CN108171429A - 一种多基地直流外送的新能源消纳量化评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多基地直流外送的新能源消纳量化评价方法，包括如下步骤：1）建立递阶层次结构模型；2）构造模型中各层次中的所有判断矩阵；3）计算一致性比例CR；4）计算各层要素对系统总目标的合成权重；5）确定评价因素集和评语集；6确定各因素的权重和隶属度向量，构造模糊评判矩阵；7）进行模糊合成，得到模糊综合评价结果，本发明能够根据确定的指标，评价新能源消纳的效果，找出影响新能源消纳的关键因素，为新能源消纳提供更有效的指导性建议。

Description

一种多基地直流外送的新能源消纳量化评价方法

技术领域

本发明涉及一种支持多基地和直流外送情况下的长周期新能源优先调度评价方法，属于电力系统调度自动化技术领域。

背景技术

以风电为代表的新能源因其无污染可再生特性，且无温室气体排放，逐渐成为能源发展的重要方向。尤其是风电作为技术最成熟的新能源利用方式之一，在国家的大力支持下已经实现连续多年快速增长。2015年，全国风电新增装机容量30753MW，累计装机容量已达145362MW；全国光伏发电新增装机容量15130MW，累计装机容量43180MW。其中，西北地区依旧是风电新增装机容量最多的地区，超过11GW，占风电新增总装机容量的38％。

不同能源类型的发电机组出力由于能源介质特性的不同，其出力特性也是不同的。火电机组和水电机组等常规能源机组由于能源介质的供给具有连续性，出力可以人为调节；而风能与太阳能受限于其自然属性，导致风电与光伏出力具有间歇性与波动性，与常规能源机组相比供电可靠性较低，并且难以有效预测、调度和控制，电网安全运行控制风险增加。其次，我国风电资源的地域特征明显，风电等新能源基地与负荷中心呈逆向分布，西北等新能源电力富集地区经济相对不发达，负荷水平较低，加之本地常规机组调峰能力有限，无法解决风电等大规模新能源集中接入后导致的间歇性和波动性，使得本地电网消纳新能源的能力有限。由于风电场当地用电需求小，我国在风能资源开发上采用的是“大规模集中式开发、高电压远距离输送”模式，不同于丹麦、德国等欧洲国家采用的“分布式开发、就地消纳”模式，随着风电的爆发式增长，地区电网风电渗透率增加，风电场接入、输送和消纳问题突出。要想进一步提高新能源消纳电量，必须在更大的空间范围内进行消纳。

根据国家电网发展研究，位于西北地区能源基地的风电等新能源将通过特高压直流联络线输送到东部负荷中心处。现行的直流跨区跨省输送方式大多按照电站自身运行要求或者送端电网的电力盈余情况安排送电计划，很少会顾及受端电网的用电需求，导致受端电网不得不被动消纳大量低谷电力，加剧了受端电网的调峰压力，因此需要建立受端系统的新能源消纳能力分析模型，刻画受端系统的外来电力接纳能力，实现新能源的跨区优化配置。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种支持多基地和直流外送情况下的长周期新能源优先调度评价方法，该方法采用基于层次分析法与模糊综合评价的综合评价模型，在提出的一系列新能源评价指标的基础上，计算评估周期内电网的新能源消纳能力，评价对新能源消纳影响的关键因素。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种多基地直流外送的新能源消纳量化评价方法，

步骤1)建立递阶层次结构模型

首先把问题条理化、层次化，构造出有层次的结构模型，可将这些层次分为三类：最高层(目的层)、中间层(准则层)、最低层(方案层)。递阶层次结构中的层次数与问题的复杂程度及需要分析的详尽程度有关，一般的层次数不受限制，每一层次中各元素所支配的元素一般不要超过9个。

步骤2)构造出各层次中的所有判断矩阵

准则层中的各准则在目标衡量中所占的比重并不一定相同，在决策者心目中，它们各占有一定的比例。引用数字1-9及其倒数作为标度来定义判断矩阵A＝(a_ij)_n×n(见表1)。

表1判断矩阵标度定义

步骤3)计算一致性比例CR

①计算一致性指标CI(consistency index)

其中，λ_max为判断矩阵的最大特征值。

②查找一致性指标RI(见表2)

表2一致性指标

③计算一致性比例CR(consistency ratio)

当CR<0.10时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，否则应对判断矩阵作适当修改。

步骤4)计算各层要素对系统总目标的合成权重

将判断矩阵A先进行列向量归一化，得到A'，再对A'按行求和并归一化，得到的矩阵U即为各要素对系统总目标的权重。

步骤5)确定评价因素集和评语集

设因素集q₁,q₂,…,q_m为评价对象的m个因素，即评价指标个数，

V＝{v₁,v₂,...,v_m}为每一因素的评语集；

步骤6)确定各因素的权重和隶属度向量，构造模糊评判矩阵

确定因素q_i,i＝1,2,…,m对评语集中各个评语v_j,j＝1,2,...,n的隶属度r_ij，构成一个评价矩阵R：

评价矩阵R是因素集Q到V的一个模糊关系。得到模糊关系矩阵，尚不足以对事物进行评价。评价因素集中的各个因素对评价目标的作用大小不同，因此需要确定其作用大小，也即权重，在此引入步骤4)得出的权重U。

步骤7)进行模糊合成，得到模糊综合评价结果

将U与R进行模糊变换，得到向量B，

B＝U*R＝(b₁,b₂,…,b_n)(*为算子符号) (5)

在决策时，根据最大隶属度原则，选择最大的b_j所对应的等级v_j作为综合评价结果。

本发明所达到的有益效果是：本发明能够根据确定的指标，评价新能源消纳的效果，找出影响新能源消纳的关键因素，为新能源消纳提供更有效的指导性建议。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

为了进一步描述本发明的技术特点和效果，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。

在长周新能源优先调度综合评价中，指标体系层级较多，因此本发明应用层次分析法计算每一层次各指标对于上一层次指标的优先权重，最后再通过加权递阶归并各指标对总目标的最终权重。此外，由于新能源长期消纳与规划、并网指标数据样本较少，且新能源长期消纳情况与并网运行指标受天气等自然条件因素影响较大，具有季节性变化特征，各季度指标之间可比性较差，定量评价方法适用性有限，故需依据相关专家经验对各指标进行定性评价，而模糊综合评价可将定性分析转化为定量评价，评价效果优于常见的专家打分法等定性评价方法。本发明采用基于层次分析法与模糊综合评价的综合评价模型，基于已提出的一系列新能源评价指标，对长周期新能源优先调度进行评价。

本部分基于该优先调度评价方法，以2016年各季度某地区新能源长期优先调度情况为评价对象，对其进行综合评价，各评价指标值如表5所示。

表3 2016年各季度某地区新能源规划与并网数据

步骤1)基于提出的指标(见表4)，建立递阶层次结构模型。

表4 新能源长周期消纳关键因素相关性系数汇总表

步骤2)构造出各层次中的所有判断矩阵

一级评价指标权重判断矩阵如下：

二级评价指标可以建立2个权重判断矩阵。

指标E₁下的判断矩阵为：

指标E₂下的判断矩阵为：

三级评价指标可以建立6个权重判断矩阵。指标E₁₁下的判断矩阵为：

指标E₁₂下的判断矩阵为：

指标E₁₃下的判断矩阵为：

指标E₂₁下的判断矩阵为：

指标E₂₂下的判断矩阵为：

指标E₂₃下的判断矩阵为：

步骤3)计算各层要素对系统总目标的合成权重并进行一致性检验用公式(3)得到权重向量如下：

U＝(A₁,A₂)＝(0.5,0.5)

CR<0.1，满足一致性要求。

同理可得

U₁＝(E₁₁,E₁₂,E₁₃)＝(0.37,0.52,0.11)

U₂＝(E₂₁,E₂₂,E₂₃)＝(0.27,0.58,0.15)

U₁₁＝(E₁₁₁,E₁₁₂,E₁₁₃,E₁₁₄)＝(0.07,0.20,0.38,0.35)

U₁₂＝(E₁₂₁,E₁₂₂,E₁₂₃)＝(0.1,0.61,0.29)

U₁₃＝(E₁₃₁,E₁₃₂)＝(0.75,0.25)

U₂₁＝(E₂₁₁,E₂₁₂,E₂₁₃)＝(0.29,0.61,0.1)

U₂₂＝(E₂₂₁,E₂₂₂)＝(0.75,0.25)

U₂₃＝(E₂₃₁,E₂₃₂,E₂₃₃,E₂₃₄,E₂₃₅)＝(0.33,0.17,0.33,0.13,0.05)

各评价指标权重计算结果如表5所示。

表5基于层次分析法的各评价指标权重计算结果

步骤4)确定评价因素集和评语集

进行评价需要对不同层次的因素建立一个统一的评价的标准，可以将评价等级设定为5等，记为评价集V，V＝{差，较差，一般，良好，优}。然后对专家进行咨询，收集他们对新能源规划并网各类指标的评价等级，并进行登记汇总。调研收集20位专家的评价结果，2016年各季度评价统计结果如6至表9所示。

表6 2016年第一季度某地区新能源优先调度情况专家意见汇总表

表7 2016年第二季度某地区新能源优先调度情况专家意见汇总表

表8 2016年第三季度某地区新能源优先调度情况专家意见汇总表

表9 2016年第四季度某地区新能源优先调度情况专家意见汇总表

步骤5)确定各因素的权重和隶属度向量，构造模糊评判矩阵

第一季度：

①一级模糊综合评判

通过模糊统计方法，求得指标E₁₁的模糊评价矩阵R₁₁为

其综合评价向量

同理可计算出其他评价指标的模糊评价值。

B₁₂＝(0,0.04,0.34,0.52,0.09)

B₁₃＝(0,0,0.23,0.54,0.24)

B₂₁＝(0,0.06,0.41,0.47,0.07)

B₂₂＝(0,0.01,0.36,0.55,0.08)

B₂₃＝(0.06,0.21,0.25,0.26,0.27)

②二级模糊综合评判

在一级模糊综合评判的基础上，由B₁₁，B₁₂，B₁₃可求得一级指标E₁的模糊综合评价矩阵R₁

其综合评价向量

B₁＝U₁οR₁＝(0.07,0.15,0.28,0.39,0.11)

同理可得E₂的综合评价向量B₂＝(0.01,0.05,0.36,0.48,0.10)

③三级模糊综合评判

在二级模糊综合评判的基础上，由B₁，B₂可求得最终的模糊综合评价矩阵R，进而求得2016年第一季度某地区长期新能源优先调度的综合评价向量B＝(0.04,0.1,0.32,0.44,0.10)。

第二季度：

通过模糊统计方法，经计算一级指标E₁和E₂的模糊综合评价矩阵分别为

在此基础上，可求得最终的模糊综合评价矩阵R

进而求得2016年第二季度某地区长期新能源优先调度的综合评价向量B＝(0.02,0.06,0.24,0.46,0.23)。

第三季度：

通过模糊统计方法，经计算一级指标E₁和E₂的模糊综合评价矩阵分别为

在此基础上，可求得最终的模糊综合评价矩阵R

进而求得2016年第三季度某地区长期新能源优先调度的综合评价向量B＝(0.02,0.05,0.21,0.46,0.26)。

第四季度：

通过模糊统计方法，经计算一级指标E₁和E₂的模糊综合评价矩阵分别为

在此基础上，可求得最终的模糊综合评价矩阵R

进而求得2016年第四季度某地区长期新能源优先调度的综合评价向量B＝(0,0.03,0.23,0.42,0.32)。

步骤8)进行模糊合成，得到模糊综合评价结果

设评语集V＝{差，较差，一般，良好，优秀}＝{20，40，60，80，100}，则某地区2016年各季度新能源优先调度评价总体得分及各指标得分分别如表10和11所示。

表10某地区2016年各季度新能源优先调度评价得分汇总表

	第一季度	第二季度	第三季度	第四季度
					分数	69.42	76.62	78.48	81.09

表11某地区2016年各季度新能源优先调度评价指标得分汇总表

根据评价结果可以看出，某地区2016年新能源优先调度总体处于良好水平，各季度长期新能源优先调度综合评价具体排序为第四季度>第三季度>第二季度>第一季度，其中第四季度评价得分为81.09，新能源优先调度情况优秀，二、三季度得分分别为76.62和78.48，新能源优先调度与消纳情况良好，第一季度得分仅为69.42，其新能源优先调度工作有待提高。

本发明方法具有以下特点和功能：

1、采用基于层次分析法与模糊综合评价的长期新能源优先调度综合评价模型，可以将定性分析与定量分析相结合，有效提升评价效果。

2、本发明技术方案在某区域电网富裕可再生能源交易系统中得到应用，应用效果符合预期。实际应用表明，本发明采用基于层次分析法与模糊综合评价的长期新能源优先调度综合评价模型，可以将定性分析与定量分析相结合，有效提升评价效果。

本方法在实际电网数据下开展的发电计划优化的研究和尝试。本方法采用基于层次分析法与模糊综合评价的综合评价模型，在提出的一系列新能源评价指标的基础上，计算评估周期内电网的新能源消纳能力，评价对新能源消纳影响的关键因素。

上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多基地直流外送的新能源消纳量化评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)建立递阶层次结构模型；

2)构造模型中各层次中的所有判断矩阵；

3)计算一致性比例CR；

4)计算各层要素对系统总目标的合成权重；

5)确定评价因素集和评语集；

6确定各因素的权重和隶属度向量，构造模糊评判矩阵；

7)进行模糊合成，得到模糊综合评价结果。

2.根据权利要求1所述的一种多基地直流外送的新能源消纳量化评价方法，其特征在于，所述步骤1)建立递阶层次结构模型具体为：

把问题条理化、层次化，构造出有层次的结构模型，并将层次分为目的层、准则层与方案层三类。

3.根据权利要求1所述的一种多基地直流外送的新能源消纳量化评价方法，其特征在于：，所述构造模型中各层次中的所有判断矩阵具体为：

引用数字1-9及其倒数作为标度来定义判断矩阵A＝(a_ij)_n×n，判断矩阵标度定义如下表1：

4.根据权利要求1所述的一种多基地直流外送的新能源消纳量化评价方法，其特征在于,所述步骤3)计算一致性比例CR具体为：

1a)根据公式(1)计算一致性指标

其中，λ_max为判断矩阵的最大特征值。

1b)查找一致性指标RI；

1c)根据公式(2)计算一致性比例CR；

5.根据权利要求1所述的一种多基地直流外送的新能源消纳量化评价方法，其特征在于，所述步骤4)计算各层要素对系统总目标的合成权重具体为：

将判断矩阵A先进行列向量归一化，得到A'，再对A'按行求和并归一化，得到的矩阵U即为各要素对系统总目标的权重。

6.根据权利要求1所述的一种多基地直流外送的新能源消纳量化评价方法，其特征在于，所述步骤5)确定评价因素集和评语集具体为：

设因素集Q＝{q}₁,q₂,…,q_m，q₁,q₂,…,q_m为评价对象的m个因素，即评价指标个数，V＝{v₁,v₂,...,v_m}为每一因素的评语集。

7.根据权利要求1所述的一种多基地直流外送的新能源消纳量化评价方法，其特征在于，所述步骤6)确定各因素的权重和隶属度向量，构造模糊评判矩阵具体为：

确定因素q_i,i＝1,2,…,m对评语集中各个评语v_j,j＝1,2,...,n的隶属度r_ij，构成一个评价矩阵R：

8.根据权利要求1所述的一种多基地直流外送的新能源消纳量化评价方法，其特征在于，所述步骤7)进行模糊合成，得到模糊综合评价结果具体为：

将权重U与R进行模糊变换，得到向量B，

B＝U*R＝(b₁,b₂,…,b_n)，*为算子符号 (5)

在决策时，根据最大隶属度原则，选择最大的b_j所对应的等级v_j作为综合评价结果。