朱 蘭，楊淑紅，唐隴軍，王忠秋，蔣紅進(jìn)

(1.上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院，上海 200090；2.國(guó)家電網(wǎng)華東電力調(diào)控分中心，上海 200000)

0 引 言

隨著全球能源匱乏、氣候變暖等問(wèn)題的凸顯，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注清潔能源的發(fā)展。可再生能源具有分布廣泛、資源豐富、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，能有效替代匱乏的化石能源，且具有改善環(huán)境的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，世界各國(guó)對(duì)清潔能源的研究力度逐漸加大，分布式發(fā)電與微網(wǎng)技術(shù)得以高速發(fā)展[1]。微網(wǎng)在節(jié)能減污、提高供電可靠性、增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性等方面都具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

為了更客觀反映微網(wǎng)建設(shè)方案的優(yōu)劣，為微網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)提供依據(jù)和參考，微網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)已成為一項(xiàng)重要的研究課題。文獻(xiàn)[2] 提出可靠性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)性指標(biāo)，旨在表明微網(wǎng)發(fā)、購(gòu)、售電成本對(duì)微網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的影響，但忽略了不同參與主體的利益。文獻(xiàn)[3] 提出可再生能源利用率、污染物排放水平等指標(biāo)，體現(xiàn)了清潔能源越來(lái)越重要的地位。文獻(xiàn)[4] 用一種新的微網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建方法，提出微網(wǎng)規(guī)劃戰(zhàn)略收益性指標(biāo)和規(guī)劃基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系。從不同的主體對(duì)微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性、可靠性、環(huán)保性進(jìn)行評(píng)價(jià)，也分析了不同主體獲得的利益，從收益、微電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃評(píng)價(jià)。文獻(xiàn)[5] 提出技術(shù)性指標(biāo)，指出網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)運(yùn)行能效和負(fù)載均衡協(xié)調(diào)性對(duì)微網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)的影響。文獻(xiàn)[6] 提出彈復(fù)性指標(biāo)，從網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上對(duì)微網(wǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

近年來(lái)，微網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，對(duì)新能源形式和可控負(fù)荷研究也比較廣泛。新能源種類(lèi)不斷涌現(xiàn)，可控負(fù)荷類(lèi)型不斷更新，為微網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行增加了新的元素。目前對(duì)于微網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)多從常規(guī)微網(wǎng)角度分析，一般沒(méi)有細(xì)致考慮接入微網(wǎng)的微源種類(lèi)、負(fù)荷類(lèi)型、運(yùn)行方式等對(duì)微網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)的影響。本文在常規(guī)微網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，針對(duì)含熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、燃料電池機(jī)組、可控負(fù)荷、生物質(zhì)能發(fā)電、孤網(wǎng)運(yùn)行等不同形式微網(wǎng)，細(xì)致考慮其特點(diǎn)及對(duì)微網(wǎng)運(yùn)行的影響，提出一種精細(xì)化的微網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，使之全面反映微網(wǎng)的特點(diǎn)，做到更科學(xué)、準(zhǔn)確、合理地對(duì)微網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為微網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)提供可行性、科學(xué)性的指導(dǎo)意見(jiàn)。

1 微網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)精細(xì)化指標(biāo)體系

實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的首要問(wèn)題是對(duì)規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究。微網(wǎng)建設(shè)需要滿(mǎn)足電網(wǎng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、低碳環(huán)保運(yùn)行，在規(guī)劃評(píng)價(jià)時(shí)要考慮可靠性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和彈復(fù)性指標(biāo)。同時(shí)為了更準(zhǔn)確地對(duì)微網(wǎng)中不同微源，各類(lèi)負(fù)荷類(lèi)型，微網(wǎng)孤島運(yùn)行做出更科學(xué)、準(zhǔn)確、實(shí)際的評(píng)價(jià)，需要對(duì)每種特殊形式微網(wǎng)增加新的評(píng)價(jià)指標(biāo)，反映該類(lèi)型微網(wǎng)特征及關(guān)鍵性能。據(jù)此組成較完整、精細(xì)化的微網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示。

圖1 微網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)精細(xì)化指標(biāo)體系

1.1 微網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)常規(guī)指標(biāo)體系的建立

分析、總結(jié)現(xiàn)有微網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，本文從可靠性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、彈復(fù)性4個(gè)方面建立常規(guī)微網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.1.1可靠性

可靠性指標(biāo)是微網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)中重要指標(biāo)。微網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行工況多變，包含間歇性分布式發(fā)電系統(tǒng)(distributed generation，DG)。綜合微網(wǎng)特點(diǎn)本文提出負(fù)荷平均停電時(shí)間TLB指標(biāo)、DG與主網(wǎng)電量交換λSOR指標(biāo)和間歇性DG可用率λSA指標(biāo)。TLB指標(biāo)數(shù)值由經(jīng)典計(jì)算得到，TLB越小，系統(tǒng)越穩(wěn)定。λSOR指標(biāo)可以反映規(guī)劃評(píng)價(jià)周期內(nèi)微網(wǎng)與主網(wǎng)之間電量交換情況，當(dāng)λSOR≥0時(shí)，表示規(guī)劃周期T內(nèi)微網(wǎng)微源可滿(mǎn)足區(qū)域負(fù)荷供電，具有出力可靠性。反之，微網(wǎng)不能滿(mǎn)足區(qū)域供電；λSA指標(biāo)主要用來(lái)反映間歇性DG的發(fā)電能力，式中分子表示在評(píng)價(jià)周期T內(nèi)，間歇性DG在環(huán)境、自身運(yùn)行特性等多重條件作用下的實(shí)際發(fā)電量，分母則表示間歇性DG的額定出力。該指標(biāo)可較直觀地評(píng)價(jià)間歇性DG的發(fā)電能力。根據(jù)文獻(xiàn)[7] 定義λSOR指標(biāo)、λSA指標(biāo)模型：

(1)

(2)

式中：PS(t)為評(píng)價(jià)周期T內(nèi)各微源有功出力總和曲線(xiàn)；WM為微網(wǎng)內(nèi)部可控負(fù)荷電量，kWh；WL為微網(wǎng)內(nèi)部負(fù)荷總量，kWh；P(t)為間歇性DG實(shí)際出力曲線(xiàn)；PDN為間歇性DG的額定出力，kW。

1.1.2經(jīng)濟(jì)性

微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性是微網(wǎng)技術(shù)推廣和發(fā)展的重要依據(jù)。對(duì)于微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行，本文用設(shè)備投資費(fèi)用CCa、設(shè)備置換費(fèi)用CRe、運(yùn)行維修費(fèi)用COM、燃料費(fèi)用CFuel和碳交易費(fèi)CCT作為經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)。CCa、CRe、COM和CFuel指標(biāo)按常規(guī)指標(biāo)模型計(jì)算。

碳交易機(jī)制的主要目的是促進(jìn)全球溫室氣體減排，減少二氧化碳排放，保護(hù)全球環(huán)境資源?；谖墨I(xiàn)[8] 提出碳交易指標(biāo)簡(jiǎn)化模型。

CCT=(At-γPdt)×Pr′

(3)

式中：CCT為t時(shí)期碳交易費(fèi)用(CCT>0售出碳交易收益，CCT<0購(gòu)買(mǎi)碳排放成本)，＄；At為t時(shí)期企業(yè)計(jì)劃碳排放配額，t；γ為單位電量碳排放分配額，t/kWh；Pdt為t時(shí)期系統(tǒng)各機(jī)組發(fā)電量總和，kWh；Pr′為碳交易機(jī)制中單位碳排放權(quán)價(jià)格，＄/t。

1.1.3環(huán)保性

微網(wǎng)在節(jié)能、環(huán)保方面優(yōu)勢(shì)顯著，對(duì)環(huán)保性的評(píng)價(jià)是微網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)中不可缺少的環(huán)節(jié)。本文應(yīng)用清潔能源利用率ηClean指標(biāo)體現(xiàn)清潔能源占比，該指標(biāo)定義微網(wǎng)中清潔能源占所有發(fā)電能源的比例，ηClean指標(biāo)越高，微網(wǎng)環(huán)保性越好；評(píng)價(jià)電力生產(chǎn)過(guò)程中污染物CO2、SO2、NOX年均排放量對(duì)環(huán)保性的影響，提出溫室氣體排放量EPoll指標(biāo)，各氣體的排放量由發(fā)電量和排放系數(shù)決定。

(4)

(5)

式中：WClean為清潔能源發(fā)電量，kWh，WAll為微網(wǎng)系統(tǒng)總發(fā)電量，kWh；Wi為第i個(gè)發(fā)電機(jī)年發(fā)電量，kWh；αi、βi、θi則分別為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)單位電量CO2、SO2、NOX的排放系數(shù)，g/kWh，該系數(shù)由發(fā)電機(jī)類(lèi)型和燃料類(lèi)型共同決定。

1.1.4彈復(fù)性

彈復(fù)性是指系統(tǒng)在故障、失效或破壞后恢復(fù)對(duì)部分或全部故障區(qū)域負(fù)荷供電的能力。當(dāng)大電網(wǎng)故障時(shí)，微網(wǎng)可斷開(kāi)與主網(wǎng)的連接自主運(yùn)行，并繼續(xù)向系統(tǒng)負(fù)荷供電，不至于整個(gè)系統(tǒng)崩潰。基于文獻(xiàn)[6] 提出的影響彈復(fù)性因素，本文從以下3個(gè)方面考慮彈復(fù)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)：

① 微源位置合理性RMS指標(biāo)：DG的接入位置會(huì)影響各負(fù)荷的供電特性，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)距離供電電源路徑越短，網(wǎng)絡(luò)彈復(fù)性越高；在相同供電路徑下，DG應(yīng)盡量接在較重要、供電質(zhì)量要求較高負(fù)荷附近，保證網(wǎng)絡(luò)及重要負(fù)荷節(jié)點(diǎn)快速恢復(fù)供電；在DG最大接入容量約束下，DG接入個(gè)數(shù)越多，彈復(fù)性越高。

③ 供電結(jié)構(gòu)合理性RGS指標(biāo)：分布式電源的接入改變了供電結(jié)構(gòu)，由單源集中式向多源分散式轉(zhuǎn)變。負(fù)荷節(jié)點(diǎn)由多個(gè)DG同時(shí)供電，當(dāng)一些設(shè)施損壞時(shí)，剩余的微源仍能繼續(xù)保證負(fù)荷供電，減少停電事故發(fā)生。

③ 微源多樣性RSD指標(biāo)：該指標(biāo)主要由可再生能源的種類(lèi)、儲(chǔ)能及可控負(fù)荷影響。由于可再生能源多存在隨機(jī)性與不確定性，其發(fā)電量與天氣、溫度等有較大的關(guān)聯(lián)。若只設(shè)有單一的DG，出力波動(dòng)性較大。若配置較多的微源種類(lèi)，微源之間可以相互補(bǔ)充，減小波動(dòng)性。儲(chǔ)能系統(tǒng)和可控負(fù)荷都起到虛擬微源的作用，可以提高微網(wǎng)彈復(fù)性。

具體彈復(fù)性指標(biāo)公式描述如下[6]：網(wǎng)絡(luò)中n個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)可由η個(gè)電源節(jié)點(diǎn)供電，電源節(jié)點(diǎn)中各種電源分散式接入負(fù)荷，則

(6)

(7)

(8)

(9)

RSD=mRE+mSE+mDR

(10)

1.2 微網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)增補(bǔ)指標(biāo)體系的建立

微網(wǎng)中微源種類(lèi)、負(fù)荷類(lèi)型、運(yùn)行方式的改變，都將使微網(wǎng)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)及運(yùn)行特點(diǎn)。本文在常規(guī)微網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系基礎(chǔ)上，針對(duì)近年來(lái)微網(wǎng)發(fā)展特點(diǎn)及新能源形式的出現(xiàn)，進(jìn)一步給出微網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)精細(xì)化指標(biāo)體系。以較常見(jiàn)的含熱電聯(lián)產(chǎn)微網(wǎng)、含燃料電池微網(wǎng)、含可控負(fù)荷微網(wǎng)、含生物質(zhì)能微網(wǎng)和微網(wǎng)孤島運(yùn)行為例進(jìn)行闡述，針對(duì)各類(lèi)型微網(wǎng)優(yōu)勢(shì)及運(yùn)行特點(diǎn)，進(jìn)行有重點(diǎn)、精細(xì)化的分析評(píng)價(jià)，完善指標(biāo)體系。具有其他特色微網(wǎng)的規(guī)劃評(píng)價(jià)研究也可參照此方法進(jìn)行。

1.2.1含冷熱電聯(lián)產(chǎn)微網(wǎng)

聯(lián)產(chǎn)機(jī)組有以下優(yōu)勢(shì)：聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)燃料能量的梯級(jí)利用，節(jié)能優(yōu)勢(shì)明顯；同時(shí)節(jié)能減排技術(shù)的提高，使污染物排放顯著降低；燃料燃燒并產(chǎn)生多種能量輸出，可以最大程度滿(mǎn)足用戶(hù)的特殊需求。評(píng)價(jià)時(shí)可考慮的評(píng)價(jià)指標(biāo)如下。

① 熱電聯(lián)產(chǎn)微網(wǎng)不僅能提供電能，還能提供熱水、熱暖、制冰等冷熱負(fù)荷。聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱效率ηHeat指標(biāo)可有效評(píng)價(jià)熱電聯(lián)產(chǎn)的熱能轉(zhuǎn)化能力，展現(xiàn)微網(wǎng)優(yōu)勢(shì)。基于文獻(xiàn)[9] 提出ηHeat指標(biāo)模型：

(11)

式中：WH為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組供熱工況供電量，kWh；QGH為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組能夠產(chǎn)生的供熱量，kJ；QFH為全廠(chǎng)熱耗量，kJ。

② 熱量生產(chǎn)過(guò)程分為“以熱定電”和“以電定熱”兩種模式，難免會(huì)存在棄熱、供熱不足等問(wèn)題。熱負(fù)荷滿(mǎn)足度ηHL指標(biāo)是指含熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機(jī)的微網(wǎng)對(duì)于用戶(hù)熱能需求的滿(mǎn)足程度。熱負(fù)荷滿(mǎn)足度越高，微網(wǎng)供熱能力越強(qiáng)。

(12)

式中：QSP′為除去燃?xì)忮仩t供熱外聯(lián)產(chǎn)機(jī)組可有效向用戶(hù)提供的熱量，kJ；QDem為年熱量需求，kJ。

③ 聯(lián)產(chǎn)機(jī)組若采用“以電定熱”的模式生產(chǎn)熱量，很難同時(shí)滿(mǎn)足電負(fù)荷和熱負(fù)荷。當(dāng)熱量不足時(shí)，由燃?xì)忮仩t提供，但是，當(dāng)產(chǎn)熱量高于熱負(fù)荷時(shí)，只能棄熱，造成熱量浪費(fèi)。本文用聯(lián)產(chǎn)機(jī)組棄熱率ηEH指標(biāo)表示聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱量浪費(fèi)情況。

(13)

式中：QSP為聯(lián)產(chǎn)電廠(chǎng)可保證提供的熱量，kJ，該熱量不包含鍋爐提供的熱量。

④ 除了電網(wǎng)發(fā)電電價(jià)收益外，熱電聯(lián)產(chǎn)微網(wǎng)還可獲得熱暖、熱水、熱蒸汽等額外熱收益，這是其余微網(wǎng)沒(méi)有的也不需考慮的評(píng)價(jià)指標(biāo)。本文定義聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱能收益SH指標(biāo)：

SH=QSP×PH′

(14)

式中：PH′為熱源單價(jià)，＄/kJ。

⑤ 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組系統(tǒng)在節(jié)能降損上的優(yōu)勢(shì)可以通過(guò)聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱電比RHE分析。聯(lián)產(chǎn)熱電比越小，聯(lián)產(chǎn)機(jī)組越易于滿(mǎn)足節(jié)能條件[10]。

(15)

1.2.2含燃料電池微網(wǎng)

FC作為新型先進(jìn)的清潔能源，具有發(fā)電效率高、無(wú)噪聲、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，在大力倡導(dǎo)清潔能源的時(shí)代，發(fā)展迅速。燃料電池可以將微網(wǎng)中富余能源(如低谷期電能等)轉(zhuǎn)化為氫氣再利用，具有較好的負(fù)荷轉(zhuǎn)移特性。燃料電池有良好的熱電聯(lián)產(chǎn)性能，提高燃料的總利用率可高達(dá)80%以上[11]。綜合評(píng)價(jià)時(shí)可考慮的評(píng)價(jià)指標(biāo)如下。

① FC通過(guò)氧化還原反應(yīng)直接將原料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，沒(méi)有燃燒過(guò)程，避免了能量浪費(fèi)，發(fā)電效率較高，節(jié)能優(yōu)勢(shì)明顯。燃料電池發(fā)電可用率ηET指標(biāo)可有效反應(yīng)燃料電池發(fā)出電能與實(shí)際應(yīng)用電能的比例。

(16)

式中：WFC′為FC機(jī)組被微網(wǎng)系統(tǒng)有效利用的電能，kWh；WFC為FC機(jī)組向微網(wǎng)有效輸出電能，kWh。

② 燃料電池燃料利用率ηF指標(biāo)用來(lái)體現(xiàn)反應(yīng)中化學(xué)耗燃與實(shí)際耗燃的比值。提高燃料利用率，有利于減少燃料浪費(fèi)，提高發(fā)電效率。文獻(xiàn)[12]提出氫氣利用率指標(biāo)，由于燃料電池燃料種類(lèi)繁多，本文基于此提出ηF指標(biāo)：

(17)

式中：mr.F為參與反應(yīng)的化學(xué)燃耗，kg；min.F為整個(gè)裝置的實(shí)際燃耗，kg。

1.2.3含可控負(fù)荷微網(wǎng)

可控負(fù)荷具有良好的負(fù)荷轉(zhuǎn)移、調(diào)節(jié)特性，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷根據(jù)實(shí)際需要啟停。需求側(cè)響應(yīng)(demand response，DR)資源是未來(lái)能源電力系統(tǒng)中重要的可調(diào)控資源，而電動(dòng)汽車(chē)(electrical vehicles，EVs)將是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。DR和基于需求側(cè)管理的EVs有序充放電可以有效緩解供電壓力，增加電網(wǎng)可靠性，同時(shí)參與管理用戶(hù)可獲得響應(yīng)收益。規(guī)劃時(shí)，可以從以下幾個(gè)指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

① 因?yàn)楹蠨R和EVs微網(wǎng)具有調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷曲線(xiàn)，削峰填谷的能力。負(fù)荷曲線(xiàn)波動(dòng)范圍減小可增強(qiáng)微網(wǎng)的可靠性，是含有DR和EVs微網(wǎng)的特有評(píng)價(jià)指標(biāo)。平均負(fù)荷峰谷比αP指標(biāo)可快速直觀地表現(xiàn)削峰填谷的能力，該比值越接近1負(fù)荷越穩(wěn)定。

(18)

式中：Pmax為平均日負(fù)荷峰值，kW；Pmin為平均日負(fù)荷谷值，kW。

② EVs在行駛過(guò)程中消耗的能量基本來(lái)自電網(wǎng)。在其接入微網(wǎng)時(shí)又具有雙重角色：充電時(shí)可看做負(fù)載；放電時(shí)可看做微電源。EVs車(chē)主在有序充放電過(guò)程中可以得到相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。基于文獻(xiàn)[13] 提出電動(dòng)汽車(chē)綜合收益SEVs指標(biāo)模型，該模型主要包括能量交易費(fèi)用和EVs接入費(fèi)用。

(19)

式中：CtSE為t時(shí)期EVs儲(chǔ)能電池向電網(wǎng)傳輸電量，kWh；PSE′為EVs放電電價(jià)，＄/kWh；SC為電網(wǎng)運(yùn)行者向EVs車(chē)主支付的接入費(fèi)用，＄；CtE為t時(shí)期EVs充電電量，kWh；PPE′為EVs充電電價(jià)，＄/kWh。

③ 類(lèi)似EVs儲(chǔ)能電池，參與DR的負(fù)荷也可以看作一個(gè)可以在用電高峰期停止用電的虛擬電源?；诳煽刎?fù)荷的容量、中斷次數(shù)、停電時(shí)間、實(shí)時(shí)電價(jià)等獲得相應(yīng)的收益。本文將其定義一般需求側(cè)用戶(hù)綜合收益SDR指標(biāo)：

(20)

式中：CiDR為第i個(gè)用戶(hù)規(guī)劃期內(nèi)可控負(fù)荷容量，kWh；PDR′為可控負(fù)荷單位補(bǔ)償電價(jià)，＄/kWh。

1.2.4微網(wǎng)孤島運(yùn)行

孤島運(yùn)行的微網(wǎng)少了大電網(wǎng)的支撐，沒(méi)有了功率、能量的交換，孤島運(yùn)行下的微網(wǎng)能否正常運(yùn)行需要考慮分布式電源發(fā)電容量與其內(nèi)部負(fù)荷之間的供需關(guān)系[14]，而孤島運(yùn)行的微電網(wǎng)在緊急情況下以持續(xù)供電為首要目的[15]。規(guī)劃評(píng)價(jià)時(shí)可考慮指標(biāo)如下。

① 有別于微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，孤島運(yùn)行時(shí)網(wǎng)絡(luò)中負(fù)荷所需電量全部由微網(wǎng)內(nèi)部微源提供，供需不平衡時(shí)難免會(huì)有電能不足和電能浪費(fèi)現(xiàn)象。本文定義孤島電能不滿(mǎn)足率ηLE指標(biāo)，用來(lái)評(píng)價(jià)孤島電能不能滿(mǎn)足負(fù)荷需求的程度。

(21)

式中：WUN為規(guī)劃周期內(nèi)未滿(mǎn)足負(fù)荷需求的電量，kWh；WL為本地負(fù)荷需求電量，kWh。

② 孤島運(yùn)行微網(wǎng)多余的電能不能傳輸給大電網(wǎng)，微網(wǎng)中雖然配置了鉛蓄電池等儲(chǔ)能單元，仍有多余電量不能被有效利用。本文定義孤島電能浪費(fèi)率ηEE指標(biāo)，評(píng)價(jià)孤網(wǎng)中電能浪費(fèi)情況，ηEE指標(biāo)越小，微源發(fā)出的電能越能有效利用。

(22)

式中：WEE為微網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中浪費(fèi)的電能，kWh；WDG為微網(wǎng)中所有微源輸出電能之和，kWh。

③ 微網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)所需運(yùn)行容量(負(fù)荷容量和操作儲(chǔ)備容量)和實(shí)際運(yùn)行容量(電源容量)之間可能會(huì)有一個(gè)差值，該差值就為該系統(tǒng)的容量短缺值。該差值越小，越容易滿(mǎn)足系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行及供電安全要求。本文定義孤島容量不足因數(shù)fCS指標(biāo)：

(23)

式中：WCS為容量短缺總量，kWh。

1.2.5含生物質(zhì)能微網(wǎng)

生物質(zhì)能發(fā)電可利用農(nóng)、林、牧及生活垃圾等資源產(chǎn)生電能，且生物質(zhì)資源豐富、發(fā)展?jié)摿薮?，解決廢棄物對(duì)環(huán)境的污染的同時(shí)，又作為能源解決電力用電問(wèn)題。規(guī)劃評(píng)價(jià)時(shí)可考慮的指標(biāo)如下。

① 生物質(zhì)能發(fā)電有良好的經(jīng)濟(jì)效益，本文綜合文獻(xiàn)[16-17] 提出的各項(xiàng)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)，提出生物質(zhì)能經(jīng)濟(jì)效益SEB指標(biāo)：

SEB=SEG+S

(24)

式中：SEG為減少的垃圾處理費(fèi)用，＄；S為其他效益(如灰渣制肥收益、減少污染物處理收益等)，＄。

② 生物質(zhì)能發(fā)電源多為生產(chǎn)、生活垃圾，可以有效解決環(huán)境問(wèn)題，充分利用廢棄物。本文用生物質(zhì)能廢物綜合利用率ηEB指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)該含有生物質(zhì)能微網(wǎng)的廢物利用程度。

(25)

式中：LUse為生物質(zhì)能綜合利用廢物量，t；LAll為微網(wǎng)區(qū)域內(nèi)廢物總量，t。

2 基于ANP-Apriori算法評(píng)估模型

微網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)體系具有多網(wǎng)絡(luò)層次性，可以看出，這些指標(biāo)間并不是完全獨(dú)立，它們之間存在著相互影響與依賴(lài)的關(guān)系。本文微網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)算法選擇中，基于文獻(xiàn)[18] 給出的AHP-Apriori算法，修改后提出ANP-Apriori算法模型，應(yīng)用super decision軟件求解指標(biāo)權(quán)重值，方法如下[18-19]。

2.1 ANP-Apriori算法求解關(guān)聯(lián)規(guī)則

對(duì)于微網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)精細(xì)化指標(biāo)體系，首先構(gòu)建不含相互關(guān)聯(lián)的ANP結(jié)構(gòu)(圖2中去除帶箭頭的曲線(xiàn))，分析相關(guān)文獻(xiàn)和專(zhuān)家評(píng)審對(duì)指標(biāo)間相互影響關(guān)系意見(jiàn)，找出指標(biāo)間可能存在的關(guān)聯(lián)；在此基礎(chǔ)上，將已確定的關(guān)聯(lián)關(guān)系作為候選項(xiàng)集，應(yīng)用Apriori法，找出候選項(xiàng)集中所有頻繁項(xiàng)集，并在滿(mǎn)足最小支持度的頻繁項(xiàng)集中，找出滿(mǎn)足最小置信度的關(guān)聯(lián)規(guī)則。剔除不必要的關(guān)聯(lián)因素，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)間影響關(guān)系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。含有關(guān)聯(lián)規(guī)則的ANP網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 ANP網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)圖

2.2 ANP法方案優(yōu)選

2.2.1構(gòu)造判斷矩陣

不同準(zhǔn)則下，指標(biāo)間的影響程度不同。確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)，以每個(gè)指標(biāo)為準(zhǔn)則，在已確定的關(guān)聯(lián)規(guī)則下，兩兩比較其余指標(biāo)相對(duì)該指標(biāo)的重要度，建立間接優(yōu)勢(shì)度排序矩陣。如以指標(biāo)組中增補(bǔ)指標(biāo)為例，以增補(bǔ)指標(biāo)為準(zhǔn)則，對(duì)指標(biāo)組中其他指標(biāo)(可靠性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、彈復(fù)性、增補(bǔ)指標(biāo)、方案選擇)相對(duì)該準(zhǔn)則的重要度進(jìn)行分析，兩兩比較打分，構(gòu)造判斷矩陣。對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性校驗(yàn)，由特征根法分別計(jì)算網(wǎng)絡(luò)層指標(biāo)組權(quán)矩陣和各指標(biāo)未加權(quán)超矩陣，最后求解加權(quán)超矩陣和極限超矩陣。

2.2.2方案優(yōu)選

確定各方案在所選擇的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的期望值，即計(jì)算各方案在指標(biāo)體系下相對(duì)重要性的權(quán)值，通過(guò)各指標(biāo)的權(quán)值確定其重要程度。

本文中，各精細(xì)化指標(biāo)在方案層中的得分不是由專(zhuān)家打分得到，而是規(guī)劃方案中各指標(biāo)下實(shí)際數(shù)值歸一化得到。規(guī)劃評(píng)價(jià)流程圖如圖3所示。

圖3 微網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)流程圖

3 算例分析

針對(duì)上海某區(qū)域?qū)嶋H風(fēng)/光及負(fù)荷數(shù)據(jù)，基于HOMER軟件設(shè)計(jì)規(guī)劃待選方案并開(kāi)展評(píng)價(jià)。系統(tǒng)負(fù)荷大小約為221kW，配置60kW的可控負(fù)荷，熱負(fù)荷峰值為75kW。該地區(qū)位于東經(jīng)121°4′，北緯31°2′，根據(jù)該地區(qū)可利用的太陽(yáng)能資源及風(fēng)能資源具體情況，太陽(yáng)能發(fā)電容量上限取100kW，風(fēng)能發(fā)電容量上限取33kW(單機(jī)3kW)。配備最大容量上限為100kWh鉛酸電池組，每塊容量1.35kWh。熱負(fù)荷由容量上限均為50kWh的燃料電池和微型燃?xì)廨啓C(jī)供熱，供應(yīng)不足時(shí)由鍋爐(熱效率85%)補(bǔ)充。為了保證微網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行下能夠穩(wěn)定安全地提供充足的電力，設(shè)計(jì)配置最大容量為100kW的柴油發(fā)電機(jī)。

規(guī)劃年限為25a，受控負(fù)荷的投資成本為761.9＄/kWh，柴油價(jià)格為0.81＄/L，天然氣價(jià)格為0.69＄/m3，碳交易價(jià)格為7＄/t，可控負(fù)荷單位補(bǔ)償電價(jià)為0.25＄/kWh，熱能單價(jià)為0.143＄/kWh。

綜合微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)參數(shù)，設(shè)置微網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行，應(yīng)用Homer軟件，基于案例中實(shí)際數(shù)據(jù)，仿真方案結(jié)果按經(jīng)濟(jì)性排序如表1所示。

由表1可以看出，方案一沒(méi)有選擇風(fēng)機(jī)，且其它微源容量相差不大，建設(shè)投資總成本較低；方案三中沒(méi)有添加可控負(fù)荷，微網(wǎng)區(qū)域內(nèi)總負(fù)荷用電需求高于方案一和方案二，進(jìn)而影響微網(wǎng)建設(shè)投資費(fèi)用較高。

表1 微網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化方案結(jié)果

首先選擇常規(guī)微網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)所選方案進(jìn)行綜合規(guī)劃評(píng)價(jià)，應(yīng)用super decision軟件，設(shè)置指標(biāo)組中一級(jí)指標(biāo)對(duì)方案的影響度相同，且二級(jí)指標(biāo)對(duì)方案有相同的影響度。綜合規(guī)劃評(píng)價(jià)結(jié)果如表2所示。

表2 常規(guī)微網(wǎng)規(guī)劃方案綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

由表2可以看出依據(jù)常規(guī)微網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，評(píng)價(jià)結(jié)果為方案二>方案一>方案三。觀察各評(píng)價(jià)指標(biāo)可看出，方案二彈復(fù)性最優(yōu)，且可靠性及經(jīng)濟(jì)性有一定的優(yōu)勢(shì)，且在關(guān)聯(lián)規(guī)則影響下，利用常規(guī)微網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，方案二最終優(yōu)勢(shì)最為突出。

下面按微網(wǎng)規(guī)劃精細(xì)化指標(biāo)體系對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，同樣將指標(biāo)組對(duì)方案權(quán)重設(shè)置相同。計(jì)算得到的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果及期望值如表3所示。

由表3可以看出，依據(jù)微網(wǎng)規(guī)劃精細(xì)化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系評(píng)價(jià)結(jié)果為方案一>方案二>方案三。觀察精細(xì)化指標(biāo)體系各指標(biāo)情況，從規(guī)劃評(píng)價(jià)結(jié)果中可以看出，雖然方案一環(huán)保性指標(biāo)最差，但是其可靠性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、增補(bǔ)指標(biāo)較有優(yōu)勢(shì)，利用精細(xì)化指標(biāo)體系進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)計(jì)算出的期望值最大。

表3 精細(xì)化指標(biāo)微網(wǎng)規(guī)劃方案綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

可見(jiàn)微網(wǎng)增補(bǔ)指標(biāo)對(duì)方案的選擇產(chǎn)生了較大的影響。與常規(guī)微網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)體系相比，增加增補(bǔ)指標(biāo)后的精細(xì)化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，根據(jù)各類(lèi)型微網(wǎng)優(yōu)勢(shì)及運(yùn)行特點(diǎn)提出，可以更全面、細(xì)致地對(duì)微網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在常規(guī)微網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了較能體現(xiàn)不同微網(wǎng)形式特點(diǎn)的規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)精細(xì)化指標(biāo)體系。根據(jù)配置微源組合形式，可控負(fù)荷種類(lèi)差異及運(yùn)行方式選擇等不同來(lái)詳細(xì)建立相應(yīng)的規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)微網(wǎng)做出整體評(píng)價(jià)的同時(shí)，更能體現(xiàn)具體微網(wǎng)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，為微網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的選擇提供依據(jù)。

[1] 吳雄，王秀麗，劉世民，等.微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)研究綜述[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2014，34(10)：7-14.

[2] 楊琦，馬世英，唐曉駿，等.微電網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36(9)：13-17.

[3] 劉夢(mèng)璇，王成山，郭力，等.基于多目標(biāo)的獨(dú)立微電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36(17)：34-39.

[4] 盧志剛，周雷，楊麗君，等.微電網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[J].電工電能新技術(shù)，2014(9)：25-29.

[5] 黃雄峰，翁杰，張宇嬌.微電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃方案評(píng)估與選擇[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，30(21)：76-81.

[6] 張石.微電網(wǎng)規(guī)劃及運(yùn)行決策中若干問(wèn)題研究[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2011.

[7] 羅奕.微網(wǎng)可靠性評(píng)估模型與方法研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2013.

[8] 湯鈴，武佳倩，戴偉，等.碳交易機(jī)制對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的影響[J]. 系統(tǒng)工程學(xué)報(bào)，2014，29(5)：701-712.

[9] 李沛峰，戈志華，銀正一，等.供熱系統(tǒng)能耗評(píng)價(jià)模型及應(yīng)用[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33(23)：19-28,13.

[10] 張曉暉，陳鐘頎.熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能耗特性[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27(5)：93-98.

[11] 劉潔，王菊香，邢志娜，等.燃料電池研究進(jìn)展及發(fā)展探析[J].節(jié)能技術(shù)，2010，28(4)：364-368.

[12] 鄭文迪，蔡金錠.考慮電池利用率的燃料電池控制策略[J].電工電能新技術(shù)，2012，31(1)：30-34.

[13] 茆美琴，孫樹(shù)娟，蘇建徽.包含電動(dòng)汽車(chē)的風(fēng)/光/儲(chǔ)微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35(14)：30-35.

[14] 袁修廣，黃純，張磊，等. 計(jì)及微網(wǎng)孤島運(yùn)行方式的配電網(wǎng)可靠性評(píng)估[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2015，39(3)：690-697.

[15] 王楊，萬(wàn)凌云，胡博，等.基于孤島運(yùn)行特性的微電網(wǎng)可靠性分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2014，38(9)：2379-2385.

[16] 李金穎，田俊麗，張春蓮.基于主成分分析法的生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目效益評(píng)價(jià)研究[J].能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2012，24(2)：33-37.

[17] 劉志強(qiáng)，孫學(xué)峰.25MW生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目及其效益分析評(píng)價(jià)[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2009(6)：32-34,37.

[18] Xi Jianfeng,Zhao Zhonghao,Li Wei, et al. A Traffic Accident Causation Analysis Method Based on AHP-Apriori[J]. Procedia Engineering,2016,137.

[19] 孫宏才，徐關(guān)堯，田平.用網(wǎng)絡(luò)層次分析法(ANP)評(píng)估應(yīng)急橋梁設(shè)計(jì)方案[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2007，27(3)：63-70.