劉自發(fā) ，韋 濤，李夢(mèng)漁 ，曹志勇，李韋姝 ，惠 慧

（1.華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206；2.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京 100192）

0 引言

微電網(wǎng)可在中低壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電技術(shù)的高效、靈活應(yīng)用［1］。現(xiàn)階段，微電網(wǎng)供電模式以交流形式為主［2］。在交流微電網(wǎng)中，各種微源和儲(chǔ)能系統(tǒng)一般通過(guò)電力電子變換器接入系統(tǒng)。其中，光伏電池（PV）、儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）等直流微源通過(guò)逆變器接入微電網(wǎng)母線，微型燃?xì)廨啓C(jī)（MT）、風(fēng)力發(fā)電機(jī)（WT）等微源通過(guò)變換器接入電網(wǎng)［3］。隨著近年來(lái)電子設(shè)備的大量應(yīng)用，家用電器、商業(yè)樓宇、數(shù)據(jù)中心等直流負(fù)荷迅猛增加，在分布式電源和負(fù)荷的推動(dòng)下，直接以直流傳輸線路連接分布式電源和儲(chǔ)能裝置的直流微電網(wǎng)逐漸成為微電網(wǎng)研究的新方向［4-5］。

交、直流微電網(wǎng)在組網(wǎng)方式、微源與微電網(wǎng)的接口以及運(yùn)行控制方式上的不同，導(dǎo)致其在供電可靠性、經(jīng)濟(jì)性等性能上存在差距。如何對(duì)交流微電網(wǎng)和直流微電網(wǎng)方案進(jìn)行全面有效的評(píng)估，幫助決策者做出最優(yōu)決策，成為一個(gè)亟需研究和解決的問(wèn)題。目前，針對(duì)交、直流微電網(wǎng)評(píng)價(jià)方面，已有的文獻(xiàn)主要集中在可靠性或經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)。文獻(xiàn)［6-8］運(yùn)用現(xiàn)有配電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)對(duì)微電網(wǎng)可靠性進(jìn)行了評(píng)估。文獻(xiàn)［9-10］提出了微電網(wǎng)的綜合效益評(píng)估模型，從節(jié)能降損、延緩輸配網(wǎng)投資等方面分析典型分布式電源和微電網(wǎng)成本效益。文獻(xiàn)［11-13］對(duì)交、直流系統(tǒng)最大傳輸容量、損耗和效率等方面進(jìn)行對(duì)比分析，分析結(jié)果認(rèn)為相對(duì)交流系統(tǒng)，直流雙極系統(tǒng)擁有更大的傳輸容量，且傳輸損耗率更低。

本文分別針對(duì)交流和直流這2種微電網(wǎng)形式，提出微電網(wǎng)的適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)，并結(jié)合供電可靠性、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)的層次結(jié)構(gòu)體系，提出基于改進(jìn)層次分析法的交、直流微電網(wǎng)綜合評(píng)估方法模型，最后通過(guò)典型算例分析對(duì)該綜合評(píng)估方法進(jìn)行驗(yàn)證。

1 交、直流微電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1 指標(biāo)體系構(gòu)建及原則

構(gòu)建交、直流微電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系需要遵循系統(tǒng)、科學(xué)、客觀和實(shí)用等原則。在建立指標(biāo)體系時(shí)，選取的指標(biāo)既要盡可能全面地反映評(píng)價(jià)對(duì)象的特性，又要考慮實(shí)際數(shù)據(jù)采集難度和計(jì)算量等問(wèn)題。此外，建立交、直微電網(wǎng)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系還需要結(jié)合微電網(wǎng)自身的特點(diǎn)，評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)同時(shí)反映方案屬性，且指標(biāo)選取的計(jì)算量度和計(jì)算方法必須一致［14］。

微電網(wǎng)的供電可靠性指標(biāo)可以用來(lái)度量整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)及設(shè)備按可接受標(biāo)準(zhǔn)及期望數(shù)量滿足用戶電力及電能量需求的能力。技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估從微電網(wǎng)本身的角度出發(fā)評(píng)判微電網(wǎng)方案的經(jīng)濟(jì)效益，是衡量微電網(wǎng)建設(shè)方案合理性的重要方面。此外，全面的微電網(wǎng)系統(tǒng)評(píng)估應(yīng)該考慮微電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)未來(lái)負(fù)荷的適應(yīng)程度。為此，本文提出了一類(lèi)新的指標(biāo)，即微電網(wǎng)的適應(yīng)性指標(biāo)，其從微電網(wǎng)供電能力、負(fù)荷點(diǎn)平均電壓和負(fù)荷適應(yīng)度3個(gè)方面反映交、直流微電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷特性以及適應(yīng)負(fù)荷發(fā)展的程度。

綜上所述，從供電可靠性、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性3個(gè)準(zhǔn)則出發(fā)構(gòu)建的交、直流微電網(wǎng)綜合評(píng)估指標(biāo)體系如圖1所示。

1.2 單項(xiàng)指標(biāo)及計(jì)算方法

1.2.1 供電可靠性指標(biāo)

本文采用的供電可靠性指標(biāo)除常用的系統(tǒng)平均停電頻率（SAIFI）指標(biāo)、系統(tǒng)平均停電時(shí)間（SAIDI）指標(biāo)、平均供電可用率（ASAI）指標(biāo)外，還采用了平均孤島運(yùn)行持續(xù)時(shí)間AIOD（Average Islanding Operation Duration）和孤島供電不足期望EDNSI（Expected Demand Not Supplied when being Island）這2個(gè)指標(biāo)。

圖1 交、直流微電網(wǎng)綜合評(píng)估指標(biāo)體系Fig.1 Comprehensive evaluation index system of AC and DC microgrid

AIOD是指由于交流主網(wǎng)或公共連接點(diǎn)故障時(shí)微電網(wǎng)孤島運(yùn)行持續(xù)時(shí)間的平均值。由于分布式電源和儲(chǔ)能容量限制，孤島持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，微電網(wǎng)越容易出現(xiàn)電源不足的情況。AIOD定義為：

其中，ti為每次孤島運(yùn)行持續(xù)時(shí)間；Ns為孤島運(yùn)行次數(shù)。

EDNSI是指微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)由于電源供電不足需要削減負(fù)荷的平均值，用來(lái)反映微電網(wǎng)孤島運(yùn)行狀態(tài)下的供電可靠性，其定義為：

其中，Li為每次孤島運(yùn)行時(shí)削減負(fù)荷量。

1.2.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

a.總費(fèi)用年值 TAC（Total Annual Cost）。

針對(duì)各微電網(wǎng)方案，將投資和運(yùn)行成本費(fèi)用折算成年費(fèi)用進(jìn)行比較。采用工程年費(fèi)用概念，費(fèi)用年值計(jì)算方法為：

其中，CP為投資年值；CM為年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用（含燃料費(fèi)用）；CB為年電網(wǎng)購(gòu)電費(fèi)用。

投資年值為微電網(wǎng)方案初期總投資折算的年值，計(jì)算方法為：

其中，P為初期總投資費(fèi)用；ηc為折現(xiàn)率；nw為運(yùn)行年限。

b.單位電量供電成本PSC（Power Supply Cost per unit）。

單位電量供電成本是指TAC與年售電量的比值，計(jì)算公式為：

其中，Es為年售電量總和。

c.投資容量比 ICR（Investment Capacity Ratio）。

微電網(wǎng)投資容量比是系統(tǒng)總投資與負(fù)荷容量的比值，反映系統(tǒng)單位容量的造價(jià)水平，計(jì)算公式如式（6）所示。

其中，Call為微電網(wǎng)系統(tǒng)的總投資；PL為負(fù)荷容量。

d.供電能效 PSE（Power Supply Efficiency）。

微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能損耗主要包括換流器損耗和線路損耗2個(gè)方面。定義微電網(wǎng)供電能效指標(biāo)如式（7）所示。

其中，Pin為微電網(wǎng)中電源供給功率。

1.2.3 適應(yīng)性指標(biāo)

a.供電能力 PSC（Power Supply Capacity）。

供電能力反映的是微電網(wǎng)系統(tǒng)在滿足安全性和可靠性要求時(shí)，線路可以送達(dá)的負(fù)載量和距離。在電壓降落約束條件下，交流線路供電能力計(jì)算公式為：

其中，φ為線路功率因數(shù)角。

直流雙極線路供電能力計(jì)算公式為：

其中，P和l分別為線路輸送功率和線路長(zhǎng)度；UN為線路額定電壓；r0和x0分別為線路單位長(zhǎng)度電阻和電抗。

b.負(fù)荷點(diǎn)平均電壓 LAV（Load Average Voltage）。

負(fù)荷點(diǎn)平均電壓指每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)電壓平均值，計(jì)算公式為：

其中，Ui為微電網(wǎng)中各負(fù)荷點(diǎn)的電壓值（標(biāo)幺值）；N為負(fù)荷點(diǎn)總數(shù)量。

c.負(fù)荷適應(yīng)度 LFD（Load Fitness capability Degree）。

負(fù)荷適應(yīng)度反映的是系統(tǒng)中更適合交流或直流形式供電的負(fù)荷比例。根據(jù)用戶能耗構(gòu)成可以將用戶負(fù)荷分為3類(lèi)：第一類(lèi)為純阻性負(fù)荷，可以直接在交流和直流電源下工作；第二類(lèi)為感應(yīng)型旋轉(zhuǎn)電機(jī)類(lèi)負(fù)荷，接入交流電源工作；第三類(lèi)為電子類(lèi)設(shè)備以及變頻電器，適用于直流供電。

對(duì)于交流系統(tǒng)，負(fù)荷適應(yīng)度為：

對(duì)直流系統(tǒng)，負(fù)荷適應(yīng)度為：

其中，P1、P2和P3分別為系統(tǒng)中第一類(lèi)、第二類(lèi)、第三類(lèi)負(fù)荷的容量。

2 基于改進(jìn)層次分析法的交、直流微電網(wǎng)綜合評(píng)估方法

2.1 5/5-9/1 標(biāo)度層次分析法

微電網(wǎng)方案評(píng)估的過(guò)程中，各指標(biāo)的地位和作用是不同的，且各個(gè)指標(biāo)的重要性隨著具體情況的差異而不同。本文在分析交、直流微電網(wǎng)供電可靠性、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性的基礎(chǔ)上，采用改進(jìn)層次分析法建立清晰的層次結(jié)構(gòu)來(lái)分解復(fù)雜問(wèn)題，能夠有效處理各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)之間的內(nèi)在聯(lián)系及相互獨(dú)立性［15］。改進(jìn)層次分析法通過(guò)量化方案各項(xiàng)屬性，逐層建立判斷矩陣，然后求解各層屬性相對(duì)上層屬性的權(quán)重，最后計(jì)算方案的綜合權(quán)重，完成對(duì)方案的綜合評(píng)估。

相對(duì)層次分析法存在的主觀性較強(qiáng)、一致性不足等問(wèn)題，本文采用的改進(jìn)層次分析法主要有以下2點(diǎn)改進(jìn)。

（1） 用 5/5-9/1 標(biāo)度法取代 1-9 標(biāo)度法，提高所求得的權(quán)重值的合理性。

根據(jù)5/5-9/1標(biāo)度法的原理，其對(duì)于1-9標(biāo)度法的改進(jìn)標(biāo)度模型為：

設(shè)2個(gè)指標(biāo)分別為αi和αj。

a.當(dāng)αi相比αj的重要性為相同、較強(qiáng)、強(qiáng)、很強(qiáng)、絕對(duì)強(qiáng)時(shí)，k 分別取 5、6、7、8、9；αi相比 αj的重要程度介于上述標(biāo)度之間時(shí)，k 分別取 5.5、6.5、7.5、8.5。

b.當(dāng) αj相比 αi的重要性為相同、較強(qiáng)、強(qiáng)、很強(qiáng)、絕對(duì)強(qiáng)時(shí)，k 分別取 5、4、3、2、1；αj相比 αi的重要程度介于上述標(biāo)度之間時(shí)，k分別取4.5、3.5、2.5、1.5。

下面用1個(gè)算例來(lái)驗(yàn)證。

建立1-9標(biāo)度矩陣A和5/5-9/1標(biāo)度矩陣B：

求得矩陣A和B的權(quán)重分別為：

從得出的權(quán)重可以看出，顯然5/5-9/1標(biāo)度矩陣得出的權(quán)重比1-9標(biāo)度矩陣更符合判斷矩陣所表述的重要程度，因此可驗(yàn)證5/5-9/1標(biāo)度矩陣得出的權(quán)重相對(duì)更合理。

（2）提出適用于5/5-9/1比例標(biāo)度不一致性矩陣的修正方法，改進(jìn)5/5-9/1標(biāo)度矩陣的不一致性，具體如式（14）所示。

其中，aij為判斷矩陣中元素，Δσij為其擾動(dòng)變量；wi′、wj′ 分別為第 i、j個(gè)指標(biāo)權(quán)重。

根據(jù)式（14）計(jì)算矩陣中各元素的擾動(dòng)變量，并搜索出其中的最大擾動(dòng)變量Δσijmax，通過(guò)以下方法修正最大擾動(dòng)變量對(duì)應(yīng)的元素。

a.假設(shè)最大干擾變量對(duì)應(yīng)的元素為amn，標(biāo)度為k/（10-k），則將 amn修改為（k-0.5）/［10-（k-0.5）］，并同時(shí)修改 anm為［10-（k-0.5）］/（k-0.5）；然后再校驗(yàn)新矩陣的一致性，如滿足一致性要求則完成修正；如不滿足一致性要求，不需要重新對(duì)新矩陣計(jì)算每對(duì)元素的干擾變量組，只需更改原矩陣中大小排在第2位的干擾變量組即可。依此類(lèi)推直到滿足一致性要求為止。

b.當(dāng)干擾變量對(duì)應(yīng)的元素amn=1/9，即此元素?zé)o法按照a中的方法進(jìn)行修改時(shí)，則保留此元素以及對(duì)應(yīng)元素anm的值，按照a中的方法修改大小排在第 2位的干擾變量所對(duì)應(yīng)的元素組｛ast，ats｝，然后按a中方法進(jìn)行修正即可。

例如矩陣A1為一個(gè)4×4的5/5-9/1標(biāo)度矩陣：

對(duì)矩陣A1進(jìn)行一致性校驗(yàn)可得，其檢驗(yàn)系數(shù)CR=0.146，大于0.1，不符合一致性校驗(yàn)要求，需要對(duì)矩陣進(jìn)行修正。按前述介紹的5/5-9/1標(biāo)度矩陣的修正方法進(jìn)行修正后所得的矩陣為：

對(duì)矩陣A1′進(jìn)行一致性校驗(yàn)可得，其檢驗(yàn)系數(shù)CR為0.092 3，小于0.1，符合一致性校驗(yàn)要求，修正成功。

2.2 基于5/5-9/1標(biāo)度層次分析法的交、直流微電網(wǎng)綜合評(píng)估

運(yùn)用改進(jìn)層次分析法對(duì)交、直流微電網(wǎng)方案進(jìn)行綜合評(píng)估，主要步驟如下。

a.根據(jù)不同層次指標(biāo)的相互關(guān)系確立綜合評(píng)估的層次模型。

b.由單項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算方法對(duì)方案屬性進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)計(jì)算值進(jìn)行無(wú)量綱化處理得到指標(biāo)的評(píng)價(jià)值；本文采用功效系數(shù)法［14］對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)作無(wú)量綱化處理，計(jì)算方法為：

其中分別為方案i指標(biāo)xj的計(jì)算值和評(píng)價(jià)值；Mj′、mj′分別為指標(biāo)xj的滿意值和不容許值；c、d均為正常數(shù)，通常取 c=60、d=40。

c.對(duì)本層次各元素相對(duì)重要程度進(jìn)行定量分析，采用5/5-9/1標(biāo)度法形成判斷矩陣，得到更合理的權(quán)重。

d.根據(jù)所形成的5/5-9/1比例判斷矩陣，對(duì)其進(jìn)行一致性校驗(yàn)，如符合一致性校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)則進(jìn)行步驟e；如不符合一致性校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，則需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行修正。

e.完成一致性校驗(yàn)后，根據(jù)判斷矩陣，計(jì)算最大特征值 λmax及其對(duì)應(yīng)特征向量 W= ［w1，w2，…，wn］，歸一化得到該層各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)于上一層指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重 W′= ［w1′，w2′，…，wn′］。

f.利用各層單排序的結(jié)果，計(jì)算出指標(biāo)層對(duì)目標(biāo)層的綜合權(quán)重量ωi，基于改進(jìn)層次分析法的交直流微電網(wǎng)綜合評(píng)估結(jié)果S為：

其中，n為方案屬性個(gè)數(shù)；Si為第i個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值；ωi為第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

3 算例分析

本文對(duì)Benchmark低壓微電網(wǎng)系統(tǒng)［16］進(jìn)行分析，該微電網(wǎng)通過(guò)公共連接點(diǎn)（PCC）與10 kV交流主網(wǎng)相連，系統(tǒng)中負(fù)荷由風(fēng)機(jī)、光伏、微型燃?xì)廨啓C(jī)組和燃料電池（FC）等多種分布式電源以及交流主網(wǎng)供電，在系統(tǒng)孤島運(yùn)行以及負(fù)荷高峰時(shí)儲(chǔ)能裝置切入系統(tǒng)承擔(dān)部分負(fù)荷，維持微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。微電網(wǎng)中分布式電源安裝容量總計(jì)為93kW，儲(chǔ)能安裝容量為30 kW，負(fù)荷容量為116.4 kW。本文在微源、儲(chǔ)能和負(fù)荷配置基礎(chǔ)上，分別給出交、直流微電網(wǎng)方案見(jiàn)圖2。

交流微電網(wǎng)方案：交流微電網(wǎng)通過(guò)變壓器與交流10 kV主網(wǎng)相連，系統(tǒng)中風(fēng)電機(jī)組、微型燃?xì)廨啓C(jī)均以AC-DC-AC接口形式接入0.4 kV交流微電網(wǎng)，光伏發(fā)電單元和燃料電池則通過(guò)逆變器并入微電網(wǎng)，蓄電池儲(chǔ)能通過(guò)雙向AC-DC環(huán)節(jié)接入系統(tǒng)中，系統(tǒng)中交流負(fù)荷直接或經(jīng)過(guò)AC-DC-AC環(huán)節(jié)，直流負(fù)荷經(jīng)過(guò)整流環(huán)節(jié)接入微電網(wǎng)，如圖2（a）所示。

直流微電網(wǎng)方案：直流微電網(wǎng)采用直流雙極形式，通過(guò)電壓型PWM整流器、整流變壓器與交流主網(wǎng)相連，系統(tǒng)中風(fēng)電機(jī)組、微型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組通過(guò)電壓型PWM整流器并入微電網(wǎng)，光伏發(fā)電單元和燃料電池單元?jiǎng)t通過(guò)DC-DC變換器接入系統(tǒng)中，蓄電池儲(chǔ)能通過(guò)雙向DC-DC并入微電網(wǎng)，系統(tǒng)中交流負(fù)荷經(jīng)電壓型逆變器，直流負(fù)荷直接或經(jīng)過(guò)DC-DC變換接入微電網(wǎng)，如圖2（b）所示。

圖2 交流微電網(wǎng)與直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of AC microgrid and DC microgrid

微電網(wǎng)系統(tǒng)風(fēng)電裝機(jī)容量為10 kW，光伏裝機(jī)容量為13 kW，燃料電池容量為10 kW，儲(chǔ)能電池容量為30 kW，系統(tǒng)最大負(fù)荷為118 kW。本文采用序貫蒙特卡洛法計(jì)算微電網(wǎng)可靠性指標(biāo)。微電網(wǎng)中主要設(shè)備的可靠性參數(shù)如表1所示。

表1 主要元件的可靠性參數(shù)Table 1 Reliability parameters of main components

微電網(wǎng)投資主要由一次設(shè)備和配套的二次設(shè)備投資構(gòu)成。而系統(tǒng)的維護(hù)成本、燃料費(fèi)用以及從電網(wǎng)購(gòu)電費(fèi)用則與微電網(wǎng)中電源的出力及負(fù)荷率有關(guān)。表2給出系統(tǒng)中分布式電源年最大利用小時(shí)數(shù)Tmax。

表2 分布式電源及負(fù)荷的年最大利用小時(shí)數(shù)Table 2 Maximum annual utilization hours of DG and load

計(jì)算微電網(wǎng)供電能力時(shí)，采用4 mm×120 mm鋁導(dǎo)線，電壓降落約束 ΔU 取 7%UN，由式（8）、（9）計(jì)算可得交流微電網(wǎng)SACPSC=34.54 kW·km，直流微電網(wǎng)SDCPSC=78.87 kW·km。

通過(guò)計(jì)算，在分布式電源額定最大功率及滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，交、直流微電網(wǎng)系統(tǒng)中各部分損耗如表3所示。

表3 交、直流微電網(wǎng)損耗Table 3 Loss of AC/DC microgrid

根據(jù)表3，由式（7）計(jì)算得交流微電網(wǎng)供電能效為90.88%，直流微電網(wǎng)供電能效為91.85%。

根據(jù)電壓損耗計(jì)算公式，得到的各用戶點(diǎn)電壓值（標(biāo)幺值）如表4所示。

根據(jù)微電網(wǎng)中純阻性負(fù)荷、交流負(fù)荷及直流負(fù)荷比例可求出微電網(wǎng)系統(tǒng)的負(fù)荷適應(yīng)度，交、直流微電網(wǎng)負(fù)荷適應(yīng)度的計(jì)算結(jié)果分別為68.6%、47.4%。

運(yùn)用本文提出的方法，對(duì)各層指標(biāo)權(quán)重值進(jìn)行求解。以準(zhǔn)則層各指標(biāo)為例，分析準(zhǔn)則層供電可靠性、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性3個(gè)指標(biāo)的兩兩重要程度，確定目標(biāo)層對(duì)準(zhǔn)則層的判斷矩陣為：

表4 負(fù)荷點(diǎn)平均電壓值Table 4 Average load voltages

檢驗(yàn)系數(shù)CR=0.000011＜0.1，判斷矩陣通過(guò)一致性檢驗(yàn)。計(jì)算目標(biāo)層對(duì)準(zhǔn)則層的層次權(quán)重為ωG1=［0.4025 0.2687 0.3288］。同理，利用該方法計(jì)算準(zhǔn)則層對(duì)指標(biāo)層的層次權(quán)重，并最終得到指標(biāo)層對(duì)目標(biāo)層的綜合權(quán)向量為：

根據(jù)所計(jì)算出的指標(biāo)層對(duì)目標(biāo)層的綜合權(quán)重，利用式（16）計(jì)算得出的微電網(wǎng)方案屬性決策表如表5所示。

表5數(shù)據(jù)為在目前的技術(shù)水平下，交、直流微電網(wǎng)可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及適應(yīng)性的評(píng)分情況以及總體評(píng)分情況。值得指出的是，微電網(wǎng)技術(shù)正在快速發(fā)展時(shí)期，不僅需要評(píng)估目前的交、直流微電網(wǎng)，而且要對(duì)未來(lái)交、直流微電網(wǎng)總體情況進(jìn)行評(píng)估。

根據(jù)文獻(xiàn)［17-19］的換流器、逆變器和斬波器的可靠性參數(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分析其趨勢(shì)曲線來(lái)預(yù)測(cè)2020年和2025年的可靠性參數(shù)，結(jié)果如圖3所示。同理可得出元件經(jīng)濟(jì)性趨勢(shì)曲線［20］和負(fù)荷適應(yīng)度趨勢(shì)曲線［13］分別如圖 4、圖 5 所示。

根據(jù)前述的改進(jìn)層次分析法權(quán)重計(jì)算方法以及各個(gè)指標(biāo)的計(jì)算模型，利用式（16）計(jì)算得出2020年、2025年的微電網(wǎng)方案屬性決策結(jié)果如表6所示。

以上計(jì)算結(jié)果表明：在當(dāng)前的技術(shù)條件下，交流微電網(wǎng)的可靠性要明顯優(yōu)于直流微電網(wǎng)，原因之一在于換流器、逆變器和斬波器等直流微電網(wǎng)中常用的電力電子設(shè)備故障率較高；原因之二是由于微電網(wǎng)內(nèi)各電源不能完全滿足負(fù)荷需求，因此一旦公共連接點(diǎn)出現(xiàn)故障，微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)極有可能因電源不足而損失部分負(fù)荷。在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方面，除了供電能效指標(biāo)外，目前交流微電網(wǎng)的其他指標(biāo)也優(yōu)于直流微電網(wǎng)，原因在于現(xiàn)階段交流配電設(shè)備造價(jià)更低，降低了微電網(wǎng)初期投資費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用，因此交流微電網(wǎng)成本要低于直流微電網(wǎng)。而在適應(yīng)性方面，直流微電網(wǎng)較交流微電網(wǎng)有明顯優(yōu)勢(shì)，在采用相同截面導(dǎo)線情況下，直流雙極系統(tǒng)傳輸容量大，系統(tǒng)供電能效高。

表5 方案屬性決策表Table 5 Attribute decision table of AC/DC microgrid scheme

圖3 電力電子元件故障率趨勢(shì)曲線Fig.3 Trend curve of failure rate forpower electronic components

圖4 電力電子元件單位投資曲線Fig.4 Curve of unit investment for power electronic components

圖5 負(fù)荷占比趨勢(shì)曲線Fig.5 Trend curve of load ratio

表6 2020年和2025年交、直流微電網(wǎng)方案屬性決策表Table 6 Attribute decision table of AC/DC microgrid scheme for 2020 and 2025

通過(guò)對(duì)2020年和2025年交、直流微電網(wǎng)供電方案的評(píng)估結(jié)果可見(jiàn)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，換流器、逆變器及斬波器的可靠性得到提高，使得直流微電網(wǎng)的整體可靠性水平大幅提升，但其水平仍低于交流微電網(wǎng)；在經(jīng)濟(jì)性方面，直流微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性有較大提升，2020年及以后，交、直流微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性大體相當(dāng)；在適應(yīng)性方面，直流負(fù)荷在未來(lái)占據(jù)較大的比例，使直流微電網(wǎng)的負(fù)荷適應(yīng)度提高，并且優(yōu)勢(shì)明顯。由上述計(jì)算和分析可見(jiàn)，隨著電力電子設(shè)備可靠性以及經(jīng)濟(jì)性的改善，直流微電網(wǎng)相對(duì)于交流微電網(wǎng)的整體趨勢(shì)為由相對(duì)較弱到大體相當(dāng)，最后變?yōu)橄鄬?duì)較優(yōu)。

4 結(jié)論

本文提出基于改進(jìn)層次分析法的交、直流微電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和綜合評(píng)估方法，并利用該方法分析交、直流微電網(wǎng)算例，通過(guò)分析得到以下結(jié)論：

a.對(duì)層次分析法進(jìn)行改進(jìn)，并基于改進(jìn)后的層次分析法建立交、直流微電網(wǎng)綜合評(píng)估方法，改進(jìn)后的方法求解的指標(biāo)權(quán)重更加合理，判斷矩陣的一致性得到了改善；

b.通過(guò)算例驗(yàn)證本文提出的交、直流微電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和綜合評(píng)估方法，證明了該指標(biāo)體系和方法能夠有效地評(píng)估交、直流微電網(wǎng)方案；

c.通過(guò)對(duì)交、直流微電網(wǎng)算例進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明在目前的技術(shù)條件下，交流微電網(wǎng)整體上相對(duì)于直流微電網(wǎng)有一定的優(yōu)勢(shì)，但隨著技術(shù)發(fā)展、成本降低以及負(fù)荷類(lèi)型的變化，直流微電網(wǎng)有很大的發(fā)展?jié)摿?，在未?lái)能夠顯現(xiàn)出相對(duì)于交流微電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)。

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