考慮分布式發電的電網規劃評估分析

金義雄，趙煦

（上海電力學院電力與自動化工程學院，上海 200090）

隨著電力市場的進一步開放，分布式電源憑借著諸多優點在電力系統中占據越來越多的份額，成為能源領域的一個重要發展方向.但大量分布式電源引入也使電網在規劃和運行方面要面臨比以往更多的不確定性因素.針對某一分布式電源來講，其價值與其所在的位置和容量有著密切的關聯，因此對分布式電源進行合理的規劃就顯得尤為重要.就電力系統而言，電源規劃方案和電網規劃方案實質上是不可分割的整體.但是由于兩者的側重點不同，且這兩個問題又無法統一解決，所以一直以來不得不將電源規劃和電網規劃分開處理，并在必要時采取協調技術進行迭代求解［1］.本文提出了一套含分布式電源的電網規劃評估體系，具有一定的實用價值.

1 含分布式電源的電網規劃概況

分布式電源是指將發電系統以小規模（發電功率在數千瓦至50 MW的小型模塊）、分散式的方式布置在用戶附近，可獨立輸出電能的系統.分布式發電設施主要包括以液體或氣體為燃料的內燃機、微型燃氣輪機，以及風力發電設備、光伏電池等.

隨著分布式電源的接入，將不可避免地對大電網造成影響.大電網本身有3個方面的缺點：一是不能靈活跟蹤負荷的變化;二是在大型互聯系統中，局部事故極易擴散，導致大面積停電;三是對于偏遠地區的負荷不能進行理想供電.相對于傳統大型電網的一系列缺點，分布式電源有著明顯的優勢：一是可以綜合利用資源，節約能源;二是投資成本低，風險小，占地少，建設周期短;三是可以解決偏遠地區供電;四是可以彌補大電網在安全穩定性方面的不足;五是具有良好的環保特性;六是其系統中各電站相互獨立，用戶可以自行控制，可靠性比較高;七是調峰性能好，啟?？焖伲阌趯崿F全自動.目前，關于分布式電源的選址、定容的方法與研究有很多［2-18］，其接入位置和容量的不同對配電網的影響是不同的.

盡管分布式電源優點突出，但同時也存在諸多問題，如分布式電源單機接入成本高、控制困難等.另外，為了減少分布式電源對大電網的沖擊，大系統往往采取限制、隔離的方式來處置分布式電源，當電力系統發生故障時，分布式電源必須馬上退出運行.顯然，這大大限制了分布式電源功能的發揮，也間接限制了對新能源的利用.為了降低分布式電源所帶來的不利影響，同時發揮其積極的輔助作用，一個較好的解決方法就是將分布式電源和負荷組合為配電子系統——微網.微網有兩種運行方式，在正常情況下，它可以和傳統大電網并網運行;在大電網發生故障時，微網可以孤網運行，從而提高了供電的可靠性.因此，可以采用微網優化規劃的方法，使投資最優化并滿足可靠性約束，從而在已知各個分布式電源位置和可行輸電路徑的情況下，計算得出多個分布式電源與負荷點之間最優的連接線路［19］.另外，還可以采用網絡重構的方法，實現微網的經濟運行，改變微網內的功率流動，以達到優化的目的［20］.

2 電網評估指標體系的建立

電網規劃方案編制完成后，應該按照科學合理的指標體系對規劃方案進行評估，以便有效地指出規劃方案的薄弱環節，使將來投運的電網結構更加合理.依據相關準則并結合電網的具體情況，筆者建立了一套可以對電網進行科學評價的指標體系［21］.

2.1 可靠性評價

針對電力系統的不同子系統，具體評價指標可能有所不同，歸納起來共有4類：概率指標;頻率指標;時間指標;期望值指標.在規劃中，可靠性評價是對未來事件的預測，不可能用確切的量來表明，因此這些指標實際上是建立在統計分析基礎上的概率量.

電力系統的可靠性分析計算方法有解析法和模擬法兩類.當前的趨勢是將解析法和模擬法結合起來使用，發揮其各自的特長.通過對系統規劃設計方案的供電可靠性進行定量評估分析，并將其作為方案之間比較的依據，這樣就可以更加有效地規劃整個電力系統.

目前，可以采用以下6類指標來評價正在運行的電網供電可靠性，以及規劃中的電網將來投運后的供電可靠性：系統平均停電頻率指標（SAIFI），系統平均停電持續時間指標（SAIDI），用戶平均停電持續時間指標（CAIDI），平均供電可靠率指標（ASAI），系統總的電量不足指標（ENSI），平均電量不足指標（AENS）.

2.2 經濟性評價

當一個項目存在多個投資方案時，為了權衡方案的優劣，對這些方案的技術經濟效果進行定量分析是必不可少的步驟.目前所采用的經濟評價方法有靜態評價法、動態評價法、不確定性評價法3類.靜態評價法比較直觀，但未能考慮項目在使用期內收益和費用的變化，以及各個方案的壽命差異，而且沒有考慮資金的時間因素.動態評價法考慮了資金的時間因素，比較符合資金的動態規律，且給出的評價更加符合實際.不確定性評價法考慮了原始數據的不確定性及不準確性.

隨著電力市場化改革的深入，供電方、用電方和投資方均面臨著越來越多的不確定因素，因此需要找到能夠緩解一定市場風險的手段，也需要更加科學的規劃理論和評估體系來輔助制度決策.在經濟投資與收益回報基本對等的情況下，具有靈活性的項目會更受到重視，因為靈活性也是一種有價值的期權.其中實物期權方法在處理不確定環境下的經濟投資與規劃決策中有較好的應用前景.文獻［22］運用實物期權的思想和方法來分析和發現蘊藏在城市電網規劃風險投資項目中的期權，提出了評價城市電網項目的實物期權投資決策模型.文獻［23］運用B-S（Black-Scholes）期權定價模型，采用非合作博弈理論對投資決策進行評估，從而使各發電公司及電網公司做出更加合理的決策.

2.3 其他各項重要評估指標

隨著電網規劃的日益精確，建立客觀的、量化的電網評估指標體系十分迫切.文獻［24］從美國智能電網評估方法中總結出電網發展需要指標先行，可以從核心價值、主要特性、關鍵技術等方面對電網進行評估.

安全性評價指標對電壓穩定性及短路電流水平均有一定要求.另外，我國規定的可靠性準則為：電網必須滿足“N－1”準則.靈活性評價指標是通過分析電網各元件故障后電網接線變化的靈活性，以及負荷轉移能力和自愈能力等來評價電網運行的靈活性.科學性評價指標主要是從實際出發，對自然資源和環境資源進行評價.文獻［25］分析了計及環境效益的分布式發電成本，建立了考慮環境效益的發電成本計算新模型，并采用粒子群優化算法進行求解，得到了較為合理的分布式電源選址與定容方法，較好地兼顧了系統運行的經濟性和環保性.綜合性評價指標主要包括是否滿足國民經濟按比例發展的要求，能源供給是否平衡，資金是否平衡等.

3 含分布式電源電網規劃評估體系

電網規劃評估體系可用于電網發展的總結評論、電網規劃成果的評價，以及規劃方案的決策與分析.評估體系建立了比較科學、客觀、量化的評估模型，順應了當前規劃工作中不確定因素增多，以及需要更大比重的定量分析的趨勢，同時為電力企業及管理部門進行更加合理的規劃提供了依據.含分布式電源的電網規劃評估體系見圖1.

圖1 含分布式電源的電網規劃評估體系

由圖1可以看出，各項標準和指標分為上下兩層，因此可以采用層次分析法對初始草案進行綜合評價.每一層的各區間還可以再設子層，各層均有相應的權重，利用層次分析法逐層向上計算，直至得出綜合評分，從而選出比較合理、且可行的方案.根據各個企業所優選出的若干較優方案，再通過動態規劃仿真平臺優化組合，形成最終的方案.另外，在評估過程中還可以采用綜合模糊評價等其他評價方法或輔以拓撲分析、潮流計算等電氣分析手段.針對評價對象較多的情況，可以提出組合評價方法［26］，即選取適當的數學模型，對多個單一評價結果進行集化，從而得到組合評價結論.

從電力系統全局考慮，可以以整個系統的規劃布局為研究目標，這樣就不會分離電源規劃和電網擴展規劃之間的內在聯系.其中，電力市場與電力系統動態規劃仿真平臺的建立是關鍵一環，需要了解相關政策及各類企業在市場中的交互動態行為，以便進行合理建模和可靠計算.目前，對于這方面的研究正處于起步階段，還需要進一步完善.

4 結語

目前，分布式電源在電網中所占比例越來越大，更多的不確定性對電網規劃提出了更高的要求.本文描述了含分布式電源的電網規劃評估體系.該體系自下而上，首先將各個企業的數個初始草案經指標評價后，運用層次分析法等手段得出定量比較，選優后到達中間方案層，然后從整個系統的角度出發，通過建立好的動態規劃仿真平臺來優化組合，最終得到各個企業的最終方案.該體系尤其適用于含分布式電源的中長期電網規劃.

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（編輯白林雪）