鐘建偉，姜芮，王晨(湖北民族學(xué)院信息工程學(xué)院，湖北 恩施　445000)

0　引　言

隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，能源驅(qū)動(dòng)方式也有所轉(zhuǎn)變。時(shí)代的發(fā)展對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有了新的轉(zhuǎn)變要求，用戶側(cè)也在不斷提高電能質(zhì)量需求，加之如今能源消耗和環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，原有的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)面臨著嚴(yán)重的時(shí)代沖擊。在智能電網(wǎng)的大環(huán)境下，電力供求關(guān)系也發(fā)生了變化[1-2]。從傳統(tǒng)的電力供給側(cè)單方面向用戶側(cè)配電結(jié)構(gòu)到如今逐步過渡到基于用戶需求側(cè)與電力供給側(cè)兩項(xiàng)綜合考量進(jìn)行安全穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)雙向用電供求關(guān)系[3-4]。用戶需求不同，傳統(tǒng)的統(tǒng)一治理標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)轉(zhuǎn)變成因需供給的標(biāo)準(zhǔn)。

在智能電網(wǎng)的環(huán)境下，電能質(zhì)量的單項(xiàng)評(píng)估[5]不能直觀地反應(yīng)出該分布式電源是否能優(yōu)質(zhì)并網(wǎng)?，F(xiàn)有電能質(zhì)量的評(píng)估方式是基于算法的多目標(biāo)評(píng)估[6]。在評(píng)估的過程中，需建立相應(yīng)的評(píng)估模型和目標(biāo)函數(shù)，再對(duì)其進(jìn)行分析得到Pareto最優(yōu)解集，但數(shù)據(jù)處理復(fù)雜。分布式電源接入大電網(wǎng)的電能質(zhì)量評(píng)估應(yīng)將研究重點(diǎn)放在分布式電源自身。在文獻(xiàn)[7]中運(yùn)用了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(Data Envelope Analyse, DEA)，將多個(gè)未接入大電網(wǎng)的分布式電源進(jìn)行相對(duì)優(yōu)劣的評(píng)估。但傳統(tǒng)的DEA方法并不能對(duì)每一個(gè)決策單元進(jìn)行有效分析。所以本文在傳統(tǒng)DEA方法基礎(chǔ)上，引入交叉評(píng)價(jià)機(jī)制，對(duì)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉DEA分析處理，得以優(yōu)質(zhì)評(píng)估。交叉評(píng)價(jià)的基本思想是：用每一個(gè)DMUi的權(quán)重去計(jì)算其效率值，得交叉評(píng)價(jià)值Mik。

根據(jù)電能質(zhì)量層級(jí)的區(qū)別，需要進(jìn)行不同的分層定價(jià)。在分布式電源接入的智能電網(wǎng)環(huán)境下，將從因質(zhì)定價(jià)和因時(shí)定價(jià)兩個(gè)方面來綜合考量分層定價(jià)，引入用電保險(xiǎn)機(jī)制來保障用戶和電網(wǎng)的雙邊利益。

1　DG并網(wǎng)后電能供需分析

傳統(tǒng)的一次能源本身的非再生性和對(duì)環(huán)境污染的不可逆性，促使人們尋求新能源來改變現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)。走可持續(xù)發(fā)展道路，大力發(fā)展新清潔能源勢(shì)在必行。在智能電網(wǎng)[8]背景下，分布式電源并網(wǎng)改變了能源結(jié)構(gòu)，電力供應(yīng)逐步開放用戶側(cè)需求服務(wù)，才能更好地推動(dòng)電力市場(chǎng)的運(yùn)行、發(fā)展。

智能電網(wǎng)從發(fā)電側(cè)引入清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的一次能源，形成分布式電源與傳統(tǒng)電源的共同供電的結(jié)構(gòu)。供電公司的電力供需結(jié)構(gòu)對(duì)用戶側(cè)開放是將傳統(tǒng)供電僅由供電側(cè)決定配電方式轉(zhuǎn)變成用戶側(cè)與發(fā)電側(cè)共同決策配電方式。電力供應(yīng)向用戶側(cè)開放對(duì)電網(wǎng)智能化發(fā)展有著非常重要的推動(dòng)作用。

全網(wǎng)統(tǒng)一的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)使得電力用戶享有同樣安全穩(wěn)定運(yùn)行的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。但不可忽略的是電網(wǎng)在遭遇自然災(zāi)害、惡劣天氣或定期運(yùn)維檢修過程中，不可避免地在調(diào)度過程中會(huì)使某部分地區(qū)用戶用電終止。不同類型的用戶有不同的用電需求。普通居家用電，可克服偶爾缺電情況。而在對(duì)電力需求敏感的個(gè)人或企業(yè)，發(fā)生嚴(yán)重的電力中斷不僅會(huì)產(chǎn)生巨額的成本預(yù)損還會(huì)導(dǎo)致某個(gè)行業(yè)的運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)停運(yùn)甚至威脅到社會(huì)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈。

根據(jù)用戶側(cè)的需求不同進(jìn)行不同電能質(zhì)量的電力供電勢(shì)在必行，對(duì)電能質(zhì)量層級(jí)要求比較嚴(yán)格的個(gè)人或企業(yè)將被供給電能質(zhì)量評(píng)估中更加優(yōu)質(zhì)的電能質(zhì)量。高層級(jí)的電能質(zhì)量相應(yīng)的定價(jià)會(huì)高于傳統(tǒng)供應(yīng)的普通電能質(zhì)量層級(jí)的電力價(jià)格。需求高電能質(zhì)量層級(jí)的用戶享有更高層級(jí)權(quán)限的電力供需，在電網(wǎng)現(xiàn)有的環(huán)節(jié)中存在電力波動(dòng)，為保障高層級(jí)用戶的電力需求和供電公司的正常收益，建立電力供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)保護(hù)機(jī)制，應(yīng)建議該類用戶購(gòu)買電力供給保險(xiǎn)。這種保護(hù)機(jī)制不僅可以減少用戶對(duì)特殊電力需求的未知風(fēng)險(xiǎn)擔(dān)憂，也可以增大供電公司在引入新清潔能源后的并網(wǎng)運(yùn)行后的推行力度。

2　基于DEA分析方法的電能質(zhì)量綜合評(píng)估

DEA分析方法[9-10]基本思想是對(duì)于同一類型的決策單元進(jìn)行相對(duì)有效的評(píng)價(jià)方法。假設(shè)有n個(gè)待評(píng)估對(duì)象，即有n個(gè)決策單元會(huì)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的n個(gè)DMU值。對(duì)于這n個(gè)決策單元中，每個(gè)決策單元有p個(gè)輸入目標(biāo)和q個(gè)輸出目標(biāo)。即DMU

分別是DMUi的p個(gè)輸入x1i,x2i,…,xpi與q個(gè)輸出y1i,y2i,…,yqi(xji,yji>0)的向量，記X為多輸入指標(biāo)矩陣，X=[x1,x2,…,xn]；Y為多輸出指標(biāo)矩陣，Y=[y1,y2,…,yn]；對(duì)于第i個(gè)決策DMU，v=[v1,v2,…,vp]T、u=[u1,u2,…,uq]T，分別是輸入和輸出的權(quán)向量(u,v≥0)。

DMUi的總輸入：

Ii=v1x1i+v2x2i+…+vpxpi

(1)

DMUi的總輸出：

Oi=u1y1i+u2y2i+…+uqyqi

(2)

總輸入Ii和總輸出Oi之比為DMUi的效率評(píng)值為Mii

(3)

傳統(tǒng)的DEA分析模型結(jié)構(gòu)如下：

1)傳統(tǒng)DEA模型線性規(guī)劃方程

(4)

2)綜合交叉DEA評(píng)價(jià)模型

第一步：

利用傳統(tǒng)DEA分析模型計(jì)算出DMUi的效率評(píng)價(jià)指數(shù)Mii(1≤i≤n)

第二步：

給定i∈{1,2,…,n},k∈{1,2,…,n}解以下線性規(guī)劃方程：

(5)

第三步：

(6)

第四步：

由交叉評(píng)價(jià)值構(gòu)成交叉評(píng)價(jià)矩陣

圖1　交叉DEA分析流程圖

綜合交叉DEA分析比傳統(tǒng)的DEA分析復(fù)雜，需求解大量的線性規(guī)劃方程。利用工程軟件編譯綜合交叉DEA分析的流程如圖1所示。

3　不同用戶的電能治理方式

現(xiàn)有的電能質(zhì)量治理方式是供電側(cè)對(duì)用戶側(cè)進(jìn)行統(tǒng)一治理。供電側(cè)統(tǒng)一的治理標(biāo)準(zhǔn)使所有用戶支付的電能治理的費(fèi)用相同，讓現(xiàn)有的用戶不能根據(jù)個(gè)人及企業(yè)需求進(jìn)行高效適價(jià)的電能質(zhì)量分配。

現(xiàn)有電能質(zhì)量治理方式[11-12]主要有SVC(靜止無功補(bǔ)償器)、STATCOM(靜止同步補(bǔ)償器)、UPS(不間斷穩(wěn)壓電源)、DATATCOM(配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償)、SSTS(固態(tài)電子轉(zhuǎn)換開關(guān))、DVR(動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器)等。根據(jù)每種補(bǔ)償器自身的特點(diǎn)治理不同用戶的電能質(zhì)量指標(biāo)的需求。為保證對(duì)重要用戶可靠供電，使用SSTS(固態(tài)電子轉(zhuǎn)換開關(guān))，用于雙回線路的切換，克服傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)反應(yīng)慢的弊端；對(duì)用于重要負(fù)荷，例如銀行，醫(yī)院等，可使用UPS(不間斷穩(wěn)壓電源)；對(duì)用于敏感負(fù)荷，例如半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家，可使用DVR(動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器)，對(duì)補(bǔ)償電源電壓波動(dòng)和閃變等有明顯效果。針對(duì)不同電力用戶需求，進(jìn)行相應(yīng)的電能質(zhì)量治理。

4　分類治理的電能質(zhì)量評(píng)估分析

圖2　基于DEA分析的電能質(zhì)量評(píng)估流程圖

以用戶的需求為出發(fā)點(diǎn)，電能質(zhì)量治理成本將隨著治理方式不同、治理裝置的容量不同而發(fā)生變化。不同電能質(zhì)量層級(jí)需求的用戶用于電能質(zhì)量治理方式也不相同。在分布式電源未并入大電網(wǎng)前，先進(jìn)行傳統(tǒng)DEA分析[13]，在結(jié)合用戶側(cè)需求進(jìn)行不同的電能質(zhì)量治理方式的電能質(zhì)量新數(shù)據(jù)，在對(duì)新的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合交叉DEA分析，得分布式電源接入點(diǎn)的新評(píng)估數(shù)據(jù)進(jìn)行電能質(zhì)量分層?；贒EA析的不同用戶側(cè)需求電能質(zhì)量評(píng)估流程如圖2所示。

下面進(jìn)行基于DEA分析的不同用戶側(cè)需求電能質(zhì)量評(píng)估流程分析，現(xiàn)有5個(gè)暫未接入大電網(wǎng)的分布式電源點(diǎn)，未治理的分布式電源點(diǎn)的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　未經(jīng)治理的分布式電源點(diǎn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)

根據(jù)用戶側(cè)對(duì)電能質(zhì)量某項(xiàng)敏感需求，進(jìn)行向定制的電能質(zhì)量治理方式。表2所示是采用靜止無功無償(StaticVar Compensator,SVC)與靜止同步補(bǔ)償器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)得到的監(jiān)測(cè)點(diǎn)1的新的電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)值的治理的效果。

表2　監(jiān)測(cè)點(diǎn)1在治理前后的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)

對(duì)5個(gè)分布式電源點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合交叉DEA分析，將治理后的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)代入MATALAB程序，得交叉評(píng)價(jià)矩陣：

其中對(duì)角元素為自我評(píng)價(jià)值：

M11=0.886 8M22=1.000 0M33=1.000 0
M44=1.000 0M55=1.000 0

與前文所述，自我評(píng)價(jià)值取得最大值1的分布式電源監(jiān)測(cè)點(diǎn)較多，僅用EII沒有辦法區(qū)分所有決策單元的優(yōu)劣，由以上程序計(jì)算出的各分布式電源監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平均交叉評(píng)價(jià)值如表3所示。

表3　各分布式電源監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平均交叉評(píng)價(jià)值

按mi的大小，從大到小對(duì)這5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)劣排序?yàn)?

DMU3>DMU2>DMU4>DMU5>DMU1

綜上分析評(píng)價(jià)矩陣M，對(duì)角線元素值為自我評(píng)價(jià)值Mii與綜合交叉評(píng)價(jià)值mi,分析可知分布式電源監(jiān)測(cè)點(diǎn)3的運(yùn)行效果最好。

多個(gè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)在進(jìn)行交叉DEA分析后會(huì)生成等級(jí)排序，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)。

本文中的綜合交叉DEA數(shù)據(jù)包絡(luò)分析辦法對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估后對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)。在DMU值處在不同的區(qū)間值內(nèi)時(shí)，進(jìn)行不同層級(jí)的定價(jià)。綜合交叉包絡(luò)分析值越大層級(jí)越高，定價(jià)高；反之，分析值越低，定價(jià)低。

5　結(jié)束語(yǔ)

(1)分布式電源接入電網(wǎng)前，采用DEA方法評(píng)估分布式電源電能質(zhì)量重在選擇一個(gè)合理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，在不同的指標(biāo)體系中DEA評(píng)價(jià)結(jié)果是不一樣的。傳統(tǒng)DEA方法可以建立一種含分布式電源電能質(zhì)量綜合評(píng)估的體系模型，引入輸入指標(biāo)和輸出指標(biāo)的共同評(píng)估的模型可以避免一味追求電能質(zhì)量，而忽略了分布式電源和治理裝置本身的成本。但不能對(duì)每一個(gè)決策單元進(jìn)行有效分析，并且在每一個(gè)決策單元為達(dá)到最大的效率評(píng)價(jià)指數(shù)，會(huì)對(duì)每一個(gè)輸入、輸出的指標(biāo)進(jìn)行不合理的權(quán)重分配。交叉DEA分析在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)DEA分析方法存在的缺陷，能更好地進(jìn)行分布式電源并網(wǎng)和電能質(zhì)量的治理工作。分布式電源接入前的電能質(zhì)量分析，能避免分布式能源接入后產(chǎn)生嚴(yán)重的并網(wǎng)問題。

(2)傳統(tǒng)綜合評(píng)估算法僅對(duì)電能質(zhì)量排序和分檔，容易忽視了電能質(zhì)量治理環(huán)節(jié)的內(nèi)容。本文對(duì)傳統(tǒng)DEA評(píng)估方法進(jìn)行了改進(jìn)，采用交叉DEA分析方法。交叉DEA分析方法分析復(fù)雜，需求解大量的線性規(guī)劃方程，本文利用工程軟件編譯綜合交叉DEA分析的程序。在分布式電源接入的電能質(zhì)量分析工作中，可以對(duì)綜合評(píng)估結(jié)果進(jìn)行合理排序。

(3)分布式電源接入前，接入不同電能質(zhì)量治理裝置，采用交叉DEA方法進(jìn)行評(píng)估。能根據(jù)用戶的不同需求進(jìn)行接入前治理，讓用戶側(cè)的電能質(zhì)量更好地實(shí)現(xiàn)因需供電的交互供電方式。

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