配電網(wǎng)中儲(chǔ)能系統(tǒng)的多維價(jià)值評(píng)估及應(yīng)用

姚 艷，吳紅斌，林 達(dá)，汪湘晉

（1.新能源利用與節(jié)能安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（合肥工業(yè)大學(xué)），合肥 230009；2.國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

0 引言

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建以及綠色低碳的發(fā)展需求，以風(fēng)電、光伏為代表的可再生能源飛速發(fā)展，同時(shí)也對(duì)電力系統(tǒng)的規(guī)劃與運(yùn)行提出了更高的要求。儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景，就配電網(wǎng)而言，可以靈活配置在配電網(wǎng)的DG（分布式電源）側(cè)、線路側(cè)和負(fù)荷側(cè)以滿足系統(tǒng)多樣化的應(yīng)用需求，如延緩配電網(wǎng)升級(jí)投資、改善電壓水平、降低網(wǎng)損成本、低儲(chǔ)高發(fā)套利和提高節(jié)煤低碳效益等［1-2］。儲(chǔ)能配置的接入點(diǎn)、功率和容量的不同，其帶來的系統(tǒng)價(jià)值也不同。因此，全面科學(xué)地評(píng)估儲(chǔ)能系統(tǒng)，對(duì)于促進(jìn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的大力發(fā)展和應(yīng)用、保障配電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行并預(yù)防薄弱環(huán)節(jié)具有重要意義［3］。

針對(duì)配電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值評(píng)估問題，國內(nèi)外已有相關(guān)研究。文獻(xiàn)［4］以投資成本、壽命、凈現(xiàn)值、投資回收周期等構(gòu)建指標(biāo)體系，并根據(jù)儲(chǔ)能投資者的不同關(guān)注點(diǎn)進(jìn)行指標(biāo)賦權(quán)；文獻(xiàn)［5］建立考慮多利益主體的分層儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合評(píng)估指標(biāo)體系，并提出基于AHP（層次分析法）和改進(jìn)逼進(jìn)理想解法的判定方法，計(jì)算綜合評(píng)價(jià)結(jié)果；文獻(xiàn)［6］針對(duì)用戶儲(chǔ)能系統(tǒng)配置方案評(píng)估決策問題，構(gòu)建評(píng)估指標(biāo)集并采用灰色-關(guān)聯(lián)粗糙集方法進(jìn)行指標(biāo)篩選，提出基于改進(jìn)三角模糊多準(zhǔn)則妥協(xié)解排序法對(duì)配置方案進(jìn)行評(píng)估排序；文獻(xiàn)［7］分析儲(chǔ)能技術(shù)性能、壽命周期內(nèi)年效益、壽命周期內(nèi)年成本和集成度，構(gòu)建儲(chǔ)能的實(shí)用性評(píng)價(jià)模型，分別開展不同準(zhǔn)則的獨(dú)立評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)；文獻(xiàn)［8］提出系統(tǒng)價(jià)值評(píng)估方法，建立了儲(chǔ)能同時(shí)應(yīng)用在削峰填谷、平滑可再生能源和提高供電可靠性的多重價(jià)值評(píng)估模型。

然而，現(xiàn)有的儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合評(píng)估指標(biāo)體系較為單薄，隨著儲(chǔ)能服務(wù)形式的多樣化，傳統(tǒng)價(jià)值評(píng)估方法的靈活應(yīng)用受到一定的制約和挑戰(zhàn)。為全面評(píng)估配電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值，在常規(guī)的考慮各應(yīng)用場(chǎng)景下經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)基礎(chǔ)上，本文計(jì)及儲(chǔ)能系統(tǒng)投運(yùn)配電網(wǎng)參與不同應(yīng)用層面產(chǎn)生的附加效益：考慮供電可靠度和用電滿意度，提出衡量可靠性效益的相關(guān)指標(biāo)；考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)生的節(jié)煤效益和低碳效益，提出考量配電網(wǎng)環(huán)保性效益的相關(guān)指標(biāo)。綜上，本文提出一種基于多維價(jià)值的配電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值評(píng)估方法。通過分析儲(chǔ)能的不同應(yīng)用以及復(fù)合價(jià)值，在經(jīng)濟(jì)性維度、可靠性維度和環(huán)保性維度，全面選取預(yù)選指標(biāo)，健全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；利用變異特性，采用事件觸發(fā)機(jī)制進(jìn)行無效指標(biāo)篩選；基于協(xié)同耦合度，采用容量耦合模型篩選冗余指標(biāo)，形成指標(biāo)體系；采用基于直覺模糊理論的變權(quán)層次分析法對(duì)指標(biāo)體系中各層指標(biāo)賦權(quán)，進(jìn)一步確定各指標(biāo)的綜合權(quán)重系數(shù)，根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)值對(duì)儲(chǔ)能配置方案組進(jìn)行優(yōu)劣排序并評(píng)選出最優(yōu)配置方案。

1 基于多維價(jià)值的預(yù)選指標(biāo)體系構(gòu)建

考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的不同應(yīng)用及其復(fù)合價(jià)值，根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)延緩配電網(wǎng)升級(jí)投資、改善電壓水平、降低網(wǎng)損成本、低儲(chǔ)高發(fā)以及提高節(jié)煤低碳效益等作用，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保性三個(gè)維度，選取39 個(gè)預(yù)選指標(biāo)并根據(jù)指標(biāo)間的相互聯(lián)系將其分組分層，生成預(yù)選指標(biāo)體系，如圖1所示。

圖1 預(yù)選指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)模型

1.1 經(jīng)濟(jì)性維度

為獲得更符合實(shí)際需求和長(zhǎng)期規(guī)劃效益的儲(chǔ)能配置方案，計(jì)及限制因子計(jì)算儲(chǔ)能投資和運(yùn)維成本，并利用動(dòng)態(tài)投資回收周期作為儲(chǔ)能接入配電網(wǎng)后價(jià)值回收年限的依據(jù)。本文計(jì)及儲(chǔ)能接入配電網(wǎng)對(duì)多方利益主體產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值：用于平滑可再生能源出力波動(dòng)［9］，減少功率變化越限的考核罰款［10］；在峰谷電價(jià)下通過低儲(chǔ)高發(fā)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷側(cè)經(jīng)濟(jì)效益；通過削峰填谷平緩負(fù)荷曲線，減少網(wǎng)損成本［11］；替代常規(guī)火電機(jī)組，為DG 并網(wǎng)運(yùn)行提供備用容量；利用儲(chǔ)能技術(shù)改善電能利用效率?；谝陨戏治?，根據(jù)儲(chǔ)能投運(yùn)的成本指標(biāo)、時(shí)間指標(biāo)以及收益指標(biāo)，在經(jīng)濟(jì)性維度選取3個(gè)一級(jí)指標(biāo)、4個(gè)二級(jí)指標(biāo)、8個(gè)三級(jí)指標(biāo)。

1.1.1 成本指標(biāo)

指標(biāo)1：儲(chǔ)能單位發(fā)電量成本SAW。

式中：P和E分別為儲(chǔ)能配置功率和容量；Pt為時(shí)段t（以Δt=1 h 為1 個(gè)時(shí)段，全年按365 日計(jì)，共8 760 個(gè)時(shí)段；下標(biāo)中的t表示時(shí)段t，下同）儲(chǔ)能充放電功率和容量；r為儲(chǔ)能項(xiàng)目投資收益率，取8%；N為儲(chǔ)能使用年限；CP、CE、Cm分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)單位功率投運(yùn)成本、單位容量投運(yùn)成本、單位容量年維護(hù)費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)系數(shù)。

1.1.2 時(shí)間指標(biāo)

指標(biāo)2：儲(chǔ)能動(dòng)態(tài)投資回收周期Ty。

式中：Sy、SE、Sm分別為第y年配電網(wǎng)系統(tǒng)收益、投資成本、年運(yùn)行維護(hù)成本；ρ為銀行年利率。

1.1.3 收益指標(biāo)

指標(biāo)3—7：多應(yīng)用各利益主體投資回報(bào)率，包括DG、負(fù)荷、電網(wǎng)、電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資回報(bào)率KDG、Kload、Kgrid、KG、KESS。

指標(biāo)8—10：配電網(wǎng)電能利用價(jià)值，包括電能溢出率REO、負(fù)荷缺供率RLS、電能利用率REU。

式中：PG，t為配電網(wǎng)供電功率。

1.2 可靠性維度

配電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)可作為應(yīng)急電源滿足負(fù)荷持續(xù)供電的需求，在一定程度上減少由停電故障造成的經(jīng)濟(jì)損失，保障用戶用電滿意度。提供安全可靠的供電是提升用電滿意度的基礎(chǔ)，需要在保障配電網(wǎng)可靠供電能力的同時(shí)提高電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行水平［12］。因此，本文計(jì)及儲(chǔ)能參與平滑可再生能源應(yīng)用產(chǎn)生的附加效益，如提高配電網(wǎng)供電能力效益和平抑系統(tǒng)功率波動(dòng)效益［13］。基于以上分析，根據(jù)用電滿意度指標(biāo)和供電可靠度指標(biāo)，從可靠性維度選取2 個(gè)一級(jí)指標(biāo)、4 個(gè)二級(jí)指標(biāo)、6 個(gè)三級(jí)指標(biāo)。

1.2.1 用電滿意度指標(biāo)

指標(biāo)11 和12：用電缺供損失SESL和缺供補(bǔ)償SESC。

式中：RIEA為配電站所供重要用戶的缺電損失評(píng)價(jià)率；EENS為由停電造成重要用戶的供電不足期望值；p{Wt

1.2.2 供電可靠度指標(biāo)

指標(biāo)13—15：考慮配電網(wǎng)正常運(yùn)行情況，包括儲(chǔ)能無故障工作率KMTBF、DG 出力包容度TDGO以及投運(yùn)功率波動(dòng)FSP。

指標(biāo)16—18：考慮配電網(wǎng)停電故障情況，包括電能缺供期望值EES、配電網(wǎng)可用供電能力KAPSC、儲(chǔ)能故障供電失效率KFPSF。

式中：fFD為重要用戶供電不足頻率；S(t)為時(shí)段t的配電網(wǎng)可用供電能力。

1.3 環(huán)保性維度

隨著以新能源為主體的深度能源轉(zhuǎn)型，儲(chǔ)能系統(tǒng)作為高比例可再生能源關(guān)鍵支撐技術(shù)，能夠替代常規(guī)燃煤電廠作為新能源發(fā)電的備用容量，促進(jìn)可再生能源消納，但目前的研究中缺乏對(duì)配電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)環(huán)保效益的全面評(píng)估。本文計(jì)及儲(chǔ)能系統(tǒng)接入配電網(wǎng)產(chǎn)生的節(jié)煤效益指標(biāo)和低碳效益指標(biāo)，從環(huán)保性維度選取2個(gè)一級(jí)指標(biāo)、2個(gè)二級(jí)指標(biāo)、10個(gè)三級(jí)指標(biāo)。

1.3.1 節(jié)煤效益指標(biāo)

指標(biāo)19—24：考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)生的節(jié)煤效益，包括配電網(wǎng)單位供電量燃煤量CUPC、儲(chǔ)能系統(tǒng)殘值Srec、單位GDP 能耗比年增幅KECU、人均能源消耗CEPP(y)、化石能源中煤炭占比降幅KCFE和非化石能源在一次能源中的占比B。

式中：定義CECU(y)=為單位GDP第y年能耗；定義CCFE(y)=為第y年化石能源中煤炭占比；A1（y）和A2（y）分別為一次能源消費(fèi)總量中非化石能源和原煤占比；Tcc、Kacv、Lfcy分別為第y年配電網(wǎng)供電原煤耗量、原煤平均低位發(fā)熱量、供電側(cè)用電率；CB，y為第y年初儲(chǔ)能的單位容量造價(jià)；γ1為儲(chǔ)能的固定資產(chǎn)折舊率；SGDP和Np分別為第y年國內(nèi)生產(chǎn)總值和用電人數(shù)；ζ′和ζ分別為非化石能源和一次能源消耗總量。

1.3.2 低碳效益指標(biāo)

指標(biāo)25—28：考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)生的低碳效益，包括配電網(wǎng)單位供電量碳排放EUPC、單位GDP 二氧化碳排放年降幅KECE、人均碳排放量CECP(y)、綠色能源接納度CGE。

式中：定義SECE(y)=為單位GDP第y年二氧化碳排放，其中Eg和Fg分別為第g種能源的消費(fèi)總量和碳排放系數(shù)，K為能源種類數(shù)；Wfd和Wd分別為配電網(wǎng)供電量和供電側(cè)用電量；a為供熱比。

2 冗余指標(biāo)篩選

考慮到不同應(yīng)用層面催生的附加效益，以及指標(biāo)體系的有效精簡(jiǎn)，本文利用指標(biāo)自身變異特性和指標(biāo)間協(xié)同耦合度對(duì)冗余指標(biāo)進(jìn)行篩選，變異特性以指標(biāo)本身的鑒別能力有效性為依據(jù)，協(xié)同耦合度以指標(biāo)間耦合度和附加價(jià)值為依據(jù)。

2.1 基于z-score法的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

不同三級(jí)指標(biāo)的取值范圍和量綱存在差異，通過z-score法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化公式為：

式中：i=1，2，…，n，j=1，2，…，m，n和m分別為指標(biāo)的總個(gè)數(shù)和上級(jí)指標(biāo)的總個(gè)數(shù)；si和xi分別為指標(biāo)i的標(biāo)準(zhǔn)差和算術(shù)平均值；xij和zij分別為指標(biāo)實(shí)際計(jì)算值和標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)值。

2.2 基于變異特性的冗余指標(biāo)檢驗(yàn)

為合理選取有效指標(biāo)，緩解計(jì)算壓力，采用事件觸發(fā)機(jī)制［14］，基于變異特性對(duì)冗余指標(biāo)進(jìn)行篩選。事件觸發(fā)機(jī)制實(shí)現(xiàn)了依據(jù)事件觸發(fā)條件篩選數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)傳輸量，提高計(jì)算效率，如圖2所示。

圖2 基于變異特性的冗余指標(biāo)篩選

定義εi，k=xi，k-xi，γ為指標(biāo)i在兩組配置方案k和γ之間的差值。生成變異特性判定函數(shù)：

定義指標(biāo)是否被篩選的觸發(fā)邏輯變量：

判定指標(biāo)是否被篩選：

式中：δi為給定事件的觸發(fā)閾值，取0.01；xi，k和分別為篩選前和經(jīng)變異特性篩選后的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值。

2.3 基于協(xié)同耦合度的冗余檢驗(yàn)

在非線性、高耦合性的系統(tǒng)價(jià)值模型內(nèi)，需考慮儲(chǔ)能在多個(gè)運(yùn)行層面系統(tǒng)價(jià)值的協(xié)同效應(yīng)。為定量分析各指標(biāo)的代表性，合理考慮附加價(jià)值的影響，采用容量耦合模型［15］，基于協(xié)同效應(yīng)相關(guān)原理對(duì)冗余指標(biāo)進(jìn)行篩選。

定義耦合度衡量指標(biāo)之間的相似程度為：

定義協(xié)同度表示對(duì)系統(tǒng)價(jià)值的貢獻(xiàn)程度為：

生成協(xié)同耦合度函數(shù)為：

判定指標(biāo)是否被篩選：

式中：x1，k和x2，k分別為方案k下任意兩組指標(biāo)值；分別為經(jīng)協(xié)同耦合度篩選后的指標(biāo)i和指標(biāo)j的狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)值；σ1和σ2分別為兩組指標(biāo)的重要程度系數(shù)，取0.5。

協(xié)調(diào)度范圍與協(xié)調(diào)關(guān)系如表1所示。

表1 協(xié)調(diào)度范圍與協(xié)調(diào)關(guān)系

3 儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值綜合評(píng)估

考慮到傳統(tǒng)AHP客觀性不足［16］以及系統(tǒng)價(jià)值問題的復(fù)雜性和強(qiáng)耦合性，其應(yīng)用受到一定的制約和挑戰(zhàn)［17］。本研究在直覺模糊集理論［18-22］的基礎(chǔ)上，提出基于FAHP（模糊層次分析法）的綜合權(quán)重系數(shù)計(jì)算方法。同時(shí)，為更好地反映模型的非線性、耦合性和動(dòng)態(tài)性，對(duì)FAHP 的常權(quán)權(quán)重進(jìn)行變權(quán)改進(jìn)［23］，可以有效避免模型失效問題。

3.1 指標(biāo)體系權(quán)重系數(shù)求解

3.1.1 構(gòu)建直覺判斷矩陣

比較相鄰的兩個(gè)指標(biāo)對(duì)上一層次指標(biāo)的重要程度，構(gòu)造具有嚴(yán)格一致性的直覺判斷矩陣R=(rij)n×n，rij為指標(biāo)i相比于指標(biāo)j重要程度的直覺模糊數(shù)［23］。評(píng)價(jià)與直覺模糊數(shù)如表2 所示。其中rij=(μij，vij)，i，j=1，2，…，n，μij表示對(duì)指標(biāo)i的隸屬度，vij表示對(duì)指標(biāo)i的非隸屬度，不確定度πij=1-μij-vij。μij∈[0，1]，vij∈[0，1]，μij=vji，μii=vii=0.5，μij+vij≤1。

表2 定性評(píng)價(jià)與直覺模糊數(shù)

3.1.2 計(jì)算綜合權(quán)重系數(shù)

1）計(jì)算常權(quán)權(quán)重向量。對(duì)于滿足一致性的直覺判斷矩陣，同層各項(xiàng)指標(biāo)間的常權(quán)權(quán)重向量計(jì)算公式為：

2）計(jì)算變權(quán)權(quán)重向量ωi。為定量表示指標(biāo)狀態(tài)值和權(quán)重系數(shù)的相關(guān)性，利用經(jīng)調(diào)節(jié)系數(shù)改進(jìn)的均衡系數(shù)計(jì)算指標(biāo)變權(quán)權(quán)重。

在滿足歸一性和連續(xù)性的映射條件下，可以將常權(quán)向量轉(zhuǎn)換為變權(quán)向量。變權(quán)計(jì)算公式為：

均衡系數(shù)的取值方法為［24］：

式中：?為直覺模糊運(yùn)算算子；αij和β分別為指標(biāo)的均衡系數(shù)和調(diào)節(jié)系數(shù)；為指標(biāo)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)值；和ωij分別為指標(biāo)常權(quán)權(quán)重和變權(quán)權(quán)重。

若指標(biāo)值小于狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)值，則表明該指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)價(jià)值的貢獻(xiàn)程度劣于綜合貢獻(xiàn)程度，越大，指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)價(jià)值的威脅越大，應(yīng)考慮在調(diào)節(jié)系數(shù)β的基礎(chǔ)上增大均衡系數(shù)αij，反之同理。

3）計(jì)算綜合權(quán)重系數(shù)Wi?？紤]到各權(quán)重向量的元素均為直覺模糊數(shù)，常規(guī)的加和算子、乘法算子已經(jīng)不能滿足實(shí)際需求，本文引入直覺模糊數(shù)運(yùn)算算子，計(jì)算指標(biāo)層各因素相對(duì)于目標(biāo)層的綜合權(quán)重Wi：

式中：⊕為直覺模糊數(shù)運(yùn)算算子；ωp、ωpq、ωpqi分別為一級(jí)指標(biāo)、二級(jí)指標(biāo)、三級(jí)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；m1、m2、m3分別為一級(jí)指標(biāo)、二級(jí)指標(biāo)和三級(jí)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

3.2 儲(chǔ)能系統(tǒng)多維價(jià)值評(píng)估

計(jì)算配電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)值Fi：

式中：Xpqi和Wpqi分別為指標(biāo)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)值和指標(biāo)綜合權(quán)重系數(shù)。

儲(chǔ)能系統(tǒng)多維價(jià)值評(píng)估步驟如下：

步驟1，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保性維度全面選取預(yù)選指標(biāo)。

步驟2，基于指標(biāo)的變異特性和協(xié)同耦合度篩選冗余指標(biāo)。

步驟3，構(gòu)建直覺判斷矩陣并計(jì)算常權(quán)權(quán)重。

步驟4，采用均衡系數(shù)和調(diào)節(jié)系數(shù)對(duì)常權(quán)權(quán)重進(jìn)行變權(quán)改進(jìn)，并生成綜合權(quán)重。

步驟5，計(jì)算不同方案下儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)值，綜合評(píng)價(jià)值最高的方案即為最佳儲(chǔ)能配置方案。

4 算例分析

4.1 算例系統(tǒng)

本文以Garver 6 節(jié)點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行算例分析，發(fā)電機(jī)、風(fēng)電、負(fù)荷數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)［25］相同，在節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)5配置儲(chǔ)能。選擇磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，儲(chǔ)能的壽命周期為10 年（1 年以365 日計(jì)算），儲(chǔ)能充放電深度為10%～90%，充放電效率ηch=ηdisch=90%。電價(jià)采用上海市夏季分時(shí)電價(jià)，峰時(shí)、平段、谷時(shí)電價(jià)分別為1.063 元/kWh、0.635元/kWh、0.233 元/kWh。價(jià)值評(píng)估模型的參數(shù)設(shè)定如表3所示。

表3 模型評(píng)價(jià)參數(shù)設(shè)定

4.2 評(píng)估結(jié)果分析

由上文分析可知，根據(jù)儲(chǔ)能的安裝位置、充放電功率和容量的不同，設(shè)置9種配置方案進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)，如表4所示。

表4 配置方案設(shè)置

計(jì)算不同配置方案下的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制9種方案下的評(píng)估指標(biāo)雷達(dá)圖，如圖3所示?？梢?，方案6未出現(xiàn)明顯劣性指標(biāo)，方案3在儲(chǔ)能單位發(fā)電量成本SAW、動(dòng)態(tài)投資回收周期Ty、負(fù)荷缺供率RLS和化石能源中煤炭占比降幅KCFE等指標(biāo)上明顯優(yōu)于其他方案，但在DG投資回報(bào)率KDG、配電網(wǎng)單位供電量碳排放EUPC、缺供期望值EES和投運(yùn)功率波動(dòng)FSP指標(biāo)上存在極大不足。

圖3 評(píng)估指標(biāo)雷達(dá)圖

根據(jù)本文所述變權(quán)-FAHP法，通過式（39）—（42）計(jì)算各指標(biāo)綜合權(quán)重系數(shù)，結(jié)果見表5。

表5 指標(biāo)綜合權(quán)重系數(shù)

根據(jù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值與綜合權(quán)重系數(shù)，通過直覺模糊運(yùn)算法則得到9種方案下配電網(wǎng)儲(chǔ)能最高綜合評(píng)價(jià)值，各方案下綜合評(píng)價(jià)值如圖4所示。

由圖4可見，配置容量小于10 MWh時(shí)，儲(chǔ)能無法產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)性和可靠性效益。儲(chǔ)能的配置容量相對(duì)于負(fù)荷需求過小，導(dǎo)致負(fù)荷的投資回報(bào)率Kload、負(fù)荷缺供率RLS以及缺供期望值EES等指標(biāo)值過低；對(duì)于配置功率較小的方案，DG的投資回報(bào)率KDG、投運(yùn)功率波動(dòng)FSP以及DG 出力包容度TDGO等指標(biāo)值不大，儲(chǔ)能的系統(tǒng)價(jià)值較小。同時(shí)，儲(chǔ)能配置的功率和容量過大時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)值不高，這是由于儲(chǔ)能投資成本、運(yùn)維成本較高，會(huì)使儲(chǔ)能單位發(fā)電量成本SAW、動(dòng)態(tài)投資回收成本Ty等指標(biāo)狀態(tài)值不佳，需要較長(zhǎng)的年限才能實(shí)現(xiàn)成本回收甚至盈利。

圖4 儲(chǔ)能最高綜合評(píng)價(jià)值

綜上分析，相比于其他方案，方案5（即在節(jié)點(diǎn)2 和5 配置功率10 MW、容量10 MWh 的儲(chǔ)能）能夠獲得良好的多維價(jià)值。

4.3 冗余指標(biāo)篩選的有效性

為驗(yàn)證冗余指標(biāo)篩選后生成配置方案的有效性，將篩選前后各方案的排序結(jié)果和計(jì)算時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表6所示。

由表6可見，篩選前指標(biāo)體系中有39個(gè)指標(biāo)，篩選后為32 個(gè)，篩選前后配置方案的排序結(jié)果相同，均為方案5>方案6>方案2>方案9>方案8>方案3>方案1>方案4>方案7。相比于基于預(yù)選指標(biāo)體系直接計(jì)算系統(tǒng)價(jià)值，利用變異特性和協(xié)調(diào)耦合度篩選冗余指標(biāo)并生成指標(biāo)體系進(jìn)而計(jì)算系統(tǒng)價(jià)值所需計(jì)算時(shí)長(zhǎng)較短，未經(jīng)篩選直接計(jì)算儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值需要26.51 s，而利用篩選后的指標(biāo)體系進(jìn)行計(jì)算需要21.14 s，計(jì)算時(shí)間縮短20.26%，而且配電網(wǎng)系統(tǒng)越復(fù)雜，指標(biāo)間協(xié)同效應(yīng)越強(qiáng)，優(yōu)越性越明顯。

表6 篩選前后結(jié)果對(duì)比

4.4 綜合權(quán)重系數(shù)確定方法對(duì)比

為分析權(quán)重計(jì)算方法對(duì)儲(chǔ)能最高綜合評(píng)價(jià)值的影響，驗(yàn)證變權(quán)-FAHP的靈活性和實(shí)用性，分別采用傳統(tǒng)AHP、FAHP和變權(quán)-FAHP對(duì)9種配置方案下的配電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果如圖5所示。

由圖5 可見，AHP 的排序結(jié)果在方案2 和方案3 中存在一定偏差；這是由于AHP 僅憑經(jīng)驗(yàn)直接給出權(quán)重值而沒有考慮專家判斷的不確定性，導(dǎo)致排序結(jié)果難以客觀準(zhǔn)確。變權(quán)-FAHP 與FAHP 的排序結(jié)果一致，但辨識(shí)度顯著提高；這是由于調(diào)整常權(quán)權(quán)重后，變權(quán)-FAHP的評(píng)價(jià)結(jié)果考慮了隸屬于同一上級(jí)指標(biāo)下各項(xiàng)指標(biāo)狀態(tài)值的相互影響，根據(jù)|-xi|的大小對(duì)隸屬于同一上級(jí)指標(biāo)的下層指標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)系數(shù)賦值，可以有效調(diào)節(jié)狀態(tài)值較差的指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，規(guī)避FAHP 存在的盲目性和不確定性風(fēng)險(xiǎn)，凸顯影響儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值的關(guān)鍵指標(biāo)和薄弱環(huán)節(jié)。

圖5 不同權(quán)重確定方法下評(píng)估結(jié)果對(duì)比

4.5 單維評(píng)估與多維評(píng)估方法對(duì)比

為進(jìn)一步分析多維價(jià)值評(píng)估方法的必要性，定義全壽命價(jià)值回收周期指標(biāo)，對(duì)比分析多維價(jià)值評(píng)估方法和單維價(jià)值評(píng)估方法，如圖6所示。單維價(jià)值層面選取儲(chǔ)能參與平滑可再生能源和削峰填谷兩種應(yīng)用場(chǎng)景作為代表，全壽命價(jià)值回收周期計(jì)及上文所述經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保性維度。

圖6 全壽命價(jià)值回收周期指標(biāo)對(duì)比

由圖6可見，對(duì)于同一配置方案，儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)值越低，全壽命價(jià)值回收周期越大；這是由于該配置方案存在功率容量較小無法滿足系統(tǒng)需求或儲(chǔ)能容量較大投資價(jià)值不高的問題。在9組不同配置方案下，儲(chǔ)能參與平滑可再生能源應(yīng)用的價(jià)值回報(bào)周期為7～13年，參與削峰填谷應(yīng)用為9～15年，而計(jì)及多維應(yīng)用價(jià)值為3～6年。相比于單維價(jià)值評(píng)估，多維價(jià)值評(píng)估具有相似的變化趨勢(shì)，但多維價(jià)值評(píng)估方法的全壽命價(jià)值回收周期較短；這是由于多維價(jià)值評(píng)估方法在常規(guī)考慮基本應(yīng)用價(jià)值的基礎(chǔ)上，全面計(jì)及儲(chǔ)能系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的多維應(yīng)用層面價(jià)值，如平滑可再生能源、削峰填谷、降低網(wǎng)損成本、保障可靠性效益以及提高節(jié)煤低碳效益等，同時(shí)還考慮應(yīng)用層面間產(chǎn)生的附加效益。在配置方案具有可比性的情況下，多維價(jià)值評(píng)估方法在客觀全面地計(jì)及多維應(yīng)用價(jià)值的同時(shí)，考慮了不同應(yīng)用層面間的協(xié)同關(guān)系，在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)較好的價(jià)值回收，具備良好的投資條件。

5 結(jié)論

本文針對(duì)傳統(tǒng)價(jià)值評(píng)估方法無法全面客觀衡量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值及確定性AHP忽略決策模糊度的不足，提出了一種基于多維價(jià)值的配電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃方法。通過算例分析，得出以下結(jié)論：

1）利用變異特性和協(xié)調(diào)耦合度對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行冗余指標(biāo)篩選，能夠有效提高計(jì)算效率，且配電網(wǎng)系統(tǒng)越復(fù)雜，指標(biāo)間協(xié)同效應(yīng)越強(qiáng)，優(yōu)越性越明顯。

2）采用變權(quán)-FAHP確定指標(biāo)權(quán)重，能夠規(guī)避確定性AHP存在的盲目性和不確定性風(fēng)險(xiǎn)，凸顯影響儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值的薄弱環(huán)節(jié)。

3）多維價(jià)值評(píng)估方法可以有效避免傳統(tǒng)價(jià)值評(píng)估較為單一的問題，在客觀全面地計(jì)及儲(chǔ)能應(yīng)用價(jià)值的同時(shí)考慮附加效益，具備投資參考價(jià)值。