基于柔性變電站的交直流配電技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估

耿世平，余 敏，郭曉鵬，牛東曉，許曉敏

(1.華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院, 北京 102206；2．新能源電力與低碳發(fā)展研究中心，北京 102206)

隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)于能源的利用水平越來越高，運(yùn)用能源的方式也逐漸增多，其中電力能源起著重要的作用。在現(xiàn)代社會(huì)生活中，直流負(fù)荷和變頻負(fù)荷大量出現(xiàn)，從日常生活中的日光燈、節(jié)能燈等照明系統(tǒng)到電視機(jī)、路由器等視聽設(shè)備，甚至近幾年新興的電動(dòng)汽車以及充電樁等，都采用直流電力能源[1]。這就使得傳統(tǒng)的交流電無法直接投入使用，必須進(jìn)行電力能源的交直流相互轉(zhuǎn)化。傳統(tǒng)的交流電在相互轉(zhuǎn)化的過程中會(huì)有一部分電能損耗和熱量散發(fā)，由此造成能源的不完全利用。而交直流混合供電方式具有更高的可控性以及電能輸送效率，對(duì)柔性變電站進(jìn)行研究，符合國(guó)家未來配電網(wǎng)的長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)，有助于提高配電網(wǎng)的電能輸送效率，簡(jiǎn)化變電站設(shè)備的種類和數(shù)量。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)基于柔性變電站的交直流配電網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用與推廣，使該項(xiàng)技術(shù)能夠長(zhǎng)期有效地運(yùn)營(yíng)以及可持續(xù)發(fā)展，對(duì)其進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析以及綜合評(píng)價(jià)具有重要意義[2-3]。

目前關(guān)于傳統(tǒng)交、直流配電網(wǎng)綜合效益評(píng)價(jià)研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做出了不同程度的調(diào)查分析，并有相關(guān)文獻(xiàn)針對(duì)交直流配電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)提出了一些有參考價(jià)值的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法。關(guān)于評(píng)價(jià)指標(biāo)，文獻(xiàn)[4]對(duì)直流電源和直流負(fù)荷的布點(diǎn)以及交直流配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計(jì)等方面展開研究，提出了適用于靈活性資源優(yōu)化調(diào)度的實(shí)時(shí)靈活性供需平衡指標(biāo)和適用于調(diào)度/規(guī)劃方案整體靈活性評(píng)估的靈活性指標(biāo)；文獻(xiàn)[5]根據(jù)電壓等級(jí)序列配置的各項(xiàng)原則和約束條件，通過對(duì)其可靠、經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)等性能方面進(jìn)行深度把握，構(gòu)建了具體的電壓等級(jí)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)；文獻(xiàn)[6]針對(duì)直流配電網(wǎng)規(guī)劃的特征和DG接入帶來的不確定性影響，構(gòu)建了計(jì)及網(wǎng)架協(xié)調(diào)性、DG配置合理性的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；文獻(xiàn)[7]分析了交直流混合配電網(wǎng)中影響能效的傳統(tǒng)因子和新型因子，從中壓配電網(wǎng)、配電變壓器、低壓直流配電網(wǎng)和低壓交流配電網(wǎng)4個(gè)方面構(gòu)建了交直流混合配電網(wǎng)能效評(píng)估指標(biāo)體系。

對(duì)于評(píng)價(jià)方法，文獻(xiàn)[8]提出一種配電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)體系，按照規(guī)范性、系統(tǒng)性和可比性原則，利用層次分析法確定評(píng)價(jià)內(nèi)容和建立評(píng)價(jià)體系，并通過應(yīng)用舉例，分析對(duì)比不同地區(qū)配電網(wǎng)發(fā)展情況，驗(yàn)證了該評(píng)價(jià)方法的可行性和有效性；文獻(xiàn)[9]結(jié)合直流配電網(wǎng)的特性以及負(fù)荷特性，建立了新的基于層次結(jié)構(gòu)的交、直流配電網(wǎng)綜合評(píng)估指標(biāo)體系，通過用“5/5-9/1”比例標(biāo)度矩陣取代“1-9”標(biāo)度矩陣，大大提高了權(quán)重的合理性和不一致判斷矩陣的修正速度；文獻(xiàn)[10]充分考慮可再生能源出力隨機(jī)波動(dòng)性和交直流系統(tǒng)協(xié)同調(diào)控特性的影響，基于魯棒優(yōu)化思想對(duì)可再生能源的出力進(jìn)行描述，采用遺傳算法對(duì)不同負(fù)荷水平下的運(yùn)行安全性進(jìn)行判定，為配電網(wǎng)的升級(jí)改造提供參考；文獻(xiàn)[11]提出一種基于云模型與專家置信度的綜合評(píng)價(jià)方法，從專家權(quán)威性和評(píng)價(jià)協(xié)調(diào)性出發(fā)，確定專家置信度，以此可提高評(píng)價(jià)過程中的專家可信度，從而得到更加真實(shí)可靠的評(píng)價(jià)結(jié)果；文獻(xiàn)[12]考慮綜合節(jié)點(diǎn)故障對(duì)系統(tǒng)的影響,構(gòu)建節(jié)點(diǎn)的綜合脆弱性指標(biāo)集，提出綜合加權(quán)熵和逼近理想排序法(technique for order preference similarity to ideal solution，TOPSIS)的節(jié)點(diǎn)脆弱度評(píng)估方法。

基于上述研究可知，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于交直流配電網(wǎng)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)關(guān)注較多，但是目前研究還存在3點(diǎn)問題：①大多研究還是針對(duì)直流配電網(wǎng)的評(píng)價(jià)，對(duì)于交直流互聯(lián)配電網(wǎng)方面的評(píng)價(jià)只有較為片面的可靠性及規(guī)范性；②大多研究主要關(guān)注初始評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建，但是對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)的有效性和冗余性的驗(yàn)證篩選并未進(jìn)行深入研究；③現(xiàn)有的配電網(wǎng)評(píng)價(jià)方法選擇大多采用單一主觀或者客觀評(píng)價(jià)，一方面忽視了決策者偏好的模糊性和不確定性；另一方面沒有充分利用決策中的主客觀信息，使得評(píng)價(jià)結(jié)果可靠性不高。

為解決以上目前研究存在的問題，本文做出以下創(chuàng)新研究。首先，基于交直流配電網(wǎng)技術(shù)運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益3個(gè)維度建立了交直流配電網(wǎng)的初始評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，解決先前研究體系片面性的問題；其次，提出用灰色關(guān)聯(lián)度和灰色關(guān)聯(lián)度聚類分析對(duì)初始指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析篩選，得到較為精簡(jiǎn)有效的交直流配電網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，與傳統(tǒng)的層次分析法及主成分分析法相比，既減少了指標(biāo)選取的主觀性[13]，又保證指標(biāo)信息不重復(fù)；最后，構(gòu)建基于模糊層次分析法和熵權(quán)法相結(jié)合的主客觀綜合權(quán)重確定模型，避免了單一賦權(quán)帶來的不足，并采用灰色關(guān)聯(lián)改進(jìn)的理想解法對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行真實(shí)合理可靠的評(píng)估，通過算例驗(yàn)證模型的可行性，為之后類似項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)提供了參考依據(jù)。

本文的創(chuàng)新性及貢獻(xiàn)如下：

1)提出全面精簡(jiǎn)的交直流配電網(wǎng)的初始評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，豐富了柔性變電站交直流配電技術(shù)綜合評(píng)價(jià)的研究；

2)提出的模糊層次分析法，充分考慮了偏好的模糊性和不確定性，能夠提高結(jié)果的可靠性，通過指標(biāo)排序結(jié)果確定工程中需要關(guān)注的重點(diǎn)；

3)創(chuàng)新性的提出了結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)聚類分析—主客觀綜合賦權(quán)法—改進(jìn)TOPSIS的綜合評(píng)價(jià)方法，具有辨識(shí)度強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

1 基于灰色關(guān)聯(lián)聚類分析的指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 初始評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

依據(jù)系統(tǒng)性、客觀性、科學(xué)性、適用性等原則，構(gòu)建交直流配電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。傳統(tǒng)的交直流配電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)，主要是針對(duì)單一直流或者交流配電網(wǎng)的技術(shù)運(yùn)行方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。但是針對(duì)交直流互聯(lián)配電網(wǎng)方面的評(píng)價(jià)較少，而且主要集中在可靠性、供電能力等方面，對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)方面評(píng)價(jià)較少[14]。鑒于此，本文在傳統(tǒng)交直流配電網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，豐富技術(shù)運(yùn)行方面評(píng)價(jià)，如傳輸效率、配變及線路運(yùn)行特性、分布式能源(distributed generator，DG)接納等，并新增加經(jīng)濟(jì)和社會(huì)方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)，如運(yùn)行成本、投資效率、環(huán)境影響、社會(huì)影響等。

基于上述分析并結(jié)合專家意見，構(gòu)建的交直流配電網(wǎng)初始技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1所示。

表1 交直流配電網(wǎng)初始技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 Comprehensive evaluation index system of initial technical economy for AC / DC distribution network

1.2 灰色關(guān)聯(lián)聚類分析

對(duì)有n個(gè)指標(biāo)、m個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其指標(biāo)為

Xi=(Xi1,Xi2,…,Xin)

(1)

然后根據(jù)指標(biāo)屬性確定參考特征指標(biāo)序列，即基準(zhǔn)序列為

X0=(X01,X02,…,X0n)

(2)

其中選取指標(biāo)值越大，性能越好的效益型指標(biāo)為

X0i=max{Xij},i=1,2,…,m

(3)

選取指標(biāo)值越小性能越好的成本型指標(biāo)為

X0j=min{Xij},i=1,2,…,m

(4)

選取指標(biāo)值在某一區(qū)間內(nèi)性能較好的區(qū)間型指標(biāo)取中間值。將轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，變?yōu)闊o量綱的標(biāo)準(zhǔn)矩陣Xm·n，標(biāo)準(zhǔn)化為

(5)

計(jì)算Xi、Xj間的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξij(k)(i≠j)為

ξij(k)=

(6)

計(jì)算得到關(guān)聯(lián)系數(shù)后，由于數(shù)據(jù)角度，信息較為分散不易于比較，因此將各個(gè)時(shí)刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)求平均值，將信息集中比較。把指標(biāo)Xi，Xj的關(guān)聯(lián)度記為rij，即

(7)

得到對(duì)稱的指標(biāo)關(guān)聯(lián)度矩陣，即

(8)

其中，rii=1，rij=rji。

根據(jù)關(guān)聯(lián)度矩陣進(jìn)行聚類分析，根據(jù)實(shí)際需求取相應(yīng)的閾值r，將閾值r(r>0.5)與關(guān)聯(lián)度矩陣進(jìn)行比較。當(dāng)rij>r時(shí)，則將Xi和Xj歸為一類，最后得出不同的指標(biāo)類。每類指標(biāo)都包含評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的一個(gè)方面，所以在篩選指標(biāo)的時(shí)候根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度對(duì)各類指標(biāo)的重要程度進(jìn)行排序，然后挑選出重要的指標(biāo)，刪去其他指標(biāo)，完成指標(biāo)的篩選，確定最終指標(biāo)體系[15]。

2 指標(biāo)綜合權(quán)重求解

本文在對(duì)交直流配電方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估中，采用主觀模糊層次分析法(fuzzy analytic hierarchy process，F(xiàn)AHP)和客觀熵權(quán)法相結(jié)合的方法計(jì)算權(quán)重，避免了單一主觀或者客觀方法得到的權(quán)重存在片面與局限性的缺點(diǎn)，彌補(bǔ)單一賦權(quán)帶來的不足，實(shí)現(xiàn)了主客觀內(nèi)在統(tǒng)一，評(píng)價(jià)結(jié)果真實(shí)、科學(xué)、可信。最后根據(jù)最小信息融合原理將2種權(quán)重進(jìn)行組合，得到較為真實(shí)合理的綜合權(quán)重。

2.1 模糊層次分析法求解權(quán)重

傳統(tǒng)的層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)確定指標(biāo)權(quán)重主要由評(píng)價(jià)人員對(duì)于評(píng)價(jià)因素主觀直接判斷得到。FAHP及計(jì)算過程AHP是20世紀(jì)70年代由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)T.L.Saaty教授提出的一種定性與定量相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法[16]。FAHP結(jié)合了模糊理論和層次分析法，充分考慮了人進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)的模糊性，避免了面對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)量較大時(shí)，評(píng)價(jià)者可能難以保證判斷思維的連續(xù)與一致性，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果無法通過一致性檢驗(yàn)的結(jié)果。由于FAHP研究較為成熟，其具體求解過程見參考文獻(xiàn)[17]。

2.2 熵權(quán)法求解權(quán)重

在使用熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重的過程中，根據(jù)指標(biāo)所提供的信息量確定每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，如果該指標(biāo)所提供的信息量越大，即信息熵越小，所起的作用就越大，其權(quán)重也越高[18]。其計(jì)算過程如下。

首先計(jì)算樣本的第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值，即

(9)

式中i=1,2,3,…,m;j=1,2,3,…,n;k=1/Inm；pij為在第j項(xiàng)指標(biāo)下的第i中樣本的比重，即

(10)

第j項(xiàng)指標(biāo)的熵權(quán)為

(11)

指標(biāo)的客觀權(quán)重向量為

V=(v1,v2,…,vn)

(12)

2.3 綜合權(quán)重求解

由FAHP和熵權(quán)法分別得到主、客觀權(quán)重向量α、β。為了使綜合權(quán)重ωi盡可能同時(shí)接近αi和βi，而不偏向其中任意一項(xiàng)，依據(jù)最小信息鑒別原理，求解出指標(biāo)的綜合權(quán)重向量為

(13)

3 綜合評(píng)價(jià)決策

本文基于灰色關(guān)聯(lián)改進(jìn)的TOPSIS相對(duì)貼近度法對(duì)各決策方案進(jìn)行打分評(píng)估，傳統(tǒng)的TOPSIS法可較好地體現(xiàn)方案數(shù)據(jù)曲線在位置上的關(guān)系，即依據(jù)各評(píng)價(jià)方案與理想方案距離大小來實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)方案的排序問題。然而在進(jìn)行決策分析時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在保證某個(gè)評(píng)價(jià)方案接近理想解的同時(shí)，無法使其與負(fù)理想解最遠(yuǎn)，而且傳統(tǒng)TOPSIS法不能反映方案數(shù)據(jù)曲線之間的形狀相似關(guān)系。而利用灰色關(guān)聯(lián)則恰恰可解決數(shù)據(jù)曲線集合形狀的相似性，二者結(jié)合起來構(gòu)造出一種反映逼近理想解的新尺度，并作為判斷方案優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)[19]?；诨疑P(guān)聯(lián)改進(jìn)的TOPSIS法的柔性變電站交直流配電綜合評(píng)價(jià)的步驟如下。

1)計(jì)算正負(fù)理想解集。根據(jù)權(quán)重模型對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，由每列最大元組成的向量稱正理想點(diǎn)，即

(14)

由每列最小元組成的向量叫負(fù)理想點(diǎn)，即

(15)

采用歐氏距離計(jì)算各待評(píng)估方案與正、負(fù)理想解的距離分別為

(16)

(17)

由式(16)、(17)可知，d+越大表明評(píng)估方案越優(yōu)，d-則反之。

2)計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)矩陣。分別計(jì)算各待評(píng)估樣本與正理想解和負(fù)理想解的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣，即

(18)

(19)

式(18)、(19)中λ為分辨系數(shù)，一般在[0，1]之間取值，通常取0.5，其作用在于提高關(guān)聯(lián)系數(shù)之間的差異顯著性。

第j個(gè)評(píng)估方案與正負(fù)理想解的灰色關(guān)聯(lián)度分別為

(20)

(21)

3)計(jì)算各方案的相對(duì)接近度。合并灰色關(guān)聯(lián)度和歐氏距離，即

(22)

(23)

計(jì)算待評(píng)估方案的相對(duì)貼近度為

(24)

該貼進(jìn)度以歐氏距離和灰色關(guān)聯(lián)度為基礎(chǔ)，綜合2種方法的集合和物理意義，其反映了各方案與正負(fù)理想方案之間的位置和數(shù)據(jù)曲線的相似性差異，按照貼近度的大小對(duì)方案進(jìn)行排序，貼近度越大，方案越優(yōu)；貼近度越小，方案越劣。

最后一般采用靈敏度來反映評(píng)估結(jié)果中最優(yōu)方案與最劣方案之間的差距，靈敏度越大，表明所選用的評(píng)估方法區(qū)分度越大，評(píng)估方法越優(yōu)，反之較為一般。靈敏度為

(25)

式中 (Cj)max、(Cj)min分別為評(píng)價(jià)結(jié)果中的最優(yōu)方案與最劣方案的評(píng)估值。

4)綜合評(píng)價(jià)流程?；谝陨显u(píng)價(jià)方法與評(píng)價(jià)指標(biāo)，本文所建立的交直流混合配電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)的研究思路為構(gòu)建交直流配電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系→基于灰色關(guān)聯(lián)聚類分析進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選→模糊層次分析法與熵權(quán)法進(jìn)行主客觀賦權(quán)→計(jì)算綜合權(quán)重→基于灰色關(guān)聯(lián)改進(jìn)的TOPSIS評(píng)價(jià)方法進(jìn)行方案評(píng)價(jià)→評(píng)價(jià)結(jié)果分析，具體流程如圖1所示。

圖1 綜合評(píng)價(jià)流程Figure 1 Comprehensive evaluation process

4 算例分析

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

由于缺少直流配電網(wǎng)的實(shí)際工程數(shù)據(jù)，因此本文在參考某地區(qū)配電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過查閱相關(guān)資料，結(jié)合仿真模擬對(duì)該地區(qū)配電網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)改造，改造成基于柔性變電站的交直流互聯(lián)配電網(wǎng)，同時(shí)考慮風(fēng)光等分布式電源的影響，對(duì)改造前后不同的配電網(wǎng)能效水平進(jìn)行評(píng)估[20-21]。本文選取4種情景下的配電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)進(jìn)行比較評(píng)估，分別為情景1：傳統(tǒng)直流配電網(wǎng)；情景2：傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)；情景3：不含風(fēng)電光伏等分布式電源的交直流互聯(lián)配電網(wǎng)；情景4：含風(fēng)電光伏等分布式電源的基于柔性變電站的交直流互聯(lián)配電網(wǎng)。

本文設(shè)置灰色關(guān)聯(lián)度篩選閾值為r=0.9，灰色關(guān)聯(lián)偏好系數(shù)取λ=0.5，對(duì)原始指標(biāo)體系進(jìn)行篩選。在評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取中，定性指標(biāo)采用專家組打分取均值作為該指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)。不同情景下，配電網(wǎng)評(píng)估指標(biāo)實(shí)際參數(shù)如表2所示。

表2 指標(biāo)原始數(shù)據(jù)Table 2 Indicator raw data

4.2 結(jié)果分析

首先對(duì)上述指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，再根據(jù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果，分別按照上面公式，計(jì)算得出指標(biāo)關(guān)聯(lián)度及指標(biāo)篩選結(jié)果、指標(biāo)賦權(quán)結(jié)果、基于改進(jìn)TOPSIS法綜合評(píng)估結(jié)果如下。

1)指標(biāo)篩選結(jié)果。根據(jù)式(5)～(9)，計(jì)算得到不同指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度，將原始評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行重復(fù)指標(biāo)篩選，篩選后的各層級(jí)指標(biāo)如表3所示。

表3 綜合權(quán)重結(jié)果Table 3 Comprehensive weight results

2)指標(biāo)賦權(quán)結(jié)果。首先計(jì)算模糊層次法確定的權(quán)重，得到去模糊化的最終權(quán)重；其次根據(jù)式(9)～(12)，利用熵權(quán)法計(jì)算各指標(biāo)的信息量和權(quán)重，最后計(jì)算綜合權(quán)重結(jié)果如表3所示。

由表4可知，建設(shè)投資、凈現(xiàn)值、補(bǔ)償損耗、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、系統(tǒng)期望缺供電量等指標(biāo)的權(quán)重較大，分別為0.203 5、0.123 5、0.100 8、0.086 7、0.072 1，說明對(duì)于配電網(wǎng)運(yùn)行，一方面關(guān)注經(jīng)濟(jì)效益，另一方面注重運(yùn)行效率問題，減少損耗和維護(hù)費(fèi)用。由表4可知，供電可靠性對(duì)于配電網(wǎng)也比較重要，如系統(tǒng)平均停電頻率、系統(tǒng)平均停電持續(xù)時(shí)間、平均供電可用率權(quán)重也較高。

4.3 綜合評(píng)估結(jié)果

1)基于灰色關(guān)聯(lián)改進(jìn)TOPSIS評(píng)估結(jié)果?；诤Y選得到的指標(biāo)體系以及指標(biāo)權(quán)重，根據(jù)式(14)～(24)，利用灰色關(guān)聯(lián)改進(jìn)的TOPSIS法對(duì)4種情景下的配電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)估，取偏好系數(shù)α=β=0.5，得到4種情景的相對(duì)貼近度結(jié)果如表5所示。

由表5可知，在目前的經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平下，現(xiàn)有的4種情景配電網(wǎng)方案中，含風(fēng)電光伏等分布式電源的基于柔性變電站的交直流互聯(lián)配電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)，傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)效益次之，而當(dāng)前的直流配電網(wǎng)效益較低，還存在可以改進(jìn)的空間。通過情景3與情景4對(duì)比來看，風(fēng)光等分布式電源對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行有較大的影響，主要表現(xiàn)在基于風(fēng)電和光伏協(xié)同接入配電網(wǎng)中，使得配電網(wǎng)在降損、可靠性和供電能力等指標(biāo)上有較大的優(yōu)勢(shì)。

表5 相對(duì)貼近度結(jié)果Table 5 Relative closeness results

2)情景方案對(duì)比?；诒?的評(píng)估結(jié)果，對(duì)不同情景下配電網(wǎng)方案的準(zhǔn)則層進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算結(jié)果如圖2所示，圖中1～7評(píng)價(jià)方面依次為供電可靠性、系統(tǒng)適應(yīng)性、傳輸效率、配變及線路運(yùn)行特性、運(yùn)行成本、投資效率、社會(huì)與環(huán)境影響。雷達(dá)圖從內(nèi)至外的指標(biāo)值依次為50、60、70、80、90、100。

圖2 各情景評(píng)估結(jié)果Figure 2 Evaluation results of each scenario

由圖2可知，在當(dāng)前的技術(shù)水平下，情景4在供電可靠性、系統(tǒng)適應(yīng)性、傳輸效率、配變和線路運(yùn)行特性以及投資效率方面，相比其他3種情景配電網(wǎng)有較大的優(yōu)勢(shì)。情景3由于缺少風(fēng)光等分布式電源的接入，在供電可靠性方面存在劣勢(shì)。情景2相比其他情景評(píng)價(jià)結(jié)果較為適中。情景1在供電可靠性，傳輸效率和運(yùn)行成本方面評(píng)價(jià)得分較低，主要原因是一方面現(xiàn)階段的換流器等電力設(shè)備造價(jià)成本高，設(shè)備故障率大；另一方面，由于現(xiàn)階段高壓配電網(wǎng)和負(fù)荷大多是交流形式，直流配電網(wǎng)在傳輸效率和適應(yīng)性方面存在一定的不足。

3)不同評(píng)估方法對(duì)比。為了進(jìn)一步說明本文所提方法的合理性與靈活性，本文分別采用基于層次分析法、模糊層次分析法、熵權(quán)法、綜合賦權(quán)與傳統(tǒng)TOPSIS評(píng)價(jià)方法以及本文所提方法對(duì)4種情景進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同評(píng)估方法評(píng)估值對(duì)比結(jié)果Figure 3 Comparison results of different evaluation methods

由圖3可知，幾種評(píng)估方法的直觀評(píng)估結(jié)果，其中層次分析法和模糊層次分析法評(píng)價(jià)結(jié)果值都為情景2優(yōu)于情景1優(yōu)于情景3優(yōu)于情景4，主要是因?yàn)檫@2種方法指標(biāo)權(quán)重受評(píng)價(jià)者的主觀性影響較大，而一般評(píng)價(jià)者在決策中更加注重評(píng)價(jià)方案的經(jīng)濟(jì)因素。另外，雖然兩者評(píng)價(jià)結(jié)果相同，但模糊層次分析法評(píng)估結(jié)果的靈敏度為62.57%，優(yōu)于層次分析法的50.14%。此外單獨(dú)的熵權(quán)法評(píng)估結(jié)果值為情景4優(yōu)于情景3優(yōu)于情景2優(yōu)于情景1，這是由于純客觀權(quán)重法忽略了專家評(píng)價(jià)意見在決策中的重要性，導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果出現(xiàn)偏差。最后從圖3中可知，采用綜合賦權(quán)的傳統(tǒng)TOPSIS評(píng)價(jià)方法評(píng)估結(jié)果與本文所用的基于綜合權(quán)重改進(jìn)TOPSIS評(píng)價(jià)方法評(píng)估結(jié)果一致，通過計(jì)算兩者評(píng)估結(jié)果靈敏度，前者為45.32%，后者為87.5%，即本文方法有明顯優(yōu)勢(shì)，辨識(shí)度更大，更能體現(xiàn)各方案的優(yōu)劣。

總體來說，當(dāng)前階段該地區(qū)4種配電網(wǎng)情景下，基于柔性變電站的交直流互聯(lián)配電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)于交流配電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)于直流配電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。但是需要注意的是，目前配電網(wǎng)技術(shù)正在快速發(fā)展階段，除了需要評(píng)估當(dāng)前技術(shù)水平下的各情景技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，還需要對(duì)未來電力需求、城市規(guī)劃等方面做出預(yù)測(cè)評(píng)估。

5 結(jié)語

本文為探究新型技術(shù)—基于柔性變電站的交直流互聯(lián)配電網(wǎng)與傳統(tǒng)交、直流配電網(wǎng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估問題，首先構(gòu)建了交直流電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并基于灰色關(guān)聯(lián)聚類分析對(duì)初始指標(biāo)體系進(jìn)行分析篩選，避免指標(biāo)評(píng)價(jià)出現(xiàn)影響不顯著與指標(biāo)信息冗余的問題；然后提出了模糊層次分析法和熵權(quán)法主客觀綜合賦權(quán)，使得指標(biāo)權(quán)重更加合理；最后基于灰色關(guān)聯(lián)改進(jìn)的TOPSIS法對(duì)4種情景下的配電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行綜合評(píng)估，主要結(jié)論如下。

1)綜合考慮配電網(wǎng)運(yùn)行的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等方面，構(gòu)建了包含供電可靠性、系統(tǒng)適應(yīng)性、傳輸效率、配變及線路運(yùn)行特性、運(yùn)行成本、投資效率、社會(huì)與環(huán)境影響較為全面的交直流配電網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2)本文所使用的基于灰色關(guān)聯(lián)聚類分析的指標(biāo)篩選模型能夠有效地提煉關(guān)鍵性指標(biāo)，降低指標(biāo)間的重復(fù)性。

3)采用模糊層次分析法和熵權(quán)法相結(jié)合求取指標(biāo)的綜合權(quán)重，不僅考慮了決策者偏好的模糊性，而且充分利用了指標(biāo)客觀信息，用以降低了決策者的主觀性，使得最后評(píng)價(jià)結(jié)果更加符合實(shí)際情況。

4)根據(jù)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，含風(fēng)電光伏等分布式電源的基于柔性變電站的交直流互聯(lián)配電網(wǎng)在供電可靠性、系統(tǒng)適應(yīng)性、傳輸效率、配變和線路運(yùn)行特性以及投資效率方面相比于傳統(tǒng)交、直流配電網(wǎng)有較大的優(yōu)勢(shì)，能夠創(chuàng)造更大的價(jià)值。