內(nèi)蒙古地區(qū)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行管理綜合評價

王睿淳 吳集光 曾鳴 鐘朋園

摘要：為完善風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行管理制度，規(guī)避風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行管理過程中存在的風(fēng)險，針對內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行管理模式及風(fēng)險管理機(jī)制，從并網(wǎng)運(yùn)行的三個階段入手分析內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行管理過程中存在的風(fēng)險因素，構(gòu)建風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險管理體系，采用TOPSIS法和綜合指數(shù)法對檢驗風(fēng)險進(jìn)行綜合評價。結(jié)果表明在風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行管理的各環(huán)節(jié)中，風(fēng)機(jī)技術(shù)、信息平臺建設(shè)及風(fēng)電量預(yù)測工作中存在的風(fēng)險及其可能引起的后果最為嚴(yán)重。提高上網(wǎng)風(fēng)機(jī)技術(shù)，完善信息平臺建設(shè)，做好風(fēng)電功率計量與風(fēng)電預(yù)測，有助于提高風(fēng)電并網(wǎng)可靠性，改善并網(wǎng)系統(tǒng)供電質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電有序并網(wǎng)；運(yùn)行管理機(jī)制；風(fēng)險評價；TOPSIS法；綜合指數(shù)法

中圖分類號：F27

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672—3198（2014）21—0082—03

0引言

當(dāng)前我國風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展階段。由于內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)能資源豐富，而負(fù)荷相對較少，風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電迫切需要充分發(fā)揮區(qū)域間互聯(lián)電網(wǎng)優(yōu)勢，提升電網(wǎng)作為能源“高速公路”的現(xiàn)代化能源運(yùn)輸體系的作用和資源優(yōu)化配置能力。此外，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后，其出力的隨機(jī)性和間歇性特性，對電網(wǎng)的安全運(yùn)行和電能質(zhì)量造成了非常不利的影響，也給互聯(lián)電網(wǎng)有功功率控制帶來了新的挑戰(zhàn)。因此，有必要結(jié)合風(fēng)電特性，綜合利用各種先進(jìn)調(diào)度技術(shù)，提出風(fēng)電有序并網(wǎng)管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)安全防御、經(jīng)濟(jì)優(yōu)化、高效管理三位一體的電網(wǎng)調(diào)度體系；同時，針對具體的風(fēng)力發(fā)電站接入電網(wǎng)，從投運(yùn)前、啟動時、投運(yùn)后三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)構(gòu)建微觀層面的風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行管理指標(biāo)體系，并對其進(jìn)行綜合評價。

目前國外風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行管理工作只涉及對風(fēng)電接入、并網(wǎng)管理機(jī)制的研究等，未對其中的風(fēng)險提出有效的防控措施；國內(nèi)風(fēng)電并網(wǎng)工作開展較晚，相應(yīng)的管理體系還不完善，同時對風(fēng)險防控問題也少有提及。本文針對內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電并網(wǎng)管理工作中各指標(biāo)的選取及其可能存在的風(fēng)險，提出相應(yīng)的風(fēng)險防控機(jī)制，并采用結(jié)合綜合指數(shù)法所改進(jìn)TOPSIS法，對風(fēng)險管理指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化排序，從而完善風(fēng)電并網(wǎng)風(fēng)險管理體系，優(yōu)化風(fēng)電并網(wǎng)管理工作。

1風(fēng)電并網(wǎng)的三個階段及風(fēng)險評估

風(fēng)力發(fā)電與水電、火電等常規(guī)能源相比，其發(fā)電能力由風(fēng)能的大小、強(qiáng)弱而定，具有間歇性、波動性、隨機(jī)性的特點(diǎn)。這就要求在出現(xiàn)間歇性的情況下，電網(wǎng)必須有相當(dāng)規(guī)模的常規(guī)電廠跟蹤調(diào)頻，保持電力系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定供電；同時，隨著風(fēng)電規(guī)模的不斷增大，電網(wǎng)公司必須具有足夠的、動態(tài)的感性和容性無功調(diào)節(jié)能力，避免線路輸送功率和充電功率等大幅度波動對電網(wǎng)的劇烈沖擊。因此，大規(guī)模風(fēng)電接入對電力系統(tǒng)的運(yùn)行和控制提出了新的要求，也對傳統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)度管理模式提出了新的挑戰(zhàn)。

本論文中，從電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行角度出發(fā)，針對風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行特性，將風(fēng)電并網(wǎng)劃分為投運(yùn)前、設(shè)備啟動和投運(yùn)后三個階段。各個階段劃分及風(fēng)險識別如圖1所示。

1.1風(fēng)電投運(yùn)前

電場接入系統(tǒng)前，為并網(wǎng)運(yùn)行所做的一系列工作。其間的運(yùn)行風(fēng)險主要包括：（1）并網(wǎng)政策方面，由于風(fēng)電并網(wǎng)的相關(guān)政策法規(guī)尚不完善，相應(yīng)的管理模式和評價方式亟待規(guī)范，在工作開展過程中，容易出現(xiàn)配合的“盲點(diǎn)”，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下隱患；（2）在設(shè)備制造方面，已投運(yùn)風(fēng)電機(jī)組多數(shù)不具備低電壓穿越能力，在電網(wǎng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致系統(tǒng)電壓降低時容易產(chǎn)生脫網(wǎng)；（3）風(fēng)電場建設(shè)方面，部分項目業(yè)主工程質(zhì)量管理不嚴(yán)，一些施工單位施工質(zhì)量管理以及監(jiān)理單位對工程施工質(zhì)量的監(jiān)督管理不到位。

1.2風(fēng)力發(fā)電設(shè)備啟動階段

這一階段中，發(fā)電企業(yè)收到電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)向擬并網(wǎng)方發(fā)出并網(wǎng)確認(rèn)通知后，按電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)的要求開始進(jìn)行制定啟動措施。其間存在的風(fēng)險有：（1）風(fēng)電接入管理不足，大規(guī)模風(fēng)電場接入電網(wǎng)整體安全性研究亟須加強(qiáng)；（2）缺乏通信自動化信息數(shù)據(jù)。由于風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)廠家信息壟斷、保密，數(shù)據(jù)不開放，風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息沒有向升壓站監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)度側(cè)傳送，調(diào)度沒有風(fēng)功率自動控制手段，給風(fēng)電調(diào)度決策和運(yùn)行管理帶來極大的困難。

1.3風(fēng)電投運(yùn)后

風(fēng)電并網(wǎng)成功后，按照調(diào)度部門的要求正常發(fā)電的階段。其間存在的風(fēng)險有：（1）風(fēng)電功率預(yù)測手段缺乏有效性。目前國內(nèi)沒有比較成功的風(fēng)電功率預(yù)測技術(shù)手段，且各風(fēng)電場沒有有效開展風(fēng)功率預(yù)測工作，制約了有序并網(wǎng)管理。（2）風(fēng)電場運(yùn)行管理水平不高。一些風(fēng)電場安全管理制度不健全，現(xiàn)場運(yùn)行規(guī)程不完善，無功管理和二次系統(tǒng)管理無法滿足電網(wǎng)安全要求；風(fēng)電場專業(yè)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于風(fēng)電建設(shè)發(fā)展速度，不能適應(yīng)工作要求。

針對三個階段的風(fēng)險，風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行管理不僅應(yīng)關(guān)注投運(yùn)后環(huán)節(jié)，應(yīng)建立風(fēng)電并網(wǎng)的投運(yùn)前、啟動時、投運(yùn)后“全過程”運(yùn)行管理機(jī)制。具體模式見圖2。

2基于TOPSIS和灰色關(guān)聯(lián)度的綜合評價方法

TOPSIS法的基本原理是通過構(gòu)造多目標(biāo)決策問題的理想解和負(fù)理想解，對各可行方案進(jìn)行排序，以確定其優(yōu)劣。本文利用綜合指數(shù)對TOPSIS法進(jìn)行改進(jìn)，以更確切的描述待評價樣本與理想樣本之間的貼近程度，從而對樣本的優(yōu)劣進(jìn)行排序，提供樣本決策依據(jù)。通過TOPSIS和綜合指數(shù)法對風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險管理進(jìn)行綜合評價，首先采用線性比例法對指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行規(guī)范化處理，并采用變異系統(tǒng)法求計算出指標(biāo)權(quán)重，繼而得出加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣；其次，確定待評價樣本的正理想解和負(fù)理想解，并進(jìn)一步計算出樣本與正理想樣本和負(fù)理想樣本的歐氏距離和綜合指數(shù)；最后，根據(jù)計算所得的相對貼近度，對樣本進(jìn)行排序優(yōu)選。

2.1構(gòu)建指標(biāo)矩陣并確定指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)所要解決的問題，確定指標(biāo)矩陣，并采用線性比例法對指標(biāo)矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理。公式如下：

x*ij=xijxsj（1）

式中，xjs可以取該類指標(biāo)的最小值、最大值或平均值等。

采用變異系統(tǒng)法確定各指標(biāo)的權(quán)重。公式如下：

σk=2i=2（xik-xk）2/n，k=1，2，…，m（2）

ck=σk/xk（3）

wj=cj/mk=1ck（4）

將指標(biāo)矩陣加權(quán)規(guī)范化，同時將規(guī)范化后的指標(biāo)矩陣與所確定的指標(biāo)權(quán)重相乘，得到加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Y：

Y=（yij）m*n=（wjxij）m*n（5）

2.2計算歐氏距離與綜合指數(shù)

（1）計算樣本到正理想解和負(fù)理想解的歐氏距離。

確定正理解系統(tǒng)與負(fù)理想系統(tǒng)，并匯總各指標(biāo)集的最大與最小值，從而得出正理想解與負(fù)理想解。設(shè)樣本i到正理想解和負(fù)理想解之間的歐氏距離分別為Di+和Di-，計算公式如下：

D+i=nj=1wj（yij-y+j）2（6）

D-i=nj=1wj（yij-y-j）2（7）

（2）計算各指標(biāo)的綜合指數(shù)。

采用綜合指數(shù)法，以正負(fù)均值為基準(zhǔn)，求各指標(biāo)的綜合指數(shù)。首先，求指標(biāo)xij的正負(fù)均值xj+和xj-，公式如下：

xj+=1nj+xij≥0xij，

xj-=1nj+xij<0xij，j=1，2，…，m（8）

再求xij的折算系數(shù)Kij：

K+ij=xijxj+*100，xij≥0

K-ij=xij|xj-|*100，xij<0

（9）

2.3計算相對貼近度

（1）對歐氏距離和指標(biāo)綜合指數(shù)分別進(jìn)行無量綱化處理。

i=φimax1≤im（φi）（i=1，2，…，m）（10）

式中，φi為Di+，Di-，Ki+，Ki-。φi為di+，di-，ki+，ki-，為無量綱化處理后的值。

其中，di-和ki+數(shù)值越大，樣本越接近理想解；di+和ki-數(shù)值越大，樣本越偏離理想解。綜合考慮無量綱化后的歐氏距離和綜合指數(shù)，可得到：

R+i=a1d-i+a2k+i，i=1，2，…，m（11）

R-i=a1d+i+a2k-i，i=1，2，…，m（12）

式中，a1，a2反映了決策者對距離和關(guān)聯(lián)度的偏好程度，且a1+a2=1，決策者可根據(jù)個人偏好確定a1和a2。Ri-和Ri+分別反映了樣本與正理想解和負(fù)理想解的接近程度。

（2）計算相對貼近度。

相對貼近度反映了待評價樣本與正理想解或負(fù)理想解的接近程度。計算公式如下：

δi=R+iR+i+R-i（i=1，2，…，m）（13）

（3）評價策略優(yōu)劣排序。

根據(jù)式（13）的計算結(jié)果，依據(jù)δi的大小對樣本進(jìn)行排序。δi越大，表示待評樣本越貼近正理想樣本，樣本越優(yōu)；反之，δi越小，表示待評樣本越貼近負(fù)理想樣本，樣本越劣。

3算例分析

本文基于TOPSIS和灰色關(guān)聯(lián)度法相結(jié)合的綜合評價方法，對內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險管理工作進(jìn)行綜合評價。

3.1確定指標(biāo)矩陣

針對PELIM各環(huán)節(jié)可能存在的風(fēng)險，選定為7個指標(biāo)：并網(wǎng)政策、風(fēng)機(jī)技術(shù)、工程質(zhì)量、接入管理風(fēng)險、通信數(shù)據(jù)完善度、風(fēng)電預(yù)測偏差、以及風(fēng)電場運(yùn)行管理。選取內(nèi)蒙古地區(qū)7個試驗點(diǎn)的器材檢驗工作資料作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，并進(jìn)行規(guī)范化處理，得到如下矩陣。

3.2計算各指標(biāo)權(quán)重

采用變異系統(tǒng)法，計算得到各指標(biāo)的權(quán)重：

0.1261、01229、0.1248、0.1271、0.1251、0.1260、0.1239。

3.3計算加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣

將各指標(biāo)權(quán)重與規(guī)范化指標(biāo)相乘，得到加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣。

3.4確定正理想解和負(fù)理想解

在所構(gòu)建的風(fēng)險管理體系中，并網(wǎng)政策、風(fēng)機(jī)技術(shù)、工程質(zhì)量、通信數(shù)據(jù)完善度和風(fēng)電場運(yùn)行管理為正向指標(biāo)，接入管理風(fēng)險和風(fēng)電預(yù)測偏差為負(fù)向指標(biāo)。

正理想解與負(fù)理想解分別為：Y0+=[0.008，0.082，0036，0.035，0.074，0.056，0.024]；

Y0-=[0.032，0，055，0.017，0.008，0.052，0.027，0062]。

3.5計算樣本與正理想解和負(fù)理想解之間的歐氏距離、綜合指數(shù)及相對貼近度

利用前文所述方法，求出各個指標(biāo)與理想解和負(fù)理想解的歐氏距離以及指標(biāo)綜合指數(shù)，并求出相對貼近度，得到結(jié)果見表3。

3.6指標(biāo)排序，確定最優(yōu)評價方案

比較各個指標(biāo)的相對貼近度，可以得出：指標(biāo)A2與正理想解距離最近，與負(fù)理想解距離最遠(yuǎn)，且與正理想解的關(guān)聯(lián)度最高；由此可見，所用風(fēng)機(jī)技術(shù)水平對風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量起著重要作用。而風(fēng)電場管理制度已日趨完善，在工作開展過程中出錯率較少，風(fēng)險較小，排序位于最后。

因此，將八個指標(biāo)的重要度由高到低進(jìn)行排序如下：A2、A5、A6、A4、A3、A7、A1?？梢姡瑢?nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行過程的風(fēng)險防控，首先要加強(qiáng)風(fēng)機(jī)選型、信息平臺建設(shè)及風(fēng)電量預(yù)測工作的發(fā)展力度，同時兼顧其他環(huán)節(jié)可能存在的風(fēng)險，提高風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行效率。

4結(jié)論

首先，從電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行角度出發(fā)，針對內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行特性，將風(fēng)電并網(wǎng)劃分為投運(yùn)前、設(shè)備啟動和投運(yùn)后三個階段，分析各個階段可能存在的風(fēng)險，完善風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行管理模式，以避免或減少風(fēng)電浪費(fèi)，提高風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電量；其次，利用綜合指數(shù)法對TOPSIS法進(jìn)行改進(jìn)，從而對內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行管理三個階段中的風(fēng)險指標(biāo)項進(jìn)行優(yōu)化排序，以完善風(fēng)險管理機(jī)制；最后，針對內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行過程中可能存在的風(fēng)險，建立完善的風(fēng)險識別與管理機(jī)制，通過風(fēng)險識別與分析、風(fēng)險防控等工作，有效預(yù)防和化解質(zhì)量電網(wǎng)運(yùn)行中的潛在風(fēng)險。

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