包括以下内容

(1)设备投资成本指标S_AC/DC

配电网规划建设的设备投资主要包括：直流电缆和交流电缆投资，用户侧逆变器和整流器投资，交流、直流变压器投资^,，交流、直流断路器投资，中压换流站(VSC)投资等。

对于交流网络，设备投资中不包括中压换流站，用户侧不包括逆变设备，设备投资的计算方法如下：

$S_{AC/DC}=\underset{i=1}{\overset{N_{Eac}}{\Σ}}{N}_{ac,i}{a}_{ac,i}.---\left(34\right)$

式中，N_Eac,i为第i种交流设备的台数，a_Eac,i为交流网络中第i种设备的单价，N_Eac为交流网络建设所需交流设备类型总数。

对于直流网络，网络中没有交流变压器，用户侧没有整流设备，设备投资计算方法为：

$S_{AC/DC}=\underset{i=1}{\overset{N_{Edc}}{\Σ}}{N}_{dc,i}{a}_{dc,i}---\left(35\right)$

式中，N_Edc,i为第i种直流设备的台数，a_Edc,i为直流网络中第i种设备的单价，N_Edc为直流网络建设所需交流设备类型总数。

对于交直流混合配电网，计算方法同上，只是包括了所有的关键设备。

(2)设备折旧费用D_C：

$D_C=\underset{i=1}{\overset{N_{EC}}{\Σ}}{D}_{C_i}---\left(36\right)$

式中，为第i类设备的年折旧费用：

$D_{C_i}=S_{B,i}\·r_{C,i}---\left(37\right)$

式中，S_B,i为第i类设备初期投资，r_C,i为第i类设备的年折旧率，r_C,i＝(1-λ_i)/N_Y，λ_i为第i类设备的净残值率，N_Y为第i类设备的折旧年限。

(3)单位投资的有效供电率E_R

该指标反映了新增变压器/线路/分布式电源/储能装置/无功补偿装置的投资对降低配电网线路损耗的贡献程度，E_R取值越大，表明投资对降低线路损耗的作用越明显。

$E_R=\underset{1\≤{\mathrm{iN}}_{EC}}{\min }\frac{{\mathrm{\ΔA}}_i\%}{C_{I,i}}---\left(38\right)$

${\mathrm{\ΔA}}_i\%=\frac{{\mathrm{\ΔW}}_i}{W_S}\×100\%---\left(39\right)$

式中，ΔA_i％为新增第i类设备后的线损率；ΔW_i表示新增设备后较未新增设备时线损的变化量(kW·h)；W_S表示未新增设备前所有电源(含储能装置)的总供电量(kW·h)。对于直流网络，无功补偿设备台数为0。

(4)单位投资最大预期售电量E_P

该指标反映在单位投资下，配电网一年内可以提供给用户的最大电量，该指标的值越大，单位投资对E_P的贡献度越高。

$E_P=\frac{E_{\max }}{C_E}---\left(40\right)$

式中，C_E为电网总投资， $C_E=S_{AC/DC}+D_C++\underset{k=1}{\overset{N_{add,i}}{\Σ}}(C_{R,i}+C_{I,i}+C_{L,i}),$ 反映了供电能力、供电可靠性、线路损耗等影响因素所对应的投资，即成本。E_max为电网最大预期售电量：

$E_{max}=T_h\×N_C\×A_{SAI}\×\underset{j=1}{\overset{N_C}{\Σ}}{P}_{load,j}---\left(41\right)$

式中，P_load,j为用户j的平均有功功率。

本发明的步骤四：建立社会性评估指标体系，具体包括以下内容

以用户对电网的满意度综合得分反映配电网的社会性效益，本发明求取指标的过程中此处采用专家给分的方式，对每种供电模式以用户满意度的角度进行给分。从供电质量，规范服务，咨询服务，电费缴纳，服务管理5个方面进行评价，每方面的满分为100分，最低分为0分，模拟用户对5个方面进行打分后取平均值，通过隶属度函数，将平均值进行模糊化后作为用户满意度，再根据各个用户的权重，求出用户满意度综合得分：

$G_C=\underset{j=1}{\overset{N_C}{\Σ}}{\mathrm{\ω}}_{C,j}{f}_{C,j}---\left(42\right)$

式中，ω_C,j为用户j满意度权重，f_C,j为模糊隶属度值。

本发明的步骤五：建立环保性评估指标体系，具体包括以下内容

(1)碳减排量：火力发电发出对应绿色能源发电量所排放的二氧化碳排量，一般采用下式计算：

$E_{{\mathrm{co}}_2}=0.4kg/kwh*2.493*W_g---\left(43\right)$

式中，W_g为绿色能源发电量，单位(kW·h)。

(2)清洁能源渗透率P_E：该指标用来反映配电网中水能、风能、太阳能等可再生能源发电量占总发电量的比率，计算公式如下：

$P_E=\frac{W_E}{W_{sum}}\×100\%---\left(44\right)$

式中，W_E表示清洁能源发电量(kW·h)；W_sum为总发电量(kW·h)。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)所建立的指标体系涵盖了技术性、供电可靠性、经济性、社会性和环保性，能够全面、客观反映交直流供电网络的各项性能；

(2)通过所建立的指标体系结合已有的评估方法，可以实现对交直流配电网供电模式选择，具有很高的工程实用价值。

附图说明

图1交流配电网放射状网络拓扑结构。

图2直流配电网放射状网络拓扑结构。

图3交直流混合配电网放射状网络拓扑结构。

图4交直流混合配电网双端供电网络拓扑结构。

图5交直流混合配电网环状网络拓扑结构。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作具体阐述。

将指标体系用于图1-图5的典型交直流配电网供电模式，每种模式中的负荷性质划分为5类：中压直流负荷、中压交流负荷、低压A类负荷、低压B类负荷和低压C类负荷。其中中压直流负荷是对电能质量要求较高的工业负荷；中压交流负荷为普通工业负荷；低压A类负荷为低压直流负荷，如计算机、冰箱等；低压B类负荷是低压交流负荷，如交流电机等；低压C类负荷是纯电阻性负荷，如白炽灯。

图1所示的放射状交流配电网为常用的供电模式，对于直流负荷需经整流设备整流之后再对其供电，光伏发电和储能装置等直流电源通过逆变器并网，存在转换效率问题，而风力发电等交流电源直接并网，可最大程度提高风电利用率；不同电压等级的母线通过变压器联接，网络结构简单，建设成本低，但其供电可靠性相对较低。

图2所示的放射状直流配电网，对于所有的直流负荷均进行直流供电，光伏发电和储能装置等直流电源直接并网，可节省大量换流环节，而风力发电等交流电源需通过整流器并网；不同电压等级的母线可通过直流变压器联接，而对于交流负荷需经逆变设备然后对其进行供电，网络传输容量较大，网络损耗较小。

图3所示的放射状交直流混合配电网，光伏发电和储能装置等直流电源直接接入直流网络；对于交流负荷采用交流网络供电，风力发电等交流电源直接接入交流网络，可有效避免整流和逆变产生的能量转换损耗；对于直流负荷采用直流网络供电，混合配电网结构简单，但其建设成本相对增加。

图4所示两端供电交直流混合配电网采用双电源供电，光伏发电和储能装置等直流电源直接接入直流线，风力发电等交流电源直接接入交流线；两端供电模式为负荷提供两条供电线路，一条为主线路，一条为备用线路，当线路发生故障使得线路开关跳闸而停电时，经故障隔离之后其所带负荷全部或部分经联络开关可由备用线路会继续为负荷供电，与放射状交直流网络相比，具有较高的供电可靠性，及较高的建设成本。

图5所示环状交直流混合配电网，交直流负荷与分布电源的接入方式与两端供电方式相同，与放射状和两端供电网络相比，网络供电可靠性进一步提高，其中直流网络部分为环状结构且环状运行，交流部分为环状结构但开环运行，相应其建设成本也较高。

通过计算得到所建立的指标体系中各个指标的数值，如表1所示。

表1交直流混合仿真指标数值

通过层次分析法，得到每个指标的权重，对各个指标的数值及其权重之积求和，最终可以求得各个交直流混合评估方案的最终得分为73.7，68.1，69.3，71.6，73.5，即对交直流网络的评估结果优劣依次为全直流最优，交直流混合环状供电、交直流混合双向供电、交直流混合双向供电，交直流混合单端供电依次由优至劣，全交流最差。结果表明，本发明所建立的交直流网络的评估指标体系，可以充分反映出每种交直流供电模式的优缺点，具有很高的工程应用价值。

Claims (5)

1.一种用于交直流配电网供电模式选择的评价指标算法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、建立技术性评估指标体系；

步骤二、建立供电可靠性评估体系；

步骤三、建立经济性评估指标体系；

步骤四、建立社会性评估指标体系；

步骤五、建立环保性评估指标体系。

2.根据权利要求1所述的一种用于交直流配电网供电模式选择的评价指标算法，其特征在于，所述步骤一建立技术性评估指标体系，具体包括以下内容：

(1)网络谐波电流含量比率α：

对于交流网络，网络谐波电流含量比率定义为不同节点总谐波电流含量比率的平均值，即：

${\mathrm{\α}}_{AC}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_{AC}}{\Σ}}{I}_{h,i}^{AC}/I_{0,i}^{AC}}{N_{AC}}---\left(1\right)$

式中，为交流网络第i个节点的基波电流有效值，为交流网络第i个节点的总谐波电流有效值，N_AC为交流网络节点的个数， 为交流网络第i个节点第k(k≥0)次谐波电流有效值；

对于直流网络，网络谐波电流含量比率定义：

${\mathrm{\α}}_{DC}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_{DC}}{\Σ}}{I}_{h,i}^{DC}/I_{0,i}^{DC}}{N_{DC}}---\left(2\right)$

式中，为直流网络第i个节点的基波电流有效值，为直流网络第i个节点的总谐波电流有效值，N_DC为直流网络节点的个数， 为直流网络第i个节点第k(k≥0)次谐波电流有效值；

(2)网络平均电压畸变率ξ_avg：配电网路平均电压畸变率以不同电压节点电压畸变率的平均值来表示，即：

${\mathrm{\ξ}}_{avg}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_V}{\Σ}}{\mathrm{\ξ}}_i}{N_V}---\left(3\right)$

式中，N_V为交流网络的直流网络的节点数，ξ_i为节点i的电压畸变率，可用该节点各次谐波电压的均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示，即：

${\mathrm{\ξ}}_i=\sqrt{\frac{U_{i,2}^2+U_{i,3}^2+U_{i,4}^2+...+U_{i,n}^2}{U_{i,1}^2}}\×100\%---\left(4\right)$

式中，U_i,2,U_i,3,…,U_i,n表示节点i的各次谐波电压；对于交流网络，U_i,1表示节点i的基波分量，而对于直流网络，U_i,1表示节点i的直流分量；

(3)网络电压平均暂降幅度ΔU：

将各节点电压暂降幅度的平均值定义为网络电压平均暂降幅度；

对于交流网络，任意节点的电压暂降幅度用暂降电压的均方根值与额定电压均方根值表示，即：

${\mathrm{\ΔU}}_{AC}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_{AC}}{\Σ}}{U}_{i-rms1}/U_{i-rms2}}{N_{AC}}---\left(5\right)$

式中，U_i-rms1为节点i暂降电压的有效值，U_i-rms2为节点i额定电压有效值；

对于直流网络，任意节点的定义为暂降母线电压与额定母线电压的比值，即：

${\mathrm{\ΔU}}_{DC}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_{DC}}{\Σ}}{U}_{i-dc}/U_{i-dc}}{N_{DC}}---\left(6\right)$

式中，U_i-dc为节点i的暂降母线电压，U_i-dc为节点i的额定母线电压；

(4)网络电压的平均偏离度d：

对于交流网络，网络电压的平均偏离度定义为各节点电压偏离度的平均值；

对于交流网络：

$d_{AC}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_{AC}}{\Σ}}{d}_{AC,i}}{N_{AC}}---\left(7\right)$

式中，d_AC，i为交流网络节点的电压偏离度：

$d_{AC,i}=\frac{(U_{rated-ac,i}-U_{load-ac,i})}{U_{rated-ac,i}}\×100\%---\left(8\right)$

式中，U_rated-ac为交流网络节点i的额定电压，U_load-ac为交流网络节点i接入负荷时的实际电压；

对于直流网络：

$d_{DC}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_{DC}}{\Σ}}{d}_{DC,i}}{N_{DC}}---\left(9\right)$

式中，d_DC,i为直流网络节点i的电压偏离度：

$d_{DC,i}=\frac{(U_{rated-dc,i}-U_{load-dc,i})}{U_{rated-dc,i}}\×100\%---\left(10\right)$

式中，U_rated-dc,i为直流网络节点i额定电压，U_load-dc为直流网络节点i接入负荷时的实际电压；

(5)网络线路损耗ΔP：

网络线路损耗定义为各线路损耗之和：

$\mathrm{\Δ}P=\underset{l=1}{\overset{N_L}{\Σ}}(P_{from,l}-P_{to,l})---\left(11\right)$

式中，P_from,P_to分别为配电网第l条直流或交流线路首端及末端有功功率；N_L为配电网直流和交流线路总数；

(6)网络平均线路压降ΔU^L：

网络平均线路压降定义为网络中所有线路压降的平均值；

对于交流配电网：

${\mathrm{\ΔU}}_{AC}^L=\frac{\underset{l=1}{\overset{N_{ACL}}{\Σ}}{\mathrm{\ΔU}}_{AC,l}}{N_{ACL}}---\left(12\right)$

${\mathrm{\ΔU}}_{AC,l}\≈\frac{P_{AC}{R}_{AC}+Q_{AC}{X}_{AC}}{U_{AC}}---\left(13\right)$

式中，P_AC、Q_AC分别为线路末端有功功率和无功功率；R_AC、X_AC分别为线路等效电阻和等效电抗；U_AC为线路末端节点电压有效值；N_ACL为交流线路总数；

对于直流配电网，网络平均线路压降定义为：

${\mathrm{\ΔU}}_{DC}^L=\frac{\underset{l=1}{\overset{N_{DCL}}{\Σ}}{\mathrm{\ΔU}}_{DC,l}}{N_{DCL}}---\left(14\right)$

${\mathrm{\ΔU}}_{DC,l}\≈\frac{P_{DC}{R}_{DC}}{U_{DC}}---\left(15\right)$

式中，P_DC为直流线路末端有功功率；R_DC为直流电缆的等效电阻；U_DC为直流线路末端节点电压；N_DCL为直流线路总数；

(7)网络电压暂降频次N_F：电压暂降频次是指一定时间内电压暂降发生的次数，其数值越高则对敏感负荷的影响频繁程度越高，基于用户满意度的电压暂降频次估计方法如下：

$N_F=\underset{l=1}{\overset{N_L}{\Σ}}{\mathrm{\δ}}_l{L}_l---\left(16\right)$

式中，δ_l、L_l分别为第l条线路的故障率和该线路处于不满意区域的长度；

(8)网络母线电压的稳定性K_V：此指标表示网络中所有节点的平均稳定性，采用最大负荷能力作为系统的电压稳定裕度，采用功率裕度指标K_V来反映节点的强弱[11]：

$K_V=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_V}{\Σ}}{K}_{V,i}}{N_V}---\left(17\right)$

$K_{V,i}=\frac{P_{cr,i}-P_{o,i}}{P_{o,i}}---\left(18\right)$

式中，P_cr,i为节点i的极限功率；P_o,i为节点i的运行功率；由于直流网络不存在母线电压稳定性的问题，可认为K_V＝1；

(9)“N-1”可转供率：

“N-1”可转供率是指配电网在失去1个元件时，转供负荷占总负荷的比例：

${\mathrm{\α}}_{N-1}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_V}{\Σ}}{P}_{rec1,i}}{\underset{i=1}{\overset{N_V}{\Σ}}{P}_{load,i}}\×100\%---\left(19\right)$

式中，P_rec1,i为发生“N-1”故障后节点i的负荷功率；P_load,i为发生故障前节点i的负荷功率；

(10)“N-2”可转供率：

“N-2”可转供率是指配电网在失去2个元件时，转供负荷占总负荷的比例：

${\mathrm{\α}}_{N-2}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_V}{\Σ}}{P}_{rec2,i}}{\underset{i=1}{\overset{N_V}{\Σ}}{P}_{load,i}}\×100\%---\left(20\right)$

式中，P_rec2,i为发生“N-2”故障后节点i的负荷功率；

(11)线路利用率γ_E：

指电网处于最大负荷运行状态时，设备负载与设备额定容量的比值，主要用于量化电网中设备的负载情况：

${\mathrm{\γ}}_E=\underset{1\≤l\≤N_L}{min}{\mathrm{\γ}}_{L,l}---\left(21\right)$

${\mathrm{\γ}}_{L,l}=\frac{P_{from,l}}{P_{L,l}^{\max }}---\left(22\right)$

式中，γ_L,l为第l条线路的负载率，即第l条线路的利用率；为线路的最大传输容量；

(12)分布式发电、储能等自备电源用户比例：该指标表示分布式电源和储能设备发电量在用户负荷中所用电量中的比例，定义如下：

$D_d=\frac{W_{dis-sto}}{W_{load}}\×100\%---\left(23\right)$

式中，W_dis-sto为分布式电源和储能设备供给用户负荷的电量(kW·h)；W_load为用户负荷用电量(kW·h)。

3.根据权利要求1所述的一种用于交直流配电网供电模式选择的评价指标算法，其特征在于，所述步骤二建立供电可靠性评估体系，具体包括以下内容：

(1)平均故障停电次数SAIFI：一年内总停电次数除以用户总数(次/用户年)；

$SAIFI=\frac{\underset{j=1}{\overset{N_C}{\Σ}}{N}_j^{US}}{N_C}---\left(24\right)$

式中，N_C为用户总数；为用户j一年内的停电次数；

(2)用户平均停电持续时间SAIDI：一年内每个用户的平均停电时间；

$SAIDI=\frac{\underset{j=1}{\overset{N_C}{\Σ}}{T}_j}{N_C}---\left(25\right)$

式中，T_j为用户j一年内停电持续总时间；

(3)供电可靠率ASAI：一年内用户的不停电小时数除以用户总共要求的供电小时数；

$ASAI=\frac{T_h\×N_C-\underset{j=1}{\overset{N_C}{\Σ}}{T}_j}{T_h\×N_C}---\left(26\right)$

式中，T_h表示规定时间内需电小时数，例如一年为单位，一般T_h＝8760；

(4)系统总电量不足指标ENS:系统在一年内因为停电造成用户总的电量损失；

$ENS=\underset{i=1}{\overset{N_C}{\Σ}}{E}_{loss,i}---\left(27\right)$

式中，E_loss,i为第i次停电所造成的用户电量损失；

(5)平均停电时间CAIDI：每次故障停电的平均停电持续时间；

$CAIDI=\frac{\underset{j=1}{\overset{N_C}{\Σ}}{T}_j}{\underset{j=1}{\overset{N_C}{\Σ}}{N}_j^{US}}---\left(28\right)$

上述供电可靠性指标均可根据配电网不同设备的故障率，采用蒙特卡洛仿真方法进行计算；

(6)单位投资的持续供电时间CT

该指标反映新增或维修线路/分布式电源/储能装置的投资对可靠性的贡献，新增或维修设备均能降低相应设备的故障率，因此该指标的值越大，则表示对提高配电网供电可靠性的贡献度就越大；此指标对于提供高供电可靠性较低的放射状配电网有显著影响，而对于可靠性较高的配电网贡献度较小；

$C_T=\underset{1\≤i\≤N_{EC}}{min}\frac{T_h\×A_{SAI,i}}{C_{R,i}}---\left(29\right)$

式中，N_EC为网络中的设备类型总数；A_SAI,i表示新增或维护第i类设备后配电网的供电可靠率；C_R,i表示新增或维修第i类设备的成本：

C_R,i＝N_AM,i·(a_EC,i+w_EC,i)(30)

式中，N_AM,i为新增或维修的设备类型总数；a_EC,i为第i类设备的单价；w_EC,i为第i类设备的单位维修费用，当设备更新时，令w_EC,i＝0，当设备维修时，令a_EC,i＝0；

(7)单位投资的供电能力指标GP

该指标表示新增变压器/线路/分布式电源/储能装置的投资对配电网供电能力的贡献度，该指标的取值越大，表明单位投资对配电网供电能力的提高就越显著；

$G_P=\underset{1\≤i\≤N_{EC}}{min}\frac{C_{P,i}}{C_{I,i}}---\left(31\right)$

式中，C_P,i表示增加i类设备后每类设备额定容量之和的最小值：

$C_{P,i}=\underset{1\≤i\≤N_{EC}}{min}\underset{k=1}{\overset{N_{EC,i}}{\Σ}}{P}_{i,k}^{\max }---\left(32\right)$

式中，N_EC,i为第i类设备的总数；为第i类设备中第k个设备的额定容量；

C_I,i表示新增第i类设备的投资成本：

C_I,i＝N_add,ia_EC,i(33)

式中，N_add,i表示所增加第i类设备的数量。

4.根据权利要求1所述的一种用于交直流配电网供电模式选择的评价指标算法，其特征在于，所述步骤三建立经济性评估指标体系，具体包括以下内容

(1)设备投资成本指标S_AC/DC

配电网规划建设的设备投资主要包括：直流电缆和交流电缆投资，用户侧逆变器和整流器投资，交流、直流变压器投资,，交流、直流断路器投资，中压换流站(VSC)投资等；

对于交流网络，设备投资中不包括中压换流站，用户侧不包括逆变设备，设备投资的计算方法如下：

$S_{AC/DC}=\underset{i=1}{\overset{N_{Eac}}{\Σ}}{N}_{ac,i}{a}_{ac,i}.---\left(34\right)$

式中，N_Eac,i为第i种交流设备的台数，a_Eac,i为交流网络中第i种设备的单价，N_Eac为交流网络建设所需交流设备类型总数；

对于直流网络，网络中没有交流变压器，用户侧没有整流设备，设备投资计算方法为：

$S_{AC/DC}=\underset{i=1}{\overset{N_{Edc}}{\Σ}}{N}_{dc,i}{a}_{dc,i}---\left(35\right)$

式中，N_Edc,i为第i种直流设备的台数，a_Edc,i为直流网络中第i种设备的单价，N_Edc为直流网络建设所需交流设备类型总数；

对于交直流混合配电网，计算方法同上，只是包括了所有的关键设备；

(2)设备折旧费用D_C：

$D_C=\underset{i=1}{\overset{N_{EC}}{\Σ}}{D}_{C_i}---\left(36\right)$

式中，为第i类设备的年折旧费用：

$D_{C_i}=S_{B,i}\·r_{C,i}---\left(37\right)$

式中，S_B,i为第i类设备初期投资，r_C,i为第i类设备的年折旧率，r_C,i＝(1-λ_i)/N_Y，λ_i为第i类设备的净残值率，N_Y为第i类设备的折旧年限；

(3)单位投资的有效供电率E_R

该指标反映了新增变压器/线路/分布式电源/储能装置/无功补偿装置的投资对降低配电网线路损耗的贡献程度，E_R取值越大，表明投资对降低线路损耗的作用越明显；

$E_R=\underset{1\≤i\≤N_{EC}}{min}\frac{{\mathrm{\ΔA}}_i\%}{C_{I,i}}---\left(38\right)$

${\mathrm{\ΔA}}_i\%=\frac{{\mathrm{\ΔW}}_i}{W_S}\×100\%---\left(39\right)$

式中，ΔA_i％为新增第i类设备后的线损率；ΔW_i表示新增设备后较未新增设备时线损的变化量(kW·h)；W_S表示未新增设备前所有电源(含储能装置)的总供电量(kW·h)；对于直流网络，无功补偿设备台数为0；

(4)单位投资最大预期售电量E_P

该指标反映在单位投资下，配电网一年内可以提供给用户的最大电量，该指标的值越大，单位投资对E_P的贡献度越高；

$E_P=\frac{E_{\max }}{C_E}---\left(40\right)$

式中，C_E为电网总投资， $C_E=S_{AC/DC}+D_C++\underset{k=1}{\overset{N_{add,i}}{\Σ}}(C_{R,i}+C_{I,i}+C_{L,i}),$ 反映了供电能力、供电可靠性、线路损耗等影响因素所对应的投资，即成本；E_max为电网最大预期售电量：

$E_{max}=T_h\×N_C\×A_{SAI}\×\underset{j=1}{\overset{N_C}{\Σ}}{P}_{load,j}---\left(41\right)$

式中，P_load,j为用户j的平均有功功率。

5.根据权利要求1所述的一种用于交直流配电网供电模式选择的评价指标算法，其特征在于，所述步骤四建立社会性评估指标体系，具体包括以下内容

以用户对电网的满意度综合得分反映配电网的社会性效益，本发明求取指标的过程中此处采用专家给分的方式，对每种供电模式以用户满意度的角度进行给分；从供电质量，规范服务，咨询服务，电费缴纳，服务管理5个方面进行评价，每方面的满分为100分，最低分为0分，模拟用户对5个方面进行打分后取平均值，通过隶属度函数，将平均值进行模糊化后作为用户满意度，再根据各个用户的权重，求出用户满意度综合得分：

$G_C=\underset{j=1}{\overset{N_C}{\Σ}}{\mathrm{\ω}}_{C,j}{f}_{C,j}---\left(42\right)$

式中，ω_C,j为用户j满意度权重，f_C,j为模糊隶属度值；

本发明的步骤五：建立环保性评估指标体系，具体包括以下内容

(1)碳减排量：火力发电发出对应绿色能源发电量所排放的二氧化碳排量，一般采用下式计算：

$E_{{\mathrm{co}}_2}=0.4kg/kwh*2.493*W_g---\left(43\right)$

式中，W_g为绿色能源发电量，单位(kW·h)；

(2)清洁能源渗透率P_E：该指标用来反映配电网中水能、风能、太阳能等可再生能源发电量占总发电量的比率，计算公式如下：

$P_E=\frac{W_E}{W_{sum}}\×100\%---\left(44\right)$

式中，W_E表示清洁能源发电量(kW·h)；W_sum为总发电量(kW·h)。