王曦冉，何英靜，來 聰，沈舒儀，李真娣

（1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，杭州 310008；2.國網(wǎng)浙江省電力有限公司杭州供電公司，杭州 310009；3.北京交通大學(xué)，北京 100044）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的穩(wěn)步快速發(fā)展，環(huán)保問題也隨之浮現(xiàn)，浙江省成為國內(nèi)首個創(chuàng)建清潔能源示范省的省份，明確到2017年基本形成清潔能源示范省建設(shè)框架和清潔能源發(fā)展機制[1]。省內(nèi)目前已加強了對小功率煤、氣發(fā)電的控制，同時逐步降低一次化石能源消耗。根據(jù)文獻(xiàn)[2]，2015年調(diào)入煤炭同比減少0.3%，淘汰小火電（小油機）30.9萬kW，電力總消費量3 554億kWh，同比上升1.4%。

目前已有大量文獻(xiàn)針對電網(wǎng)各個部分節(jié)能減排情況分別建立模型。文獻(xiàn)[3]從宏觀角度給出了電力行業(yè)減排發(fā)展方向；文獻(xiàn)[4]從火電蓄能利用角度給出一種節(jié)能控制方法；文獻(xiàn)[5]采用熵權(quán)法對河北電網(wǎng)減排效果進行了具體建模及計算，建立了相關(guān)的評價指標(biāo)。熵權(quán)方法在電網(wǎng)風(fēng)險性及能效上也有了相關(guān)的應(yīng)用成果[6-7]。此外，相關(guān)規(guī)劃[8-11]及電力設(shè)備周期壽命成本[12-13]的研究中也部分涉及相關(guān)電網(wǎng)損耗或電網(wǎng)節(jié)能環(huán)節(jié)。文獻(xiàn)[14]使用熵權(quán)法探究電網(wǎng)的變化和應(yīng)急情況；文獻(xiàn)[15]將熵理論進行擴展，對智能電網(wǎng)針對性指標(biāo)進行了分析研究。

現(xiàn)有文獻(xiàn)中，多數(shù)涉及到電網(wǎng)中損耗及排放等問題，或切入面較小地描述了某設(shè)備損耗、減排問題。以下采用熵權(quán)值方法作為綜合整體處理方式，避免了各項負(fù)面因素互相覆蓋或減弱，可以較好地量化某一電力供區(qū)條件下各項損耗情況。所提出的電網(wǎng)清潔性模型導(dǎo)向明確，涵蓋范圍全面，有利于對比及綜合量化各方面影響因素，快速得到區(qū)域系統(tǒng)清潔性評價。

1 指標(biāo)的選取

電力能源的清潔度指標(biāo)的選取需涵蓋量化、獨立、對電力切實影響的指標(biāo)進行分析。經(jīng)比對、細(xì)化及擴展，分別選取資源消耗、環(huán)境影響、合理備用偏差情況、科技更新潛力、安全風(fēng)險5個方面作為一級評價指標(biāo)，并選取附屬于該5類的共18個二級評價指標(biāo)。相關(guān)指標(biāo)選取見圖1。

圖1 清潔度一二級指標(biāo)的選取

上述5類一級指標(biāo)互相獨立，但在結(jié)果上存在潛在牽制的電網(wǎng)清潔性評價特征。以安全、消耗、科技投入、冗余度、環(huán)境限制等邊界框定合理的電力建設(shè)、運行范圍，通過對各項偏移的綜合偏移度來框定區(qū)域電網(wǎng)運行清潔性。

（1）資源消耗。

從資源分類及占用比例上對資源消耗進行描述，可分為：區(qū)域單度電平均煤耗U11、單度電平均油耗U12、單度電平均氣耗U13、煤機占比U14、油機占比U15、氣機占比U16。由于化石能源牽涉煤、油、氣機組及其占比，剩余水、核、太陽等清潔能源對于排放等情況造成的影響明顯減小，所以此處以主要化石能源為參考。

（2）環(huán)境影響。

主要包括：單位發(fā)電量溫室氣體排放量U21、單位發(fā)電量顆粒物排放量U22、線路布置區(qū)位因素U23。電力是清潔能源，其對環(huán)境的負(fù)面影響主要集中在發(fā)電過程中的排放及電力線路布局在人口稠密處對人民生活造成的風(fēng)險及干擾，所以此處將線路布置的干擾情況作為一個二級指標(biāo)，可由每段線路的位置情況加權(quán)量化推算。

（3）合理備用偏差情況。

主要包括：發(fā)電機組備用合理偏差率U31、變壓器備用合理偏差率U32、線路容量備用合理偏差率U33。考慮設(shè)備容量備用可能出現(xiàn)的接近或超過容量/出力上限，或裕度過大、存在“大馬拉小車”情況，布點及容量安排科學(xué)性統(tǒng)一考慮在節(jié)能環(huán)保因素中。

（4）科技更新潛力。

節(jié)能減排的措施落實情況，包括線損情況U41、廠站用電占比U42、節(jié)能設(shè)備占比U43。目前，由于電力統(tǒng)計線損包含線路、變壓器等設(shè)備基礎(chǔ)損耗，單項短路功率損耗等事件損耗及偷電等社會損耗多種情況，無法通過現(xiàn)有數(shù)據(jù)細(xì)分，且相關(guān)損耗的減少均有利于電網(wǎng)清潔性的提高，故可采用目前統(tǒng)一統(tǒng)計的線損。

（5）安全風(fēng)險。

為了控制因其他節(jié)能減排手段對電力運行安全性造成影響，考慮降低安全性所引發(fā)的風(fēng)險成本將遠(yuǎn)高于節(jié)能效果。具體包括：環(huán)網(wǎng)供電因素U51、電力斷面過載情況U52、區(qū)域故障率U53。區(qū)域故障率由區(qū)域總故障時間與運行時間的占比來確定。

2 清潔性模型

2.1 模糊賦值模型

電網(wǎng)清潔性評價因素合集一級指標(biāo)表示為Ui， 二級指標(biāo)表示為 Uij， Ui={Ui1， Ui2， …， Uij，…，Uin}，其中Uij表示第i個一級指標(biāo)下第j個二級指標(biāo)，一個二級指標(biāo)采用模糊定級Vij表示，Vij（x）=[顯著， 明顯， 一般， 微弱， 弱]， 每個二級指標(biāo)對合理目標(biāo)值給出在Vij每個評價緯度的隸屬度 Wij（x）：

相關(guān)評價可采用實測、量化計算后模糊化來得到。

針對每一個一級指標(biāo)，同理對其附屬二級指標(biāo)集合表示如下：

對于二級指標(biāo)，對每一個分項指標(biāo)先進行底層計算及評估，在得到每個二級指標(biāo)隸屬度后，可以采用合并矩陣共同計算。

2.2 隸屬度及評價指標(biāo)

采用模糊隸屬度方法，針對每個子項結(jié)果做歸一化處理，將某項計算因素Vij（x）隸屬函數(shù)表示為 Wij（x）：

考慮到Vij（x）可能通過計算或?qū)＜掖蚍值炔煌緩缴?，將其轉(zhuǎn)化為（0，）范圍內(nèi)的一個評價值；為計算或打分得到的實際值；σ為評價集中度，文中取σ=1.4，適當(dāng)增加隸屬收斂速度。

以二級指標(biāo)中線路布置區(qū)位因素U23為例，U23=[土地價格，保護區(qū)距離，危險品距離，平均高程，人口密度]。對于V23（5）評價參照為人口密度ρ，統(tǒng)計出城區(qū)或居住密集區(qū)占比η，針對該局部區(qū)域統(tǒng)計每平方公里人口聚集程度γ，綜合計算出人口密集度∶

考慮針對人口范圍（0，ρmax）為評價范圍，實際人口密度ρ′時有：

2.3 加權(quán)熵模型

考慮相關(guān)指標(biāo)對電網(wǎng)清潔性存在正、負(fù)面不同效果，采用極差方式建立矩陣并對其標(biāo)準(zhǔn)化，第j個一級指標(biāo)由n個二級矩陣及m個決策緯度組成。 標(biāo)準(zhǔn)量化為： Vij（x）=[100， 75， 50， 25， 0]；第 j個一級指標(biāo)的決策矩陣表示為 G=（gij）n×m， 其

圖2 電力布局對人口聚集區(qū)影響隸屬度分級曲線

中單一項gij按正、負(fù)效果不同分別表示為：

所涉及的指標(biāo)中，節(jié)能設(shè)備占比U43和環(huán)網(wǎng)情況U51為正面指標(biāo)，其他均為負(fù)面指標(biāo)。

各項指標(biāo)的熵值表示為：

式中：m為評價指標(biāo)；n為針對該指標(biāo)的評價緯度。

指標(biāo)權(quán)值如下：

建立評價矩陣 Rm×n=[rij]m×n， 作為前述每個指標(biāo)評價矩陣。該矩陣中，可采用01矩陣評判法，即計算各子項后分區(qū)間劃分結(jié)果，第i個子項評價結(jié)果為第j級時，rij數(shù)值為1，其余第i行其他賦值0。

在得到隸屬矩陣后，整體評價采用熵權(quán)矩陣與隸屬度分析矩陣相乘所得到的清潔性評價矩陣：

先進行二級指標(biāo)的評價，在各個二級指標(biāo)評價計算完成后，以二級指標(biāo)計算結(jié)果矩陣為基礎(chǔ)進行一級指標(biāo)的計算。在得到了最終一級指標(biāo)模糊化評價矩陣之后，采用單值方式將模糊化描述矩陣計算為綜合清潔性評價結(jié)果如下：

3 算例

以浙江北部電網(wǎng)中2處220 kV網(wǎng)架供區(qū)1及供區(qū)2為例，對其進行供電來源分析后，根據(jù)實際發(fā)生的500 kV下行功率將供區(qū)外部受電情況進行分類；對供區(qū)1，2范圍內(nèi)小電源分布情況進行統(tǒng)計；針對2處供區(qū)線路路徑布置情況進行分析、評價；針對各供區(qū)潮流及用電、電力設(shè)備供電上限等進行計算，積分后按照綜合占比匯總；線損及廠用電根據(jù)供區(qū)內(nèi)電網(wǎng)耗損情況進行統(tǒng)計。相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1 供區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

采用第2節(jié)計算方法對相關(guān)供區(qū)1，2進行計算，采用熵值加權(quán)及模糊隸屬度進行矩陣計算，先計算二級指標(biāo)獲得評價矩陣，將其作為一級指標(biāo)輸入量帶入一級指標(biāo)熵權(quán)矩陣計算，在獲得一級評價矩陣后，采用反模糊化計算將模糊矩陣結(jié)果輸出成單值，最終以單值區(qū)間進行評價。

從表2計算結(jié)果可以看出：由于加權(quán)熵代表的是整體清潔性的混亂度，主要是相關(guān)問題的負(fù)面程度，文中結(jié)論按照其意義設(shè)置綜合清潔性指標(biāo)作為評價依據(jù)，按照綜合指標(biāo)越低，表示影響供區(qū)清潔性的因素越少，整體清潔性越好，以此作為評價邏輯進行計算及評價。相關(guān)評價標(biāo)準(zhǔn)以專家評價為基礎(chǔ)形成評價擬合曲線，如圖3所示。

電網(wǎng)整體清潔性牽涉到多方面復(fù)雜因素，并且在對比時存在一定的困難。從表1中線路布置區(qū)位因素來看，供區(qū)1線路穿越了更多的人口密集區(qū)，但是其變電容載比較低，變電設(shè)備利用率更高。傳統(tǒng)節(jié)能評估方法存在節(jié)能定義狹窄造成結(jié)果單向偏離的問題，如表2在只計及消耗損耗類指標(biāo)時，2個區(qū)域指標(biāo)得到的供區(qū)情況就遺漏了很多差異化因素。

表2 供區(qū)清潔性結(jié)果

圖3 清潔性等級劃分指標(biāo)評價擬合曲線

從結(jié)果上看，文中所述清潔性評價方法考慮得較為全面，有效避免了由于邊界限制少導(dǎo)致的結(jié)果單向偏離。結(jié)果評價中，當(dāng)出現(xiàn)評價較低時，說明相關(guān)供電區(qū)域存在一項或幾項清潔供電缺陷，需進行重點分析、規(guī)劃；當(dāng)評價為低時，說明該區(qū)域供電清潔性較差，從節(jié)能環(huán)保的角度上需要盡快重新調(diào)整。

4 結(jié)語

針對浙江省清潔能源示范省建設(shè)需求，提出了一套從電網(wǎng)清潔性角度出發(fā)的整體性評價方法。采用了熵權(quán)值計算及模糊賦值模型結(jié)合的方法，對相關(guān)參數(shù)進行概括性評價；特別選取了造成潛在牽制的分級指標(biāo)，其中安全風(fēng)險與合理偏差率指標(biāo)避免了為了電網(wǎng)安全性而造成一味的“大馬拉小車”情況；資源消耗與安全風(fēng)險指標(biāo)避免了為了節(jié)能減排而不合理地加大小電源接入及分布能源集中入網(wǎng)可能造成的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定風(fēng)險。算例結(jié)果符合實際工程情況，整體來看，所述方法全面、便捷，能有效反映電網(wǎng)清潔性需求。

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