微电网规划评价指标体系构建与应用

标。本文将电力生产过程中的环境污染物年均排放
量作为考查指标，以 避 免 由 于 惩 罚 成 本 系 数 设 置 过
低而降低该指标的影响比重。
２ 微 电 网 规 划 综 合 评 估 流 程
整个微电网规划综合评估流程如图２所示。评 估过 程 主 要 包 括 ２ 个 关 键 部 分：一 方 面，按 照 文 献 ［７］所 述 方 法 对 电 网 规 划 模 型 进 行 优 化 求 解 ，得 出 一 系 列 满 足 条 件 的 方 案 ，并 求 解 得 到 对 应 的 指 标 值 ； 另 一 方 面 ，需 要 根 据 构 建 的 决 策 指 标 ，确 定 其 权 重 系 数。这里选择层次分析法（ＡＨＰ）［８－１２］确定各项 指 标 的权重。
ＳＣＣＤＦｉ描述如下 ：
∑ ＳＣＣＤＦｉ ＝
Ｂ
ＳＳＣＤＦｊ（ｔ）
Ｐｊ
Ｂ
ｊ＝１
∑Ｐｊ
ｊ＝１
（４）
式中：Ｂ 为 某 节 点ｉ 上 的 用 户 分 类 数；ＳＳＣＤＦｊ（ｔ）为 第
ｊ 类用户ｔ 时 的 停 电 损 失；Ｐｊ 为 第ｊ 类 用 户 的 停 电
负荷。
３）停电损 失 评 价 率 计 算。 在 综 合 考 虑 缺 电 量、
４）停 电 成 本 计 算 。ＣＣＳ为 ：
Ｎ
∑ ＣＣＳ ＝
Ｒ Ｅ ｉｅａｉ ｅｎｓｉ
ｉ＝１
（６）
式中：Ｎ 为电网的负荷节点数；Ｅｅｎｓｉ为 研 究 时 间 段 内
节点ｉ 的电量不足期望值。
１．２．４ 设 备 运 行 维 护 成 本
本文中设备的维护成本根据经验进行大致估
算，ＣＯＭ 为：
ＣＯＭ ＝ ＣＣａｐλ
的函数，而其 他 相 关 影 响 因 素 反 映 在 Ｒｉｅａ的 构 造 过 程中。停电成本计算过程如下。
１）分 类 用 户 停 电 损 失 函 数 计 算 。 对 微 电 网 内 的
用户进行调查，获取 不 同 停 电 时 段 内 各 类 用 户 的 停
电损失 情 况，并 以 此 建 立 各 类 用 户 停 电 损 失 函 数
数学优化算法所得 到 的 结 果 缺 乏 说 服 力，具 有 片 面 性 ，而 仅 凭 主 观 经 验 进 行 判 断 又 缺 少 理 论 依 据 ，存 在 一定的偶然性因素。本文将在已有研究成果的基础 上［７］，将传统数学优化算法与多元决策理论相 结 合， 提 出 一 种 科 学 、规 范 的 微 电 网 评 价 方 法 ，对 微 电 网 项 目进行合理分类和 分 级 评 估，为 提 高 投 资 项 目 的 决 策水平和管理水平提供科学依据。
图 １ 评 价 指 标 体 系 Ｆｉｇ．１ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｓｙｓｔｅｍ
— １３ —
２０１２，３６（９）
１．１ 可 靠 性 指 标 属 性 计 算
可靠性指标是微电网规划综合评估指标中最重
要 的 环 节 。 微 电 网 结 构 复 杂 、运 行 工 况 多 变 ，除 了 具
有并网运行和独立 运 行 ２ 种 运 行 工 况 外，在 发 生 故
ＳＳＣＤＦｊ，以 表 征 各 类 用 户 停 电 损 失 与 停 电 时 间 的 关
系 。 第ｊ 类 用 户 停 电 损 失 函 数 描 述 如 下 ：
ｍ
∑ＬｊｋｔｋＣｊｋ （ｔ）
Ｓ ＝ ＳＣＤＦｊ
ｋ＝１ ｍ
（３）
∑ＬБайду номын сангаасｋｔｋ
ｋ＝１
— １４ —
式中：ｊ为用户类型；ｍ 为 一 定 时 间 内 节 点 上 第ｊ 类 用户故障的次数；Ｌｊｋ为第ｋ 次停电的停电负荷量；ｔｋ 为第ｋ 次停电的停电持续 时 间；Ｃｊｋ 为 相 应 的 单 位 停 电损失成本。
障 和 电 压 跌 落 、电 压 不 平 衡 等 异 常 情 况 时 ，为 了 使 微
电网中的分布式供电系统在一定程度的电压波动或
电压不平衡下保持 较 好 的 控 制 性 能，需 要 考 虑 切 机
或切负荷等措施。对于包含间歇性可再生能源分布
式 供 电 系 统 的 微 电 网 ，风 、光 系 统 的 匹 配 不 合 适 或 者
关 键 词 ：微 电 网 ；规 划 ；优 化 求 解 ；综 合 评 价
０ 引 言
随着 对 微 电 网 研 究 的 深 入，由 于 微 电 网 中 分 布 式 电 源 特 性 各 异 、种 类 繁 多 ，不 同 组 织 结 构 的 微 电 网 运 行 时 的 安 全 性 、稳 定 性 及 可 靠 性 均 不 相 同 。 所 以 ， 分布式电源的 接 入 需 ［１－６］ 要 考 虑 一 些 在 传 统 的 经 济 性评估中并 未 考 虑 的 因 素，如 周 边 的 能 源、交 通 运 输、环境等因素，还 要 考 虑 其 布 置，使 线 路 损 耗 尽 可 能 小 ，从 而 改 善 系 统 的 经 济 性 、可 靠 性 和 灵 活 性 。 而 含多种类型分布式 供 电 系 统 的 混 合 供 电 系 统，缺 乏 根据各类型能源分 别 建 立 的 对 应 模 型，如 何 在 配 电 网 中 确 定 合 理 的 电 源 结 构 ，有 效 利 用 各 种 类 型 电 源 ， 成 为 迫 切 需 要 解 决 的 问 题 。 此 外 ，国 家 能 源 政 策 、能 源规划也直接影响了分布式电源规划决策过程。
２）综 合 用 户 损 失 函 数 计 算 。 不 同 地 区 的 用 户 情
况不尽相同，计算时 需 要 整 个 地 区 的 综 合 用 户 停 电
损失。综合用户停电损失将微电网各类行业用电所
占比重作为权系数，然 后 求 各 个 行 业 用 户 停 电 损 失
的加权平 均 值。节 点ｉ 的 综 合 用 户 停 电 损 失 函 数
第 ３６ 卷 第 ９ 期 ２０１２ 年 ５ 月 １０ 日
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．０９．００３
Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．９ Ｍａｙ １０，２０１２
微电网规划评价指标体系构建与应用
杨 琦 ，马 世 英 ，唐 晓 骏 ，李 晓 珺
（中国电力科学研究院，北京市 １００１９２）
经济性 指 标 包 括：系 统 寿 命 周 期 总 成 本 ＣＬＣＣ、 系统初 始 设 备 成 本 ＣＣａｐ、设 备 安 装 调 制 费 用 ＣＦｉｘ、设 备运行维护成本 ＣＯＭ 、燃料成本 ＣＦｕｅｌ、停电 造 成 的 损 失成本 ＣＣＳ、排 污 造 成 的 赔 偿 成 本 ＣＥｍｉｓｓｉｏｎ和 设 备 残 余值 ＣＲｅｍ 等。 １．２．１ 系 统 寿 命 周 期 总 成 本
１ 微 电 网 规 划 评 价 体 系 的 构 建
通过 对 微 电 网 特 性 的 分 析，将 微 电 网 评 价 指 标 分为４个一级指标，１４个二级指标 以 及 ９ 个 三 级 指 标 ，如 图 １ 所 示 。
收 稿 日 期 ：２０１１－０３－２９；修 回 日 期 ：２０１１－１１－２１。 国家自然科学基金资助项目（５０８７７０２６）；国家高 技 术 研 究 发 展 计 划 （８６３ 计 划 ） 资 助 项 目 （２００８ＡＡ０５Ｚ２１６， ２００７ＡＡ０５Ｚ２４９）；高等学校 学 科 创 新 引 智 计 划 （“１１１”计 划 ） 资 助 项 目 （Ｂ０８０１３）。
停电造成的损失）。 衡 量 可 靠 性 效 益 高 低 的 停 电 成
本 计 算 中 包 括 停 电 发 生 的 时 间 、停 电 量 、停 电 持 续 时
间、停电频率及 用 户 类 型 等。 通 常 采 用 构 造 停 电 损
失评价率 Ｒｉｅａ的 方 法 来 进 行 计 算。Ｒｉｅａ把 用 户 单 位 停电功率或停电量下的平均停电成本作为停电时间
染物的总排放量；Ｅｉ 为 为 了 减 少 第ｉ 项 排 放 物 所 付
出的成本；Ｚｉ 为监测第ｉ 项污染物附加的费用。
１．２．３ 因 停 电 造 成 的 损 失 成 本
故障 成 本 包 括 ２ 部 分：停 电 造 成 的 损 失 成 本 和
社 会 影 响 成 本 （社 会 影 响 损 失 不 易 量 化 ，本 文 只 考 虑
成本、微电网给 上 级 配 电 网 的 售 电 收 益。 其 中 单 位
发电成本 ＣＯＥ为：
ＣＬＣＣ
Ｃ ＝ ＯＥ
Ｅ ＋Ｅ Ｌｏａｄ
Ｇｒｉｄ，ｓｅｌｌ
（１０）
式中：ＥＬｏａｄ为 全 寿 命 周 期 中 的 服 务 负 荷 量；Ｅ 为 Ｇｒｉｄ，ｓｅｌｌ
在微电网全寿命周 期 中 向 配 电 网 提 供 的 供 电 量 （孤
风速、光照的变 化 常 常 都 会 造 成 负 荷 的 不 满 足。 所
以 ，这 里 取 系 统 平 均 停 电 频 率 指 标 、系 统 停 电 持 续 时
间 指 标 、系 统 最 大 停 电 时 间 指 标 、系 统 电 量 不 足 指 标
作为可靠性评价指标。
１．２ 经 济 性 指 标 属 性 计 算
随着 分 布 式 供 电 系 统 研 究 的 深 入 与 成 熟，分 布 式供电系统经济效益的不确定性必将成为阻碍其发 展的重要因素。因 此，对 于 含 微 电 网 的 配 电 系 统 而 言 ，建 立 完 备 的 、含 分 布 式 电 源 的 微 电 网 评 估 体 系 十 分必要。
传统的规划模型在满足各项技术指标的前提下 寻 求 最 佳 投 资 回 报 ；而 对 于 微 电 网 的 规 划 问 题 ，除 了 要求满足一定的供 电 可 靠 性 之 外，还 要 求 综 合 考 虑 投 资 回 报 、环 境 保 护 、节 能 等 多 种 因 素 。 对 于 这 样 一 个含有大量不确定 性 因 素 的 决 策 问 题，依 赖 传 统 的
ＣＬＣＣ ＝ ＣＣａｐ ＋ＣＦｉｘ ＋ＣＦｕｅｌ ＋ＣＯＭ ＋ＣＥｍｉｓｓｉｏｎ ＋
ＣＣＳ －ＣＲｅｍ
（１）
１．２．２ 排 污 造 成 的 赔 偿 成 本
ｎ
ｎ
ｎ
∑ ∑ ∑ Ｃ ＝ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｉＭｉ ＋ Ｅｉ ＋ Ｚｉ
ｉ＝１
ｉ＝１
ｉ＝１
（２）
式中：ｃｉ 为第ｉ 项污染物的环境价值；Ｍｉ 为第ｉ 项污
网 时 供 电 量 为 ０）。
１．４ 环 境 指 标
微电 网 在 节 能、环 保 方 面 有 着 传 统 电 网 无 可 比
拟的优势，也 是 微 电 网 综 合 评 价 中 最 重 要 的 环 节。
在对微电网进行综 合 评 价 时，将 清 洁 能 源 的 使 用 率
和可再生 能 源 所 占 的 比 例 作 为 主 要 的 环 境 评 估 指
（９）
１．３ 市 场 运 行 指 标
在考 虑 微 电 网 市 场 运 行 情 况 下，微 电 网 的 考 察
· 绿 色 电 力 自 动 化 · 杨 琦 ，等 微 电 网 规 划 评 价 指 标 体 系 构 建 与 应 用
指 标 有 ：单 位 发 电 成 本 、微 电 网 从 上 级 配 电 网 的 购 电
摘 要 ：为 了 更 客 观 地 评 价 规 划 阶 段 中 不 同 结 构 微 电 网 的 优 劣 ，针 对 微 电 源 组 合 方 式 多 样 、运 行 方 式 灵 活 等 特 点 ，将 微 电 网 评 价 指 标 分 为 可 靠 性 、经 济 性 、市 场 运 营 和 环 保 性 ４ 个 方 面 ，对 各 指 标 进 行 展 开说明，并构建了树状结构。结 合 实 际 算 例，先 利 用 微 分 进 化 算 法 对 构 建 的 目 标 函 数 进 行 优 化 求 解 ，得 到 多 种 微 电 网 组 合 ，再 利 用 层 次 分 析 法 对 得 到 的 微 电 网 进 行 综 合 评 价 决 策 。 介 绍 了 采 用 该 方 法进行微电网综合评价决策的计算过程。实例表明，提出的方 法 合 理 地 避 免 了 微 电 网 规 划 阶 段 因 决策因素可能导致的不确定性和专家评判的主观性，是一种较实 用 的 微 电 网 规 划 综 合 评 价 问 题 的 解决方法。
（７）
在一般计算中，λ 通常取 １．５％。维护成本 ＣＯＭ
的 精 确 计 算 ，将 在 今 后 进 一 步 研 究 。
１．２．５ 燃 料 成 本
ｎ
∑ ＣＦｕｅｌ ＝ ｌｉＨｉ ｉ＝１
（８）
式中：ｌｉ 为第ｉ 种燃料的单价；Ｈｉ 为第ｉ 种燃料的消
耗量。
１．２．６ 设 备 残 余 值
ＣＲｅｍ ＝ Ｃ γ Ｃａｐ Ｒｅｍ 式 中 ：γＲｅｍ 为 设 备 净 残 值 率 。
缺电持续时间、缺电 频 率 及 用 户 综 合 缺 电 损 失 影 响
下 ，节 点ｉ 的 停 电 损 失 评 价 率 Ｒｉｅａｉ为 ：
Ａ
∑ＳＣＣＤＦｉ（ｔｕ）Ｐｕ
Ｒ ＝ ｉｅａｉ
ｕ＝１ Ａ
（５）
∑ｔｕＰｕ
ｕ＝１
式中：Ａ 为 停 电 总 次 数；ｔｕ 为 第ｕ 次 停 电 持 续 时 间；
Ｐｕ为第ｕ 次停电中切掉的负荷。