含新能源藏中地區(qū)電網(wǎng)電能質(zhì)量評估方法

李朝霞，朗瓊，蔣曉艷，崔崇雨

（1.西藏農(nóng)牧學(xué)院，西藏林芝 860000；2.國網(wǎng)西藏電力有限公司拉薩供電公司，西藏拉薩 850000）

含新能源藏中地區(qū)電網(wǎng)電能質(zhì)量評估方法

李朝霞1，朗瓊2，蔣曉艷1，崔崇雨1

（1.西藏農(nóng)牧學(xué)院，西藏林芝 860000；2.國網(wǎng)西藏電力有限公司拉薩供電公司，西藏拉薩 850000）

隨著新能源發(fā)電在藏中電網(wǎng)所占比例日益增加，由此帶來電網(wǎng)電壓、頻率、諧波等電能質(zhì)量問題突出。采用G1法確定權(quán)重，模糊方法進(jìn)行多層次綜合評價，按照某電壓等級某條母線、某變電站、地區(qū)各變電站、整個電網(wǎng)的順序進(jìn)行評估，以獲得地區(qū)電網(wǎng)電能質(zhì)量的綜合評估結(jié)果。得到包括技術(shù)性、可靠性及服務(wù)性3大類共9個單項(xiàng)指標(biāo)的含新能源電能質(zhì)量評估指標(biāo)體系，定義指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)，并對藏中局部電網(wǎng)進(jìn)行了評估。結(jié)果表明，含新能源藏中地區(qū)電網(wǎng)電能質(zhì)量評價結(jié)果為中等?？蔀楹行履茉床刂须娋W(wǎng)電能質(zhì)量的評估提供一定的參考價值。

藏中電網(wǎng)；電能質(zhì)量；評估體系；綜合評估

隨著用戶對電能質(zhì)量要求的提高，許多國家都根據(jù)自身的特點(diǎn)制定了一系列的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)均是針對單個指標(biāo)而言，事實(shí)上電能質(zhì)量是一個包括多個指標(biāo)的綜合體，需綜合評估才能真實(shí)反映實(shí)際情況。許多學(xué)者分別采用模糊數(shù)學(xué)[1]、灰色理論[2]、概率統(tǒng)計(jì)[3]、分布式樸素貝葉斯分類方法[4]等對電能質(zhì)量進(jìn)行綜合評估，存在的問題主要是針對某一電壓等級電能質(zhì)量進(jìn)行綜合評價。文獻(xiàn)[5]提出的地區(qū)電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評估方法可以較好地體現(xiàn)整個地區(qū)電能質(zhì)量狀況。本文考慮在西藏藏中電網(wǎng)新能源所占比例較大且有大規(guī)模增加趨勢的前提下，含有新能源的地區(qū)電網(wǎng)電能質(zhì)量的綜合評價問題。

1 藏中電網(wǎng)概況

西藏中部電網(wǎng)（簡稱藏中電網(wǎng)）包括拉薩地區(qū)、林芝地區(qū)、日喀則地區(qū)、山南地區(qū)和那曲地區(qū)共5個供電分區(qū)，通過青藏直流使藏中電網(wǎng)與青海電網(wǎng)相連。藏中電網(wǎng)以拉薩地區(qū)電網(wǎng)為中心，林芝、日喀則、那曲和山南電網(wǎng)呈輻射狀與其連接，拉薩地區(qū)電網(wǎng)自2011年底已經(jīng)形成220 kV/110 kV雙環(huán)網(wǎng)運(yùn)行。林芝地區(qū)電網(wǎng)通過老虎嘴—曲哥220 kV單聯(lián)絡(luò)線與藏中主網(wǎng)相連，日喀則地區(qū)電網(wǎng)通過多林—乃瓊220 kV單回線和江孜—羊湖110 kV單回線路與主網(wǎng)連接，山南和那曲地區(qū)電網(wǎng)則分別通過2條110 kV單回線路接入拉薩地區(qū)電網(wǎng)。同時，2015年底藏中電網(wǎng)已并網(wǎng)運(yùn)行的光伏電站容量共計(jì)160 MW，占全網(wǎng)總裝機(jī)的11%。

目前，青藏直流的投運(yùn)、光伏并網(wǎng)發(fā)電使藏中電網(wǎng)主要存在以下問題[6-8]：“大機(jī)小網(wǎng)”的問題嚴(yán)峻，單機(jī)出力在全網(wǎng)功率占比高，當(dāng)機(jī)組跳閘時，電網(wǎng)存在頻率穩(wěn)定問題；主力電源距離負(fù)荷中心均比較遠(yuǎn)，負(fù)荷中心電源支撐較弱，大規(guī)模光伏接入后電網(wǎng)電壓穩(wěn)定問題突出，藏中電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定問題將制約大規(guī)模光伏接入能力；隨著光伏容量未來大量接入，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行策略帶來一定影響；直流大容量的饋入，增大了220 kV環(huán)網(wǎng)下網(wǎng)潮流壓力，電網(wǎng)電壓穩(wěn)定問題突出。在這些問題存在的前提下，如何正確、客觀評價藏中電網(wǎng)電能質(zhì)量是必須面對的問題。

2 光伏并網(wǎng)發(fā)電對電能質(zhì)量的影響

光伏電站采用電力電子裝置實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，由此產(chǎn)生電壓、電流波形畸變，引起諧波污染，同時電網(wǎng)不對稱故障產(chǎn)生的負(fù)序電壓以及電網(wǎng)自身的電壓諧波，與新能源發(fā)電站變流器相互作用，將導(dǎo)致變流器產(chǎn)生附加諧波電流[9]；光伏發(fā)電啟動和停運(yùn)的不規(guī)則性，容易引起其功率輸出波動并導(dǎo)致電壓波動、閃變[10]。文獻(xiàn)[9]提出，若新能源發(fā)電接入電網(wǎng)所占比例較大，新能源發(fā)電站的功率波動性將使線路的負(fù)荷潮流也極易波動且變化較大，加大電網(wǎng)正常運(yùn)行時的電壓調(diào)整難度；當(dāng)新能源發(fā)電站的發(fā)電容量占電網(wǎng)內(nèi)總發(fā)電量比例逐步增大后，由于新能源發(fā)電機(jī)組出力具有一定的隨機(jī)性，可能導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)的頻率時常出現(xiàn)波動。藏中電網(wǎng)本身頻率、電壓問題較突出，光伏發(fā)電過重情況下電網(wǎng)發(fā)生故障后，光伏出力的波動性將擴(kuò)大事故范圍。光伏不具備調(diào)頻能力，出力占比較大時，將降低藏中電網(wǎng)自身的調(diào)頻能力，加劇電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定問題。目前藏中電網(wǎng)光伏接入地點(diǎn)較集中，主要分布在山南和日喀則，若集中接入點(diǎn)發(fā)生故障或局部地區(qū)日照突變，將對電網(wǎng)的頻率和電壓造成較大沖擊。由此可見，光伏并網(wǎng)發(fā)電對電網(wǎng)電能質(zhì)量將會帶來較大的影響。

3 含新能源藏中電網(wǎng)電能質(zhì)量評估體系

3.1 電能質(zhì)量評估指標(biāo)的選定與分級

我國電能質(zhì)量的國家標(biāo)準(zhǔn)主要包括供電電壓允許偏差、電壓波動和閃變、公用電網(wǎng)諧波、三相電壓允許不平衡度、電力系統(tǒng)頻率允許偏差以及暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓，本文構(gòu)建的電能質(zhì)量評估體系也指標(biāo)為主。由于藏中電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱穩(wěn)定問題較為突出，枯水季節(jié)電站出力減少時常出現(xiàn)停電情況，因此評價指標(biāo)體系中考慮可靠性指標(biāo)，如系統(tǒng)平均供電可用率。同時還包括一些用戶對電價、對供電部門滿意程度等服務(wù)性指標(biāo)。圖1為電能質(zhì)量評價指標(biāo)體系。

圖1 含新能源電能質(zhì)量評估指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation index system of power quality containing new energy

可靠性與服務(wù)型指標(biāo)中，系統(tǒng)平均供電可用率指1 a中用戶獲得不停電時間總數(shù)與用戶要求的總供電時間之比；用戶對電價滿意程度和對供電部門服務(wù)滿意程度指標(biāo)值以百分?jǐn)?shù)表示，通過調(diào)查問卷等形式獲得。

3.2 指標(biāo)的分級

本文將含新能源電能質(zhì)量各單項(xiàng)指標(biāo)分為7級，其中1～5級對應(yīng)電能質(zhì)量合格時的情況即特優(yōu)、優(yōu)、良、中、合格，6級、7級分別對應(yīng)電能質(zhì)量不合格和電能質(zhì)量嚴(yán)重不合格。具體劃分方式為：將電能質(zhì)量單項(xiàng)指標(biāo)分別在變化范圍內(nèi)平均分為4個等級，為質(zhì)量合格時的等級劃分；對不合格時的電能質(zhì)量單項(xiàng)指標(biāo)劃分為2級，跨度為合格時跨度的2倍[4]。這樣的等級劃分有利于在質(zhì)量合格時精細(xì)考察質(zhì)量情況，而在質(zhì)量不合格時大范圍考察質(zhì)量情況。從1～7級，電能質(zhì)量情況逐級下降?？紤]藏中電網(wǎng)光伏電站主要接入電壓等級為35 kV和110 kV，將電能質(zhì)量的各單項(xiàng)指標(biāo)限值進(jìn)行分級（考慮到暫時和瞬態(tài)過電壓不易測量未考慮該指標(biāo)），其分級結(jié)果如表1和表2所示。

表1 電能質(zhì)量指標(biāo)及分級標(biāo)準(zhǔn)（35 kV）Tab.1 Indexes of power quality and the grade standards（35 kV） %

表2 電能質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)（110 kV）Tab.2 Indexes of power quality and the grade standards（110 kV） %

4 電能質(zhì)量綜合評估

4.1 地區(qū)電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評估方法流程

由于電能質(zhì)量包含多個指標(biāo)，單純地依據(jù)單項(xiàng)指標(biāo)判斷存在一定的缺陷，對電能質(zhì)量的評判應(yīng)是綜合的評價?？紤]到電網(wǎng)總有不同的電壓等級的不同變電站構(gòu)成，同時新能源的接入點(diǎn)也分布在不同的變電站，因此只有對某一地區(qū)電網(wǎng)不同電壓等級進(jìn)行綜合評估，才能考察整個地區(qū)電網(wǎng)總體的電能質(zhì)量情況。評估流程為首先對某變電站各電壓等級母線進(jìn)行電能質(zhì)量綜合評估；然后對供電分區(qū)各變電站、各電壓等級進(jìn)行電能質(zhì)量綜合評估；再次綜合各電壓等級的評估結(jié)果，對整個供電分區(qū)的電能質(zhì)量進(jìn)行綜合評估；最后對整個電網(wǎng)進(jìn)行綜合評估，從而可以得到整個電網(wǎng)各個層面的電能質(zhì)量綜合評估結(jié)果。

藏中電網(wǎng)有5個供電分區(qū)，假設(shè)每個分區(qū)有m個變電站，每個變電站有110 kV、35 kV 2個電壓等級，則藏中電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評估流程圖如圖2所示。

4.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

傳統(tǒng)的層次分析法（AHP）在確定指標(biāo)主觀權(quán)重時需要進(jìn)行n（n-1）/2次兩兩比較（n為指標(biāo)個數(shù)），而且還需進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，G1法是對AHP法進(jìn)行改進(jìn)的一種方法，無需構(gòu)造判斷矩陣，不需進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，簡化了計(jì)算過程。通過專家對所選指標(biāo)的重要性進(jìn)行排序，給出相鄰指標(biāo)的重要程度之比，先求出最次要的指標(biāo)的權(quán)重，再遞歸依次求得剩下指標(biāo)的主觀權(quán)重A。

4.3 評估模型

模糊方法是一種處理模糊信息的有效工具，正好可以用于一些電能指標(biāo)對問題描述的模糊性。其過程是首先要確定判斷對象的因素集，即由電能質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成集合；其次要確定電能質(zhì)量的判斷集，即將電能質(zhì)量分成分為特優(yōu)、優(yōu)、良、中、合格、不合格、嚴(yán)重不合格7個等級；最后確定每項(xiàng)指標(biāo)對應(yīng)于各個等級的隸屬函數(shù)，將各項(xiàng)指標(biāo)模糊化。

圖2 電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合評估流程圖Fig.2 Flow chart of comprehensive evaluation of power quality

1）指標(biāo)對應(yīng)為優(yōu)、良、中、合格等級的隸屬度函數(shù)為[1]：

式中：ΔX為某項(xiàng)已確定的指標(biāo)；X1、X2根據(jù)指標(biāo)等級視情況而定。

2）指標(biāo)對應(yīng)為良、合格、中質(zhì)量等級的隸屬度函數(shù)為：

其中X1、X2、X3、X4根據(jù)指標(biāo)等級視情況而定。

3）指標(biāo)對應(yīng)為不合格質(zhì)量等級的隸屬度函數(shù)為：

其中X5、X6根據(jù)指標(biāo)等級視情況而定。

4）對應(yīng)可靠性指標(biāo)的隸屬度函數(shù)為[11]：

5）對應(yīng)服務(wù)性指標(biāo)。通過專家組打分、用戶調(diào)查、用戶反饋等方式來獲得隸屬度函數(shù)，最后組織專家打分以考核服務(wù)性指標(biāo)的良好程度[11]。如針對用戶對供電部門服務(wù)滿意程度指標(biāo)，一共調(diào)查了100戶，認(rèn)為“特優(yōu)”“優(yōu)”“良”“中”“合格”“不合格”“嚴(yán)重不合格”所占百分?jǐn)?shù)可作為其隸屬度。

4.4 評價步驟

評價的過程按照某電壓等級某條母線評估、某變電站電能質(zhì)量綜合評估、供電分區(qū)電能質(zhì)量綜合評估及地區(qū)電能質(zhì)量綜合評估依次進(jìn)行。

4.4.1 某電壓等級某條母線評估

1）對某電壓等級電能質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，求得各指標(biāo)的變化量。

2）計(jì)算出各評價指標(biāo)的主、客觀權(quán)重及組合權(quán)重W。

3）對評價指標(biāo)相對于各質(zhì)量等級進(jìn)行模糊化處理，得隸屬度矩陣μ。

4）計(jì)算評估點(diǎn)電能質(zhì)量總體狀況相對于各質(zhì)量等級模糊子集的隸屬程度：B=Wμ。

5）對特優(yōu)、優(yōu)、良、中、合格、不合格、嚴(yán)重不合格7個質(zhì)量等級依次賦以分值7、6、5、4、3、2、1，分值由高到低表示電能質(zhì)量由好到差，最后采用加權(quán)平均得到評估點(diǎn)的電能質(zhì)量評估結(jié)果。計(jì)算公式為：

4.4.2 地區(qū)電能質(zhì)量綜合評估

依次進(jìn)行某供電分區(qū)某變電站電能質(zhì)量評估，再供電分區(qū)電能質(zhì)量綜合評估，最后地區(qū)電能質(zhì)量綜合評估的順序進(jìn)行評價，評價方法同某電壓等級某條母線評估方法。

5 西藏某區(qū)域電能質(zhì)量評估

以藏中電網(wǎng)為例評價，首先評價接入新能源的羊八井變電站和赤康變電站，再評價區(qū)域電能質(zhì)量。

5.1 西藏羊八井變電站

羊八井變電站共有10 kV、35 kV、110 kV 3個電壓等級，按照先分別評價不同電壓等級的電能質(zhì)量，再綜合評價升壓站電能質(zhì)量的順序進(jìn)行評價。

10 kV母線評價結(jié)果介于中等和合格之間，更接近合格，故該點(diǎn)電能質(zhì)量評價為合格。35 kV母線評價結(jié)果介于中等和良之間更接近中等，故該點(diǎn)電能質(zhì)量評價為中等。110 kV母線評價結(jié)果介于中等和良之間，更接近中等，故該點(diǎn)電能質(zhì)量評價為中等。

表3 羊八井變電站各母線電能質(zhì)量評價結(jié)果Tab.3 Evaluation results of the power quality on buses of Yambajan substation

同樣方法確定該變電站評價結(jié)果為3.97，結(jié)果介于中等和合格之間，更接近中等，所以該變電站電能質(zhì)量綜合評價為中等。

5.2 赤康變電站

赤康變電站共有10 kV、35 kV、110 kV 3個電壓等級，評價結(jié)果見表4。

表4 赤康變電站各母線電能質(zhì)量評價結(jié)果Tab.4 Evaluation results of the power quality on buses of Chikang substation

該變電站3個電壓等級母線10 kV綜合評價為良，其余均為中等。確定該變電站評價結(jié)果為4.53，更接近良，所以評定為良。

5.3 區(qū)域電能質(zhì)量評價

以2個接入光伏電站較多的變電站來評價地區(qū)電網(wǎng)的電能質(zhì)量，羊八井光伏電站供電用戶要多于赤康變電站，赤康變電站接入的光伏電站數(shù)量遠(yuǎn)多于羊八井，考慮到光伏電站接入電力系統(tǒng)產(chǎn)生的電能質(zhì)量問題對電網(wǎng)的影響更大，因此二者的序關(guān)系和取值為：赤康變電站＞羊八井變電站，r2=1.4，由此得到地區(qū)綜合電能質(zhì)量評價值為4.30，介于中等和良之間，更接近于中等。

6 結(jié)語

在考慮到藏中電網(wǎng)新能源發(fā)電所占比例較大的前提下，選擇新能源接入供電電壓偏差、電壓波動和閃變、諧波、頻率偏差、不平衡度和暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓作為電能質(zhì)量單項(xiàng)指標(biāo)，同時考慮用戶對電價、供電部門的滿意程度及系統(tǒng)平均供電可用率等指標(biāo)，構(gòu)建含新能源電能質(zhì)量評估指標(biāo)體系。采用分層次評估的方法對地區(qū)電能質(zhì)量進(jìn)行評估，得到羊八井變電站評價結(jié)果為中等、赤康變電站評價結(jié)果為良，區(qū)域電能質(zhì)量為中等，可以為含有新能源藏中電網(wǎng)電能質(zhì)量的評估提供一定的參考價值。

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An Effective Method to Assess the Power Quality of Central Tibet Power Grid Containing New Energy

LI Zhaoxia1，LANG Qiong2，JIANG Xiaoyan1，CUI Chongyu1
（1.Xizang Agriculture and Animal Husbandry College，Linzhi 860000，Tibet，China；2.Lhasa Power Supply Company of State Grid Tibet Electric Power Co.，Ltd.，Lhasa 850000，Tibet，China）

With new energy accounting for an increasing percentage of the electricity produced in central Tibet，the problems of the power quality such as voltage，frequency，harmonics become prominent.The assessment procedures proposed in this paper start with determining weight by G1method，and then to obtain results through FAHP（Fuzzy Analytical Hierarchy Process）following the order of evaluating a bus，a substation，and the substations of areas and the power grid based on a given voltage.The assessment of a part of central Tibet power grid is assessed based on the new power quality evaluation index system consisting of three categories（technical，reliability，and service），each of which includes three single items（totaling nine items）.The standard of index classification is also determined accordingly.The results show that the power quality of electricity produced by new energy in central Tibet is medium.The findings can serve as references for further assessment of power quality in this area.

Central Tibet Power Grid；power quality；evaluation system；comprehensive evaluation

2016-03-29。

李朝霞（1969—），女，博士，教授，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)安全運(yùn)行與控制。

（編輯 董小兵）

國家自然基金應(yīng)急項(xiàng)目資助（51541711）；自治區(qū)教育廳高校電氣工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助。

Project Supported by Emergency Aid Program of the National Natural Science Foundation of China（NSFC）（51541711）；Key Laboratory Program of Electrical Engineering for Universities of the Education Department of Tibet Autonomous Region.

1674-3814（2016）11-0139-06

TM71

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