基于態勢感知的主動配電網風險評估研究

白東平 紀秀 孟祥萍 王佳寧 李殿文

摘? 要：針對基于態勢感知的主動配電網進行災害風險評價研究，提出了分布式能源風險評估指標體系，包含供蓄比例、消納比例、電壓平均合格率、電流平均合格率、頻率平均合格率五個風險評估指標，并對指標體系進行了量化評估，可以為風險管理提供更加準確的信息。

關鍵詞：風險評估;指標體系;態勢感知

0? ? 引言

“態勢感知”這一概念源于軍事領域，20世紀90年代才被引入信息安全領域。基于態勢感知的主動配電網研究包括主動配電網災害風險評估和主動配電網災害風險預測等方面。

由于目前全球化石能源儲量有限，所以大力發展分布式能源是大勢所趨，是未來可持續性發展的戰略舉措，在現有的配電網體系中，隨著分布式能源的不斷發展，主動配電網中分布式能源發電比重不斷增加，產生危險時對主動配電網的危害越來越大，所以對分布式能源并網風險評估的研究勢在必行。

本文在分布式能源并網風險分析的基礎上建立了分布式能源并網風險評估指標體系。

1? ? 主動配電網風險指標分析

1.1? ?含分布式能源的主動配電網消納能力評估

在傳統的主動配電網中，潮流是由上級電網單向流向主動配電網的，目前，隨著越來越多的分布式電源接入主動配電網，由于消納能力有限，主動配電網中會出現電能供大于求的現象，主動配電網中多余的電能會逆向流入電壓等級更高的上級電網，這將導致主動配電網中出現雙向潮流，主動配電網中的設備將承受雙向潮流的沖擊，威脅主動配電網的安全穩定運行[1]。為了降低雙向潮流的沖擊次數，選取主動配電網的供蓄比例指標和消納比例指標對主動配電網消納能力進行評估，更能直觀地體現出主動配電網對分布式能源的消納能力。

主動配電網的供蓄比例指標指的是主動配電網對分布式能源的消納能力，可以為含有分布式能源的主動配電網風險評估提供依據;主動配電網的消納比例指標指的是對分布式能源的利用率，重點體現了主動配電網對分布式能源的兼容性[2]。

主動配電網的供蓄比例指標計算公式可以表示為：

式中：Pdis為主動配電網中分布式能源的出力功率;Pact為主動配電網中有功負荷功率;Paccmax為主動配電網中最大蓄電功率。

主動配電網的消納比例指標計算公式可以表示為：

式中：Pvir為主動配電網中分布式能源的實際出力功率;Pdismax為主動配電網中分布式能源的最大出力功率。

1.2? ? 分布式能源的電能質量風險評估

電能質量評估在主動配電網以及分布式能源中都占據著主導地位，主要分為以下三個方面：

（1）并網節點電壓方面，隨著越來越多的分布式能源并網到主動配電網中，由于分布式電源向主動配電網中注入了大量的有功功率以及無功功率，導致并網節點處的電壓會因此而大幅度升高或者大幅度下降，使主動配電網中的電壓值超出安全穩定運行的正常值范圍;

（2）并網節點電流方面，分布式能源在檢修或故障時，繼續給停電線路和周圍負載，從而形成孤島效應，極易損壞用電設備，當恢復連接時，分布式能源與主動配電網的相位不同步，就會形成危害主動配電網的巨大沖擊電流;

（3）并網節點頻率方面，隨著大量的分布式能源并網，由于分布式能源出力的隨機性以及波動性，極易影響主動配電網內的頻率穩定[3-4]。

分布式能源并網節點電壓平均合格率指標計算公式可以表示為：

式中：V為分布式能源并網節點的總節點數。

分布式能源并網節點電流平均合格率指標計算公式可以表示為：

式中：A為分布式能源并網節點的總節點數。

分布式能源并網節點頻率平均合格率指標計算公式可以表示為：

式中：H為分布式能源并網節點的總節點數。

2? ? 風險評估指標體系的建立與權重計算

首先選取分布式能源為評估目標，然后根據第一節選取的五個評估指標建立分布式能源并網風險評估指標體系，共計兩個評估層次[5]。

設分布式能源并網風險評估指標體系中的評估指標為Z=[A，B，C，D，E]，用K代表各指標的重要程度，本文分別采用1～9標度法和指數標度法的層次分析法建立風險評估體系，并網風險評估指標的判斷矩陣各標度含義如表1所示。

分布式能源并網風險評估指標體系包括五個評估指標，建立1～9標度的影響因素判斷矩陣如表2所示，指數標度的影響因素判斷矩陣如表3所示。

求解表2中判斷矩陣的最大特征值及其對應的特征向量，即為分布式能源并網風險評估指標體系中五個評估指標的權重值。基于1～9標度的各指標的權重結果為：0.65、0.15、0.06、0.06、0.06;基于指數標度的各指標的權重結果為：0.61、0.13、0.09、0.09、0.09。從權重結果上看，指數標度法在權重結果上比1～9標度法更符合人們的思維判斷。

由于判斷矩陣的構建受專家的知識深度限制，為避免判斷矩陣出現不一致的現象，需要對其進行一致性判斷。利用公式（6）進行一致性判斷：

式中：λmax為判斷矩陣的最大特征值;n為判斷矩陣的階數;RI為平均一致性指標。

經過一致性指標的計算，其中1～9標度法的一致性判斷值為CR=0.080 5，指數標度法的一致性判斷值為CR=0.052 3，CR值均小于等于0.1，其判斷矩陣均滿足一致性要求。但從表4中平均一致性指標RI的取值就可以看出，指數標度法構建的判斷矩陣優于1～9標度法構建的判斷矩陣。

3? ? 實例分析

為了說明上述方法在實際的評估系統中的作用，特選用吉林省某市含分布式能源的主動配電網為例進行風險評估。某市分布式能源風險評估指標統計數據如表5所示。

根據指數得分與計算權重，經過計算得出，該市的分布式能源風險評估指標體系基于1～9標度法的層次分析法總得分為92.95分，基于指數標度法的層次分析法總得分為94.63分，從得分上進一步說明了基于指數標度法的分布式能源并網風險評估指標體系的得分更符合實際情況。

4? ? 結語

本文針對基于態勢感知的主動配電網進行災害風險評價研究，提出了分布式能源風險評估指標體系，分別進行了基于指數標度法的層次分析法和基于1～9標度法的層次分析法的分布式能源風險綜合評估，最終得出基于指數標度法更具優越性。其次，本文通過對分布式能源風險評估指標體系進行量化評估，為風險管理提供了更加準確有效的信息。

[參考文獻]

[1] 李雯樂.能源互聯網下新能源電力系統風險評估模型研究[D].北京：華北電力大學，2018.

[2] 鐘清，余南華，尤毅，等.主動配電網技術特性及評估指標體系[J].電力建設，2015，36（1）：122-127.

[3] 元一平，王建學，張耀，等.考慮多周期協調的新能源電力系統全景運行模擬方法與評估指標體系[J].電網技術，2020，44（3）：799-806.

[4] 吳帆，鄔智江，吳杰康，等.基于CVaR分析的新能源配電網電壓風險評估模型[J].電力工程技術，2019，38（4）：131-137.

[5] 元博，徐志成，劉俊，等.多區域新能源接納能力評估模型研究及應用[J].中國電力，2019，52（12）：132-139.

收稿日期：2020-06-19

作者簡介：白東平（1994—），男，吉林長春人，碩士在讀，研究方向：人工智能在電力系統中的應用。