CN108565899B - 一种dg启动及运行特性综合评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电网黑启动方法的技术领域，更具体地，涉及一种DG启动及运行特性综合评价方法，包括设计DG启动及运行特性综合评价指标体系的步骤、计算各评价指标的客观权重的步骤、计算各评价指标的主观权重的步骤、计算各评价指标的综合权重的步骤以及计算各评价指标相对贴进度的步骤。本发明将主观类评价方法与客观类评价方法相结合以克服单一方法的缺点，综合评价DG启动特性以及DG运行特性，合理利用DG在电网黑启动过程中的作用，为黑启动过程中合理安排DG的启动时序、微网黑启动的主参考源选择等提供决策依据。

Description

一种DG启动及运行特性综合评价方法

技术领域

本发明涉及电网黑启动方法的技术领域，更具体地，涉及一种DG启动及运行特性综合评价方法。

背景技术

在系统遭受重大事故引起大面积停电后，制定有效的黑启动方案进行快速的恢复供电是保证电网安全运行的重要措施。随着大量分布式电源DG接入配电网，尤其是多种分布式电源DG、储能装置、负荷及控制装置组合成的微网在电网中的应用发展，利用分布式电源DG辅助电网黑启动的研究逐渐引起关注。目前，国内外一些学者对DG辅助电网分微网、配网和大电网黑启动三个场景进行了研究。尽管业界对DG的黑启动能力、启动顺序等进行了研究，但评价指标不完备、评估方法存在一定局限性，缺乏对DG启动与运行特性的综合评价模型与方法。

现有的评价方法主要包括两类，一类是主观性方法，如层次分析法；另一类是客观性方法，如熵权法、主成分分析法、变异系数法。然而，单一的评价方法不能满足不同研究对象的评价需求。依据研究对象的不同构建相应的评价体系，将主观类与客观类评价方法相结合来克服单一方法的缺点，是进行合理评价的有效方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于黑启动过程的DG启动与运行特性的综合评价方法，可以为黑启动过程中合理安排DG的启动时序、微网黑启动的主参考源选择提供决策依据。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种DG启动及运行特性综合评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.设计DG启动及运行特性综合评价指标体系，所述评价指标包括启动特性指标以及运行特性指标，并对启动特性指标以及运行特性指标进行分类；

S2.利用变异系数法计算各评价指标的客观权重；

S3.利用层次分析法计算各评价指标的主观权重；

S4.利用乘法组合赋权法计算各评价指标的综合权重；

S5.利用逼近理想解排序法计算各评价指标相对贴进度，并进行综合评价。

本发明的DG启动及运行特性综合评价方法，将主观类与客观类评价方法相结合来克服单一方法的缺点，合理利用DG在电网黑启动过程中的作用，为黑启动过程中合理安排DG的启动时序、微网黑启动的主参考源选择等提供决策依据。

优选地，所述启动特性指标包括经济性指标、可靠性指标以及时间性指标；所述经济性指标包括启动成本C_s和启动功率P_s，所述可靠性指标包括励磁方式、DG容量和负荷重要度ω；所述时间性指标包括启动时间t_s、路径指数J和爬坡速率RD。

优选地，所述启动成本包括DG启动过程的燃料费用及启动费用，按式(1)计算：

式(1)中，c_f为单位发电量所需的燃料费用，C_e为启动过程中的其他费用；

所述启动时间t_s为从冷态到启动成功后输出功率相对稳定的时间；

所述负荷重要度ω按式(2)计算：

式(2)中，P_r、λ_r、l_r分别为第r个节点负荷有功功率、重要度和距离DG的电气距离，R为DG附近的所有负荷；

所述路径指数J为当前DG到具有黑启动能力DG的路径复杂度，按式(3)计算：

J＝min{n₁,n₂…n_m-1} (3)

式(3)中，m为DG个数，n₁、n₂…n_m-1分别为当前DG与其他DG连接的最短路径开关数。

优选地，所述运行特性指标包括经济性指标、可靠性指标以及安全性指标；所述经济性指标包括年运行维护费用C_OM、年发电成本C_cost和年碳排放量C_E，所述可靠性指标包括稳定运行能力、无功支撑能力Q_max和调压调频能力，所述安全性指标包括抗干扰能力以及谐波畸变度THD_U。

优选地，所述年运行维护费用C_OM根据一年多个典型场景的运行费用按式(4)计算：

C_OM＝∑8760p_kc_OMP_DG,k (4)

式(4)中，p_k为第k个典型场景的发生概率，c_OM为DG单位发电量的运行维护成本，P_DG,k为DG在第k个典型场景下的有功出力；

所述年发电成本C_cost根据一年多个典型场景的发电成本按式(5)计算：

C_cost＝∑8760p_kc_fP_DG,k (5)

式(5)中，p_k为第k个典型场景的发生概率，c_f为单位发电量所需要的燃料费用，P_DG,k为DG在第k个典型场景下的有功出力；

所述年碳排放量C_E用于表征DG的环境成本，按式(6)计算：

C_E＝ηα∑8760p_kP_DG,k (6)

式(6)中，η为碳排放单价，α为DG单位发电量的碳排放量；

所述谐波畸变度THD_U按式(7)计算：

式(7)中，h为谐波次数，U_h为h次谐波的电压有效值，U₁为正弦波电压有效值。

优选地，步骤S2的计算步骤如下：

S21.对不同单位、数量级的评价指标进行归一化处理，所述评价指标包括正向指标以及负向指标，所述正向指标的归一化公式如式(8)所示，所述负向指标的归一化公式如式(9)所示：

式(8)～式(9)中，maxx_j、minx_j分别为评价指标矩阵中第j列元素的最大值和最小值；x′_ij为第i个对象的第j个指标规范化处理后的数值，x_ij为第i个对象的第j个指标的数值；

S22.在各评价指标规范化处理后，按式(10)～(12)计算各评价指标的平均值标准差s_j以及变异系数：

式(10)～式(12)中，V_j是第j项指标的变异系数；为第j项指标的平均值；s_j为第j项指标的标准差；

S23.将指标权重向量表示为W″＝(W₁″,W″₂,…,W_n″)^T，其中第j个评价指标权重W_j″按式(13)计算：

优选地，步骤S3的计算步骤如下：

S31.构造判断矩阵，将M个评价指标X₁、X₂、…、X_M两两比较，按重要程度不减的方式排序，所得顺序为X₁≥X₂≥…≥X_M，根据比例标度法确定指标X_i与X_i+1的标度值k_i，由指标重要程度传递性构造判断矩阵，按式(14)表示为A:

S32.采用规范列平均法计算判断矩阵的最大特征值对应的特征向量按照式(15)～式(16)计算指标权重：

w＝(w₁,w₂,…,w_n)^T (16)

式(15)～式(16)中，a_ij表示判断矩阵A中第i行第j列的元素；w_i表示第i个下层因素对上层因素的权重，w表示下层因素对上层因素的权向量；

S33.依次进行层次单排序和层次总排序，得到指标层各因素对于总目标重要程度的权重向量，按式(17)记为W′：

W′＝(W₁′,W₂′,…,W_n′)^T (17)

优选地，步骤S4中所述的综合权重W_j按式(18)计算：

优选地，步骤S5包括以下步骤：

S51.利用变异系数法建立的规范化评价矩阵构造加权规范化评价矩阵，按式(19)～式(20)计算，公式如下：

Z＝(z_ij)_m×n (19)

z_ij＝W_jx′_ij (20)

式(19)～式(20)中，Z为加权规范化评价矩阵，z_ij为加权规范化评价矩阵中第i行第j列元素，z_i＝[z_i1,z_i2,…,z_in]为第i个对象的加权规范化评价指标向量；

S52.按式(21)取加权规范化评价矩阵中各列元素z_1j,z_2j,…z_mj最大值z_j ⁺作为正理想解Z⁺：

Z⁺＝(z₁ ⁺,z₂ ⁺,…,z_n ⁺) (21)

S53.按式(22)取加权规范化评价矩阵中各列元素z_1j,z_2j,…z_mj最小值z_j ^-作为负理想解Z^-：

Z^-＝(z₁ ^-,z₂ ^-,…,z_n ^-) (22)

S54.按式(23)计算第i个评价对象与正理想解Z⁺的距离：

按式(24)计算第i个评价对象与负理想解Z^-的距离：

S55.通过式(25)计算相对用于评价对象优劣程度的贴进度C_i：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的DG启动及运行特性综合评价方法，将主观类与客观类评价方法相结合来克服单一方法的缺点，综合评价DG启动特性以及DG运行特性，合理利用DG在电网黑启动过程中的作用，为黑启动过程中合理安排DG的启动时序、微网黑启动的主参考源选择等提供决策依据。

附图说明

图1为本发明的DG启动及运行特性综合评价方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1

如图1所示为本发明的DG启动及运行特性综合评价方法的第一实施例，包括以下步骤：

S1.设计DG启动及运行特性综合评价指标体系，所述评价指标包括启动特性指标以及运行特性指标，并对启动特性指标以及运行特性指标进行分类；

具体地，启动特性指标包括经济性指标、可靠性指标以及时间性指标；所述经济性指标包括启动成本C_s和启动功率P_s，所述可靠性指标包括励磁方式、DG容量和负荷重要度ω；所述时间性指标包括启动时间t_s、路径指数J和爬坡速率RD；所述运行特性指标包括经济性指标、可靠性指标以及安全性指标；所述经济性指标包括年运行维护费用C_OM、年发电成本C_cost和年碳排放量C_E，所述可靠性指标包括稳定运行能力、无功支撑能力Q_max和调压调频能力，所述安全性指标包括抗干扰能力以及谐波畸变度THD_U。

其中，启动成本包括DG启动过程的燃料费用及启动费用，按式(1)计算：

式(1)中，c_f为单位发电量所需的燃料费用，C_e为启动过程中的其他费用；

启动功率：启动DG所需提供的功率，用P_s表示。其值越小，启动过程越容易实现；

励磁方式：根据有无励磁系统将DG分为有励磁和无励磁两种类型。光伏、燃料电池等通过逆变器并网的DG一般无励磁系统，微型燃气轮机、柴油机等以励磁电压可调型同步发电机并网，黑启动过程中有励磁系统可以提高DG在低电压下启动的成功率；

DG容量：DG容量越大，表示其可为黑启动过程提供更多的功率；

负荷重要度ω按式(2)计算：

式(2)中，P_r、λ_r、l_r分别为第r个节点负荷有功功率、重要度和距离DG的电气距离，R为DG附近的所有负荷；

所述启动时间t_s为从冷态到启动成功后输出功率相对稳定的时间；

路径指数J为当前DG到具有黑启动能力DG的路径复杂度，按式(3)计算：

J＝min{n₁,n₂…n_m-1} (3)

式(3)中，m为DG个数，n₁、n₂…n_m-1分别为当前DG与其他DG连接的最短路径开关数；

爬坡速率RD：DG单位时间内升负荷度，用RD表示。其值越大，则DG带负荷越快，对黑启动过程贡献越大。

年运行维护费用C_OM根据一年多个典型场景的运行费用按式(4)计算：

C_OM＝∑8760p_kc_OMP_DG,k (4)

式(4)中，p_k为第k个典型场景的发生概率，c_OM为DG单位发电量的运行维护成本，P_DG,k为DG在第k个典型场景下的有功出力；

所述年发电成本C_cost根据一年多个典型场景的发电成本按式(5)计算：

C_cost＝∑8760p_kc_fP_DG,k (5)

式(5)中，p_k为第k个典型场景的发生概率，c_f为单位发电量所需要的燃料费用，P_DG,k为DG在第k个典型场景下的有功出力；

所述年碳排放量C_E用于表征DG的环境成本，按式(6)计算：

C_E＝ηα∑8760p_kP_DG,k (6)

式(6)中，η为碳排放单价，α为DG单位发电量的碳排放量；

稳定运行能力：表示DG能够正常运行并保持稳定输出的能力。根据统计的数据，将其分为差、较差、一般、良好、非常好五个等级；

无功支撑能力Q_max：表示DG正常运行时可向系统提供的最大无功量；

调压调频能力：黑启动过程要求DG具有一定的调压调频能力。将其划分为为差、较差、一般、良好、非常好五个等级；

抗干扰能力：当DG外部发生大的负荷变化或受到扰动保持稳定运行能力，将其划分为为差、较差、一般、良好、非常好五个等级；

所述谐波畸变度THD_U按式(7)计算：

式(7)中，h为谐波次数，U_h为h次谐波的电压有效值，U₁为正弦波电压有效值。

S2.利用变异系数法计算各评价指标的客观权重；

具体计算步骤如下：

S21.对不同单位、数量级的评价指标进行归一化处理，所述评价指标包括正向指标以及负向指标，所述正向指标的归一化公式如式(8)所示，所述负向指标的归一化公式如式(9)所示：

式(8)～式(9)中，maxx_j、minx_j分别为评价指标矩阵中第j列元素的最大值和最小值；x′_ij为第i个对象的第j个指标规范化处理后的数值，x_ij为第i个对象的第j个指标的数值；

S22.在各评价指标规范化处理后，按式(10)～(12)计算各评价指标的平均值标准差s_j以及变异系数：

式(10)～式(12)中，V_j是第j项指标的变异系数；为第j项指标的平均值；s_j为第j项指标的标准差；

S23.将指标权重向量表示为W″＝(W₁″,W₂″,…,W_n″)^T，其中第j个评价指标权重W_j″按式(13)计算：

S3.利用层次分析法计算各评价指标的主观权重；

具体计算步骤如下：

S31.构造判断矩阵，将M个评价指标X₁、X₂、…、X_M两两比较，按重要程度不减的方式排序，所得顺序为X₁≥X₂≥…≥X_M，根据比例标度法确定指标X_i与X_i+1的标度值k_i，由指标重要程度传递性构造判断矩阵，按式(14)表示为A:

S32.采用规范列平均法计算判断矩阵的最大特征值对应的特征向量按照式(15)～式(16)计算指标权重：

w＝(w₁,w₂,…,w_n)^T (16)

式(15)～式(16)中，a_ij表示判断矩阵A中第i行第j列的元素；w_i表示第i个下层因素对上层因素的权重，w表示下层因素对上层因素的权向量；

S33.依次进行层次单排序和层次总排序，得到指标层各因素对于总目标重要程度的权重向量，按式(17)记为W′：

W′＝(W₁′,W₂′,…,W_n′)^T (17)

S4.利用乘法组合赋权法计算各评价指标的综合权重；

具体计算步骤如下：

S5.利用逼近理想解排序法计算各评价指标相对贴进度，并进行综合评价。

具体计算步骤如下：

S51.利用变异系数法建立的规范化评价矩阵构造加权规范化评价矩阵，按式(19)～式(20)计算，公式如下：

Z＝(z_ij)_m×n (19)

z_ij＝W_jx′_ij (20)

式(19)～式(20)中，Z为加权规范化评价矩阵，z_ij为加权规范化评价矩阵中第i行第j列元素，z_i＝[z_i1,z_i2,…,z_in]为第i个对象的加权规范化评价指标向量；

S52.按式(21)取加权规范化评价矩阵中各列元素z_1j,z_2j,…z_mj最大值z_j ⁺作为正理想解Z⁺：

Z⁺＝(z₁ ⁺,z₂ ⁺,…,z_n ⁺) (21)

S53.按式(22)取加权规范化评价矩阵中各列元素z_1j,z_2j,…z_mj最小值z_j ^-作为负理想解Z^-：

Z^-＝(z₁ ^-,z₂ ^-,…,z_n ^-) (22)

S54.按式(23)计算第i个评价对象与正理想解Z⁺的距离：

按式(24)计算第i个评价对象与负理想解Z^-的距离：

S55.通过式(25)计算相对用于评价对象优劣程度的贴进度C_i：

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种DG启动及运行特性综合评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.设计分布式电源DG启动及运行特性综合评价指标体系，所述评价指标包括启动特性指标以及运行特性指标，并对启动特性指标以及运行特性指标进行分类，所述启动特性指标包括经济性指标、可靠性指标以及时间性指标；所述经济性指标包括启动成本C_s和启动功率P_s，所述可靠性指标包括励磁方式、DG容量和负荷重要度ω；所述时间性指标包括启动时间t_s、路径指数J和爬坡速率RD；

S2.利用变异系数法计算各评价指标的客观权重；

S3.利用层次分析法计算各评价指标的主观权重；

S4.利用乘法组合赋权法计算各评价指标的综合权重；

S5.利用逼近理想解排序法计算各评价指标相对贴进度，并进行综合评价；

其中，所述启动成本包括DG启动过程的燃料费用及启动费用，按式(1)计算：

式(1)中，P_s(t)为DG在时刻t的启动功率；c_f为单位发电量所需的燃料费用，C_e为启动过程中的其他费用；

所述启动时间t_s为从冷态到启动成功后输出功率相对稳定的时间；

所述负荷重要度ω按式(2)计算：

式(2)中，P_r、λ_r、l_r分别为第r个节点负荷有功功率、重要度和距离DG的电气距离，R为DG附近的所有负荷；

所述路径指数J为当前DG到具有黑启动能力DG的路径复杂度，按式(3)计算：

J＝min{n₁,n₂…n_m-1} (3)

式(3)中，m为DG个数，n₁、n₂…n_m-1分别为当前DG与其他DG连接的最短路径开关数。

2.根据权利要求1所述的DG启动及运行特性综合评价方法，其特征在于，所述运行特性指标包括经济性指标、可靠性指标以及安全性指标；所述经济性指标包括年运行维护费用C_OM、年发电成本C_cost和年碳排放量C_E，所述可靠性指标包括稳定运行能力、无功支撑能力Q_max和调压调频能力，所述安全性指标包括抗干扰能力以及谐波畸变度THD_U。

3.根据权利要求2所述的DG启动及运行特性综合评价方法，其特征在于：

所述年运行维护费用C_OM根据一年多个典型场景的运行费用按式(4)计算：

C_OM＝∑8760p_kc_OMP_DG,k (4)

式(4)中，p_k为第k个典型场景的发生概率，c_OM为DG单位发电量的运行维护成本，P_DG,k为DG在第k个典型场景下的有功出力；

所述年发电成本C_cost根据一年多个典型场景的发电成本按式(5)计算：

C_cost＝∑8760p_kc_fP_DG,k (5)

式(5)中，c_f为单位发电量所需要的燃料费用；

所述年碳排放量C_E用于表征DG的环境成本，按式(6)计算：

C_E＝ηα∑8760p_kP_DG,k (6)

式(6)中，η为碳排放单价，α为DG单位发电量的碳排放量；

所述谐波畸变度THD_U按式(7)计算：

式(7)中，h为谐波次数，U_h为h次谐波的电压有效值，U₁为正弦波电压有效值，N为谐波最大次数。

4.根据权利要求1所述的DG启动及运行特性综合评价方法，其特征在于，步骤S2的计算步骤如下：

S21.对不同单位、数量级的评价指标进行归一化处理，所述评价指标包括正向指标以及负向指标，所述正向指标的归一化公式如式(8)所示，所述负向指标的归一化公式如式(9)所示：

式(8)～式(9)中，max x_j、min x_j分别为评价指标矩阵中第j列元素的最大值和最小值；x′_ij为第i个对象的第j个指标规范化处理后的数值，x_ij为第i个对象的第j个指标的数值；

S22.在各评价指标规范化处理后，按式(10)～(12)计算各评价指标的平均值标准差s_j以及变异系数：

式(10)～式(12)中，V_j是第j项指标的变异系数；为第j项指标的平均值；s_j为第j项指标的标准差；

S23.将指标权重向量表示为W″＝(W₁″,W₂″,…,W_n″)^T，其中第j个评价指标权重W″_j按式(13)计算：

式中，n为评价指标总个数。

5.根据权利要求4所述的DG启动及运行特性综合评价方法，其特征在于，步骤S3的计算步骤如下：

S31.构造判断矩阵，将M个评价指标X₁、X₂、…、X_M两两比较，按重要程度不减的方式排序，所得顺序为X₁≥X₂≥…≥X_M，根据比例标度法确定指标X_i与X_i+1的标度值k_i，由指标重要程度传递性构造判断矩阵，按式(14)表示为A:

S32.采用规范列平均法计算判断矩阵的最大特征值对应的特征向量，按照式(15)～式(16)计算指标权重：

w＝(w₁,w₂,…,w_n)^T (16)

式(15)～式(16)中，a_ij表示判断矩阵A中第i行第j列的元素；w_i表示第i个下层因素对上层因素的权重，w表示下层因素对上层因素的权向量；

S33.依次进行层次单排序和层次总排序，得到指标层各因素对于总目标重要程度的权重向量，按式(17)记为W′：

W′＝(W₁′,W₂′,…,W_n′)^T (17)。

6.根据权利要求5所述的DG启动及运行特性综合评价方法，其特征在于，步骤S4中所述的综合权重W_j按式(18)计算：

7.根据权利要求1所述的DG启动及运行特性综合评价方法，其特征在于，定义z_i＝[z_i1,z_i2,…,z_in]为第i个对象的加权规范化评价指标向量，步骤S5包括以下步骤：

S51.利用变异系数法建立的规范化评价矩阵构造加权规范化评价矩阵，按式(19)～式(20)计算，公式如下：

Z＝(z_ij)_m×n (19)

z_ij＝W_jx′_ij (20)

式(19)～式(20)中，Z为加权规范化评价矩阵，z_ij为加权规范化评价矩阵中第i行第j列元素；

S52.按式(21)取加权规范化评价矩阵中各列元素z_1j,z_2j,…z_mj最大值z_j ⁺作为正理想解Z⁺：

Z⁺＝(z₁+,z₂ ⁺,…,z_n ⁺) (21)

S53.按式(22)取加权规范化评价矩阵中各列元素z_1j,z_2j,…z_mj最小值z_j ^-作为负理想解Z^-：

Z^-＝(z₁ ^-,z₂ ^-,…,z_n ^-) (22)

S54.按式(23)计算第i个评价对象与正理想解Z⁺的距离：

按式(24)计算第i个评价对象与负理想解Z^-的距离：

S55.通过式(25)计算相对用于评价对象优劣程度的贴进度C_i：