CN112421638B - 一种基于潮流贡献度的直流近区资产划分方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于潮流贡献度的直流近区资产划分方法，采用潮流追踪方法将设备中的潮流根据不同服务对象进行区分为交流电网和直流输电工程，并根据潮流追踪结果计算潮流贡献度的各指标，潮流贡献度指标包括电能传输量、传输功率峰值、年使用时长和主导使用时长，再采用主客观权重以及TOPSIS法对潮流贡献度指标进行评估，进而对直流近区资产进行划分。本发明能够根据历史潮流数据，对直流输电工程的近区资产明确、清晰、科学地做出划分，有效解决了直流送端现存的近区资产划分不明确问题，能够理顺现有的输电价格体系，有利于水电等清洁能源外送的有序进行。

Description

一种基于潮流贡献度的直流近区资产划分方法

技术领域

本发明涉及配电网规划领域，具体地讲，是涉及一种基于潮流贡献度的直流近区资产划分方法。

背景技术

直流近区资产是交流电网中主要服务于直流输电工程的部分资产，其划分直接影响直流专项输电价、省级电网输电价的核定，进而影响清洁能源外送的有序进行。目前，现有形成的专项工程、区域电网、省级电网三层输配电价格体系，存在送端所在省级公司、区域分部收费不统一，近区资产产权划分和收费主体不明确的问题。特别是对于在先有交流电网的情况下建设的直流输电工程，目前并未对其直流近区资产做出划分。直流输电工程作为国家西电东送战略的重要通道，其输电价格深刻影响送受端电网、清洁能源电站等市场主体的利益，为理顺专项工程、区域电网、省级电网三层输配电价格体系，更好地服务于西电东送国家战略，需要对直流近区资产进行合理划分，确保调度、交易组织、资产运营、资产收益统一。

目前尚未有针对直流送端近区资产划分的方法，与之较为相似的是关于设备是否作为有效资产计入核价的方法，文献[1]吴帆.基于利用效率的输配电有效资产核算办法[D].长沙理工大学,2017.和文献[2]刘颖敏.A省电网企业准许输配电成本核算分析[D].长沙理工大学,2015.提出基于利用效率来核定有效资产的“有效程度”和准许计入输配电价的基数。以及关于设备利用率的研究，目前现有方法基本集中在设备的总体使用情况上，没有对使用设备的对象进行区分，文献[3]李晓君.基于数据包络分析(DEA)的电网资产利用率评估研究[D].天津大学,2017.提出了基于数据包络分析(DEA)建立电网资产利用率评估模型，能够在计及与不计及风险安全系数下分别计算电网设备利用情况；文献[4]王健.云南电网输变电设备利用率分析研究[D].昆明理工大学,2015.和文献[5]曹磊.中压配电网设备利用率综合评价体系研究[D].天津大学,2012.分别依据实际情况建立了设备利用评价指标体系，对设备利用率进行综合评估。上述方法均没有涉及直流输电工程对于直流近区设备的使用程度，更没有涉及从物理层面对直流近区资产范围进行合理划分。

发明内容

为解决直流送端近区资产存在的划分不明确问题，理顺现有的专项工程、区域电网、省级电网三层输配电价格体系，确保西电东送等国家能源战略的有序进行，本发明提供一种基于潮流贡献度的直流近区资产划分方法，根据所建立的潮流贡献度指标体系，通过潮流追踪方法对设备分别服务于直流输电工程和交流电网时的贡献度进行计算，根据所得的潮流贡献度对设备是否归入直流近区资产进行判定。其中，本发明中所指的直流近区资产主要包括在直流送端较近的一定范围内的设备。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于潮流贡献度的直流近区资产划分方法，包括以下步骤：

S10、根据潮流追踪方法，按不同的服务对象划分一年中每一时刻的线路功率P_l，P_l ^forAC+P_l ^forDC＝P_l，其中，服务对象包括交流电网和直流输电工程，P_l ^forAC表示为交流电网传输的功率，P_l ^forDC表示为直流输电工程输送的功率；

S20、根据潮流追踪结果，分别计算设备服务于交流电网、直流输电工程时的潮流贡献度指标；

S30、对所得的潮流贡献度指标进行综合评估：

S31、采用极值法对各个潮流贡献度指标进行无量纲化处理，

S32、采用主客观权重法确定各个潮流贡献度指标的权重，其中，主观权重法采用G1法，客观权重法采用熵权法，

S33、采用TOPSIS法分别评估设备服务于交流电网的潮流贡献度D_i ^forAC和服务于直流输电工程的潮流贡献度D_i ^forDC；

S40、根据步骤S30所得的不同的服务对象的潮流贡献度进行对比判断，对直流近区资产进行划分，其中，

当设备服务于直流输电工程的潮流贡献度大于服务于交流电网的潮流贡献度时，将该设备计入直流近区资产，

当设备服务于直流输电工程的潮流贡献度小于服务于交流电网的潮流贡献度时，该设备不计入直流近区资产。

其中，所述一年中每一时刻以小时计。

具体地，所述步骤S10中潮流追踪方法为：

S11、将电力节点作为潮流的混合器，各输出支路的潮流由各输入支路的潮流混合组成，并且按照比例共享原则进行功率比例分配；

S12、将直流输电工程中的换流站作为潮流追踪的起点，并将换流站作为交流电网中的一个负载，逐级逆向潮流追踪，获得直流输电工程中的功率来源以及在交流电网中的传输路径；

S13、根据步骤S11和S12的结果确定出电网线路中为直流输电工程输送的功率P_l ^forDC，并由此确定出为交流电网传输的功率P_l ^forAC。

具体地，所述步骤S20中，所述潮流贡献度指标包括电能传输量、传输功率峰值、年使用时长、主导使用时长。

具体地，所述电能传输量为设备分别为交流电网和直流输电工程所传输的总电能；

所述传输功率峰值为一年中设备分别为交流电网和直流输电工程传输的功率的最大值；

所述年使用时长为一年中设备分别为交流电网和直流输电工程提供了功率传输服务的时间；

所述主导使用时长为一年内设备为交流电网和直流输电工程传输的功率在总传输功率中占比超过50％的时间。

具体地，所述步骤S31中利用以下公式对潮流贡献度指标进行无量纲化处理：

该式中，x_ij表示评价对象i在指标j下的原始数据，x′_i′_j表示评价对象i在指标j下的无量纲化值，

表示在该指标下所有评价对象中的最大值，

表示在该指标下所有评价对象中的最小值。

具体地，所述步骤S32中利用熵权法计算客观权重β_j：

计算第j项指标下，第i个评价对象的特征比重：

计算第j项指标的熵值：

计算第j项指标的熵权：

该组式中，n为评价对象数，m为指标数，x′_i′_j为第i个评价对象的第j项指标经无量纲化处理后的数值。

具体地，所述步骤S32中利用加法集成计算主客观权重ω_j：

ω_j＝k₁α_j+k₂β_j

该式中，k₁和k₂为设定常数，k₁,k₂＞0，k₁+k₂＝1。

具体地，所述步骤S33中采用TOPSIS法对设备的潮流贡献度进行综合评估，被评价对象与理想系统之间的加权距离采用欧氏加权距离：

该式中，Y_i ⁺、Y_i ^-分别表示评价对象i离正、负理想点的距离，

分别表示指标j的正、负理想点的指标，分别取该指标下所有评价对象无量纲化处理后的最优值、最劣值；

利用评价对象离正理想点的贴近度来评判其优劣，评价对象离最优点的贴近度表示为：

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过潮流追踪方法将电力设备中的潮流分为两部分，即服务于交流电网的部分和服务于直流输电工程的部分，并分别评估设备对该两部分的潮流贡献度，对设备是否计入直流近区资产作出判断，本发明能够根据历史潮流数据，对直流输电工程的近区资产明确、清晰、科学地做出了划分，有效解决了直流送端现存的近区资产划分不明确问题，能够理顺现有的输电价格体系，有利于水电等清洁能源外送的有序进行。

本发明相较于现有的设备利用率评估方法，所提出的潮流贡献度评价方法构建了多层次的评价指标，形成潮流贡献度评价指标体系，该指标体系根据全时间段的系统潮流分布进行评价，能够全面地评估设备对于某一对象的贡献度；并将设备中的潮流根据服务对象的不同进行区分，能够清晰地分析设备服务对于某一对象的服务程度。

附图说明

图1为本发明-实施例的流程示意图。

图2为本发明-实施例中测试系统的接线示意图。

图3为本发明-实施例中测试系统的一年中直流外送功率变化曲线示意图。

图4为本发明-实施例中测试系统的8条线路一年中的潮流变化曲线示意图以及潮流追踪结果，其中图4-1至4-8分别表示每条线路的潮流变化曲线。

图5为本发明-实施例中测试系统的8条线路的潮流贡献度评估结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1所示，该基于潮流贡献度的直流近区资产划分方法，包括以下步骤：

S10、根据潮流追踪方法，按不同的服务对象划分一年中每一时刻的线路功率P_l，P_l ^forAC+P_l ^forDC＝P_l，其中，服务对象包括交流电网和直流输电工程，P_l ^forAC表示为交流电网传输的功率，P_l ^forDC表示为直流输电工程输送的功率；

S20、根据潮流追踪结果，分别计算设备服务于交流电网、直流输电工程时的潮流贡献度指标；

S30、对所得的潮流贡献度指标进行综合评估：

S31、采用极值法对各个潮流贡献度指标进行无量纲化处理，

S32、采用主客观权重法确定各个潮流贡献度指标的权重，其中，主观权重法采用G1法，客观权重法采用熵权法，

S33、采用TOPSIS法分别评估设备服务于交流电网的潮流贡献度D_i ^forAC和服务于直流输电工程的潮流贡献度D_i ^forDC；

S40、根据步骤S30所得的不同的服务对象的潮流贡献度D_i ^forAC和D_i ^forDC进行对比判断，对直流近区资产进行划分，其中，

当D_i ^forDC＞D_i ^forAC，即设备服务于直流输电工程的潮流贡献度大于服务于交流电网的潮流贡献度时，将该设备主要服务于直流输电工程，计入直流近区资产，

当D_i ^forDC＜D_i ^forAC，即设备服务于直流输电工程的潮流贡献度小于服务于交流电网的潮流贡献度时，该设备主要服务于交流电网，不计入直流近区资产。

其中，所述一年中每一时刻以小时计，即一年按356天计算，共8760小时。

具体地，所述步骤S10中潮流追踪方法：

潮流追踪按照电机输出功率优先供应本地负荷，剩余功率供应非本地负荷，且剩余功率的分配按照比例共享原则进行计算。即将电力节点均看作潮流的混合器，各输出支路的潮流由各输入支路的潮流混合组成。例如，某节点m有两条输入支路和两条输出支路，其输入功率分别为P₁和P₂，其输出功率分别为P₃和P₄；根据比例共享原则，输出支路的功率由各输入支路按功率比例提供，输入支路的功率也由各输出支路按功率比例分配。

即输出功率P3分别由两条输入支路提供的功率为

而输入功率P2在两条输出支路分配的功率为

本发明中，采用逆流追踪法对直流输电工程的功率传输路径进行追踪。由直流输电工程中换流站作为潮流追踪的起点，将换流站作为交流电网中的一个负荷，逐级逆向潮流追踪，即可得出直流输电工程中的功率来源以及在交流电网中的传输路径。由此确定出线路中为直流输电工程所传输的功率P_l ^forDC，而线路中其他剩余的部分功率，即是由交流电网所引起的功率P_l ^forAC。

具体地，所述步骤S20中，所述潮流贡献度指标包括电能传输量、传输功率峰值、年使用时长、主导使用时长。

根据潮流追踪所得的一年中每一时刻的P_l ^forDC、P_l ^forAC，设备分别对于交流电网和直流输电工程的潮流贡献度指标计算公式如下：

所述电能传输量为设备分别为交流电网和直流输电工程所传输的总电能；

即：

对于交流电网：

对于直流输电工程：

所述传输功率峰值为一年中设备分别为交流电网和直流输电工程传输的功率的最大值；即：

对于交流电网：

对于直流输电工程：

所述年使用时长为一年中设备分别为交流电网和直流输电工程提供了功率传输服务的时间；即：

对于交流电网：

对于直流输电工程：

其中，

所述主导使用时长为一年内，交流电网或直流输电工程作为设备的主要使用者的时间，即设备为交流电网和直流输电工程传输的功率在总传输功率中占比超过50％的时间。

对于交流电网：

对于直流输电工程：

其中，

具体地，本发明中所涉及的潮流贡献度指标均为正向指标。

所述步骤S31中利用极值法对潮流贡献度指标进行无量纲化处理，即：

该式中，x_ij表示评价对象i在指标j下的原始数据，x′_i′_j表示评价对象i在指标j下的无量纲化值，

表示在该指标下所有评价对象中的最大值，

表示在该指标下所有评价对象中的最小值。

所述步骤S32中采用主客观权重法确定各个潮流贡献度指标的权重。具体为：

步骤S32-1，利用G1法计算主观权重α_j：

设设定专家关于评价指标

与

的重要程度之比为r_k，该r_k的赋值与指标的重要程度正相关，可参考下表1所示。

表1r_k的赋值参考表

根据r_k的赋值参考表得出r_k值后，即可根据各指标间的相对重要程度进一步计算得到指标的主观权重α_j，具体计算公式为：

该式中，j为指标项数，m为指标数。

步骤S32-2，利用熵权法计算客观权重β_j：

计算第j项指标下，第i个评价对象的特征比重：

计算第j项指标的熵值：

计算第j项指标的熵权：

该组式中，n为评价对象数，m为指标数，x_i′_j为第i个评价对象的第j项指标经无量纲化处理后的数值。

步骤S32-3，利用加法集成计算主客观权重ω_j：

ω_j＝k₁α_j+k₂β_j……(18)

该式中，k₁和k₂为设定常数，可根据实际应用需求具体设定该常数的值，满足k₁,k₂＞0，k₁+k₂＝1。本实施例中可设定为k₁＝k₂＝0.5。

所述步骤S33中根据已得到的设备潮流贡献度各项指标以及权重系数ω_j，采用TOPSIS法对设备的潮流贡献度进行综合评估，被评价对象与理想系统之间的加权距离采用欧氏加权距离，即：

该式中，Y_i ⁺、Y_i ^-分别表示评价对象i离正、负理想点的距离，

分别表示指标j的正、负理想点的指标，分别取该指标下所有评价对象无量纲化处理后的最优值、最劣值；

利用评价对象离正理想点的贴近度来评判其优劣，评价对象离最优点的贴近度表示为：

D_i越大，说明该评价对象距正理想点的距离越近，离负理想点的距离越远，即该评价对象越优。由此确定出设备服务于交流电网的潮流贡献度D_i ^forAC和服务于直流输电工程的潮流贡献度D_i ^forDC。

基于上述方法的过程，本实施例还对其进行测试。以IEEE24节点系统为基础构建了一个测试系统，系统中将17号节点作为送端换流站，通过容量为800MW的直流输电线路向受端系统外送电量。如图2所示。

为模拟实际水电季节性变化情况，将节点16、18、21、22、23上的发电机改造为水电机组，这些机组在丰水期(第23-44周)的可发电容量为100％；在平水期(第18-22,45-48周)，可发电容量为80％；而在枯水期(第1-17，49-52周)，可发电容量为60％。图3为一年8760小时中直流输电线路的外送功率变化情况，从图中可清晰地看到系统外送功率的季节性变化。

选取与送端换流站较为接近的8条线路作为分析对象，该8条线路分别为branch17-18、branch17-22、branch18-21、branch16-18、branch15-21、branch16-19、branch15-16、branch14-16，图4为一年中8条线路的潮流变化曲线以及潮流追踪结果，其中图4-1至图4-8依次对应上述8条线路的潮流变化曲线以及潮流追踪结果。

根据潮流追踪结果，分别计算线路为直流输电工程与交流电网的潮流贡献度指标。结果如下表2所示。

表2该8条线路的潮流贡献度指标计算结果

根据G1法的基本原理，邀请专家对指标进行排序、重要程度比较，获得指标的主观权重；其次，将上表指标无量纲化，通过熵权法得到客观权重。对主、客观权重采用加法集成，得到综合权重。如下表3所示。

指标	主观权重α<sub>j</sub>	客观权重β<sub>j</sub>	综合权重ω<sub>j</sub>
				电能输送量	0.3182	0.2339	0.2761
传输功率峰值	0.2652	0.2788	0.2720
				年使用时间	0.2083	0.2840	0.2462
年主导使用时间	0.2083	0.2494	0.2289

表3指标权重计算结果

根据已得到的设备综合贡献度各项指标以及权重系数，采用TOPSIS法对设备贡献度进行综合评估，并根据贡献度对资产的主要服务对象进行分析。结果如图5所示。

根据图5可得，Branch17-18与Branch17-22两条线路，对直流输电工程的潮流贡献度大于对交流电网的潮流贡献度，说明该线路主要服务于直流输电工程，因此计入直流近区资产。而其他线路对于交流电网的潮流贡献度均大于对直流输电工程的潮流贡献度，不计入直流近区资产。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于潮流贡献度的直流近区资产划分方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、根据潮流追踪方法，按不同的服务对象划分一年中每一时刻的线路功率P_l，P_l ^forAC+P_l ^forDC＝P_l，其中，服务对象包括交流电网和直流输电工程，P_l ^forAC表示为交流电网传输的功率，P_l ^forDC表示为直流输电工程输送的功率；其中潮流追踪方法为：

S11、将电力节点作为潮流的混合器，各输出支路的潮流由各输入支路的潮流混合组成，并且按照比例共享原则进行功率比例分配；

S12、将直流输电工程中的换流站作为潮流追踪的起点，并将换流站作为交流电网中的一个负载，逐级逆向潮流追踪，获得直流输电工程中的功率来源以及在交流电网中的传输路径；

S13、根据步骤S11和S12的结果确定出电网线路中为直流输电工程输送的功率P_l ^forDC，并由此确定出为交流电网传输的功率P_l ^forAC；

S20、根据潮流追踪结果，分别计算设备服务于交流电网、直流输电工程时的潮流贡献度指标；所述潮流贡献度指标包括电能传输量、传输功率峰值、年使用时长和主导使用时长；

所述电能传输量为设备分别为交流电网和直流输电工程所传输的总电能；

所述传输功率峰值为一年中设备分别为交流电网和直流输电工程传输的功率的最大值；

所述年使用时长为一年中设备分别为交流电网和直流输电工程提供了功率传输服务的时间；

所述主导使用时长为一年内设备为交流电网和直流输电工程传输的功率在总传输功率中占比超过50％的时间；

S30、对所得的潮流贡献度指标进行综合评估：

S31、采用极值法对各个潮流贡献度指标进行无量纲化处理；

S32、采用主客观权重法确定各个潮流贡献度指标的权重，其中，主观权重法采用G1法，客观权重法采用熵权法；

S33、采用TOPSIS法分别评估设备服务于交流电网的潮流贡献度D_i ^forAC和服务于直流输电工程的潮流贡献度D_i ^forDC；

S40、根据步骤S30所得的不同的服务对象的潮流贡献度进行对比判断，对直流近区资产进行划分，其中，

当设备服务于直流输电工程的潮流贡献度大于服务于交流电网的潮流贡献度时，将该设备计入直流近区资产，

当设备服务于直流输电工程的潮流贡献度小于服务于交流电网的潮流贡献度时，该设备不计入直流近区资产。

2.根据权利要求1所述的基于潮流贡献度的直流近区资产划分方法，其特征在于，所述一年中每一时刻以小时计。

3.根据权利要求2所述的基于潮流贡献度的直流近区资产划分方法，其特征在于，所述步骤S31中利用以下公式对潮流贡献度指标进行无量纲化处理：

该式中，x_ij表示评价对象i在指标j下的原始数据，x_i′_j表示评价对象i在指标j下的无量纲化值，

表示在该指标j下所有评价对象中的最大值，

表示在该指标j下所有评价对象中的最小值。

4.根据权利要求3所述的基于潮流贡献度的直流近区资产划分方法，其特征在于，所述步骤S32中利用熵权法计算客观权重β_j：

计算指标j下，评价对象i的特征比重：

计算指标j的熵值：

计算指标j的熵权：

该组式中，n为评价对象数，m为指标数，x_i′_j为评价对象i在指标j下的无量纲化值。

5.根据权利要求4所述的基于潮流贡献度的直流近区资产划分方法，其特征在于，所述步骤S32中利用加法集成计算主客观权重ω_j：

ω_j＝k₁α_j+k₂β_j

该式中，α_j为主观权重，k₁和k₂为设定常数，k₁,k₂＞0，k₁+k₂＝1。

6.根据权利要求5所述的基于潮流贡献度的直流近区资产划分方法，其特征在于，所述步骤S33中采用TOPSIS法对设备的潮流贡献度进行综合评估，被评价对象与理想系统之间的加权距离采用欧氏加权距离：

该式中，Y_i ⁺、Y_i ^-分别表示评价对象i离正、负理想点的距离，

分别表示指标j的正、负理想点的指标，分别取该指标j下所有评价对象无量纲化处理后的最优值、最劣值；

利用评价对象离正理想点的贴近度来评判其优劣，评价对象离正理想点的贴近度表示为：

Images