[發明專利]逆變系統參與并網后配電網運行效能的評估方法和裝置

有效

• 申請號: 201710153761.4
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN106899035B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 蘇劍;劉海濤;呂志鵬;吳鳴;孫麗敬;于輝;李蕊;李洋;季宇;李文汗
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司;國家電網有限公司;國網山東省電力公司電力科學研究院
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

1.逆變系統參與并網后配電網運行效能的評估方法，其特征在于，所述方法包括：

采集逆變系統參與并網后配電網運行效能的相關參數，所述相關參數包括分布式電源容量占比、三相負荷不平衡、功率因數、總諧波畸變率、電壓偏差、頻率偏差、逆變系統成本及改造費用占比、逆變系統變換效率、逆變系統損耗和綜合線損率；

根據相關參數并采用層次分析法和主成分分析法，確定逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的綜合權重向量，根據綜合權重向量并采用模糊評價法確定逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的評價值；

根據評價值確定逆變系統參與并網后配電網運行效能的評估等級；

在根據相關參數并采用層次分析法和主成分分析法確定逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的綜合權重向量之前，還包括：

將逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標作為第一層指標，并將第一層指標分為第二層指標，同時將第二層指標分為第三層指標，并計算第三層指標的指標值；

所述第二層指標包括結構性指標、電能質量指標和經濟性指標；

所述第三層指標包括結構性指標中的分布式電源容量占比和三相負荷不平衡，電能質量指標中的功率因數、總諧波畸變率、電壓偏差和頻率偏差，以及經濟性指標中的逆變系統成本及改造費用占比、逆變系統變換效率、逆變系統損耗和綜合線損率；

所述計算第三層指標的指標值包括：

所述分布式電源容量占比用x₁表示，有：

其中，P_DG為逆變系統發電總容量，P_LOAD為配電網負荷需求總容量；

所述三相負荷不平衡用x₂表示，有：

其中，I_b是三相線路最大相電流，I_s是三相線路最小相電流；

所述功率因數用x₃表示，有：

其中，P為配電網與逆變系統公共連接點處的有功功率，S為配電網與逆變系統公共連接點處的視在功率；

所述電流諧波畸變率用x₄表示，有：

其中，I₁為基波電流的有效值，I_H為諧波電流含量，且i_k為k次諧波電流的有效值；

所述電壓偏差用x₅表示，有：

其中，U_DG為配電網與逆變系統公共連接點處的實際電壓，U_N為配電網與逆變系統公共連接點處的額定電壓；

所述頻率偏差用x₆表示，有：

x₆＝f_r-f_n

其中，f_r為配電網的實際頻率，f_n為配電網的標稱頻率；

所述逆變系統成本及改造費用占比用x₇表示，有：

x₇＝P_DG×β÷F_w

其中，β為單位功率逆變系統的接入價格，F_w表示為分布式電源的接入價格；

所述逆變系統變換效率用x₈表示，有：

其中，P_out為逆變系統的輸出功率，P_in為逆變系統的輸入功率；

所述逆變系統損耗x₉示，有：

其中，P_loss為逆變系統損耗的總功率；

所述綜合線損率用x₁₀表示，有：

其中，P_sloss為總線損失電量，P_gong為總供電量；

所述根據采集的逆變系統參與并網后配電網運行效能的相關參數，并采用層次分析法和主成分分析法確定逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的綜合權重向量包括：

根據九級標度方法確定下層指標對上層指標的判斷矩陣，包括第三層指標對第二層指標的判斷矩陣和第二層指標對第一層指標的判斷矩陣；

計算第三層指標對第二層指標的判斷矩陣和第二層指標對第一層指標的判斷矩陣各自的最大特征值及特征向量，并將得到的特征向量進行歸一化處理，得到單排序權重向量，包括第三層指標對第二層指標的單排序權重向量和第二層指標對第一層指標的單排序權重向量；

通過單排序一致性比例C.R.對第三層指標對第二層指標的單排序權重向量和第二層指標對第一層指標的單排序權重向量進行一致性檢驗；

通過確定第二層指標對第一層指標的單排序權重向量m⁽²⁾得到第三層指標對第一層指標的總排序權重向量m⁽³⁾；

通過第三層指標對第一層指標的總排序一致性比例C.R.³對m⁽³⁾進行一致性檢驗，通過一致性檢驗的m⁽³⁾即為第三層指標的第一權重向量ω_gahp；

確定第三層指標的第二權重向量ω_gpca，并通過ω_gahp和ω_gpca確定逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的綜合權重向量ω_gpcahp；

所述通過單排序一致性比例C.R.對第三層指標對第二層指標的單排序權重向量和第二層指標對第一層指標的單排序權重向量進行一致性檢驗包括：

所述單排序一致性比例C.R.表示為：

其中，C.I.為下層指標對上層指標的一致性指標，且n為下層指標對上層指標的判斷矩陣的階數，λ_max為下層指標對上層指標的判斷矩陣的最大特征值；R.I.表示下層指標對上層指標的平均隨機指標，當n分別取1、2、3、4、5、6、7、8、9，R.I.對應取值0、0、0.58、0.9、1.12、1.24、1.32、1.41、1.45；

分別通過C.R.對第三層指標對第二層指標的單排序權重向量和第二層指標對第一層指標的單排序權重向量進行一致性檢驗，若C.R.＜0.1，則表明通過一致性檢驗；

所述通過確定第二層指標對第一層指標的單排序權重向量m⁽²⁾得到第三層指標對第一層指標的總排序權重向量m⁽³⁾包括：

m⁽²⁾表示為：

m⁽²⁾＝(m⁽²⁾(1)，m⁽²⁾(2)，...，m⁽²⁾(t)，...，m⁽²⁾(p))^T

其中，T表示轉置，m⁽²⁾(t)為第二層指標中第t個指標對第一層指標的權重，p為第二層指標的指標個數，t≤p；

第三層指標對第一層指標的單排序權重向量表示為：

其中，為第三層指標中第r個指標相對第二層指標中第t個指標的權重，q為第三層指標的指標個數，r≤q；

令第三層指標對第二層指標的單排序權重向量N⁽³⁾為q行p列的矩陣；

于是m⁽³⁾表示為：

m⁽³⁾＝N⁽³⁾m⁽²⁾

所述通過總排序一致性比例C.R.³對m⁽³⁾進行一致性檢驗，通過一致性檢驗的m⁽³⁾即為第三層指標的第一權重向量ω_gahp包括：

C.R.³表示為：

其中，C.R.²為第二層指標對第一層指標的總排序一致性比例，且C.I.²為第二層指標對第一層指標的一致性指標，R.I.²為第二層指標對第一層指標的平均隨機指標；C.I.³為第三層指標總排序的一致性指標，R.I.³為第三層指標總排序的平均隨機指標，C.I.³和R.I.³分別表示為：

其中，為第二層指標中第t個指標對第一層指標的一致性指標，為第二層指標中第t個指標對第一層指標的平均隨機指標；

若滿足C.R.³＜0.1，則表明m⁽³⁾通過一致性檢驗；

所述確定第三層指標的第二權重向量ω_gpca，并通過ω_gahp和ω_gpca確定逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的綜合權重向量ω_gpcahp包括：

q表示第三層指標的指標個數，B表示采集的樣本個數，且Bq，構造B行、q列的樣本矩陣H，再根據H構造標準化樣本矩陣，求標準化樣本矩陣第r列的方差貢獻率S_r，即為該列元素所對應指標權重；S_r表示為：

其中b∈[1,B]，r∈[1,q]，x_br為標準化樣本矩陣中的第b行、r列元素，為第r列元素平均值；

標準化樣本矩陣中每列的方差貢獻率構成B維向量，根據B維向量確定ω_gpca；

ω_gpcahp的第r個元素的權重ω_r表示為：

其中，ω_gahpr為ω_gahp的第r個元素，ω_gpcar為ω_gpca的第r個元素；

根據ω_r得到ω_gpcahp，其表示為：

ω_gpcahp＝(ω₁,ω₂,…,ω_r,…,ω_q)

所述根據逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的綜合權重向量并采用模糊評價法確定逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的評價值包括：

設第三層指標的指標集為P＝{p₁，p₂，...，p_r，…，p_q}，p_r表示第三層指標中的第r個指標，第三層指標的模糊評語集Q＝{q₁，q₂，...,q_ε,…,q_h}，q_ε為評語集中的第ε個評價等級，ε＝1，2，…，h，h為評語集中評價等級個數；

根據Q中的評價等級對第三層指標進行評價，得到第三層指標對第一層指標的評價矩陣K，有：

其中，k_qh為K的第q行、第h列的元素，表示p_q相對q_h的隸屬度，且滿足K中每行元素之和為1；

將ω_gpcahp和K相乘，得到如下矩陣F'：

F'＝ω_gpcahp·K＝(f₁′，f₂′,...,f_ε′,...,f_h′)

其中，f′_ε為F'的第ε個元素；

將F'進行歸一化處理，得到逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的評價向量F，有：

F＝(f₁，f₂,…,f_ε,…,f_h)

其中，f_ε為F的第ε個元素；

于是，逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的評價值表示為：

其中，f為逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的評價值；

所述根據逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的評價值確定逆變系統參與并網后配電網運行效能的評估等級包括：

若f大于等于90，逆變系統參與并網后配電網運行效能的評估等級為優；

若f介于[80，90)，逆變系統參與并網后配電網運行效能的評估等級為良；

若f介于[70，80)，逆變系統參與并網后配電網運行效能的評估等級為中；

若f低于70，逆變系統參與并網后配電網運行效能的評估等級為差。

2.逆變系統參與并網后配電網運行效能的評估裝置，其特征在于，所述裝置包括：

采集模塊，用于采集逆變系統參與并網后配電網運行效能的相關參數，相關參數包括分布式電源容量占比、三相負荷不平衡、功率因數、總諧波畸變率、電壓偏差、頻率偏差、逆變系統成本及改造費用占比、逆變系統變換效率、逆變系統損耗和綜合線損率；

第一確定模塊，用于根據采集的逆變系統參與并網后配電網運行效能的相關參數，并采用層次分析法和主成分分析法確定逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的綜合權重向量，根據逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的綜合權重向量，并采用模糊評價法確定逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的評價值；

第二確定模塊，用于根據逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的評價值確定逆變系統參與并網后配電網運行效能的評估等級；

所述采集模塊具體用于：

將逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標作為第一層指標，并將第一層指標分為第二層指標，同時將第二層指標分為第三層指標，并計算第三層指標的指標；

所述第二層指標包括結構性指標、電能質量指標和經濟性指標；

所述第三層指標包括結構性指標中的分布式電源容量占比和三相負荷不平衡，電能質量指標中的功率因數、總諧波畸變率、電壓偏差和頻率偏差，以及經濟性指標中的逆變系統成本及改造費用占比、逆變系統變換效率、逆變系統損耗和綜合線損率；

所述采集模塊具體用于：

所述分布式電源容量占比用x₁表示，有：

其中，P_DG為逆變系統發電總容量，P_LOAD為配電網負荷需求總容量；

所述三相負荷不平衡用x₂表示，有：

其中，I_b是三相線路最大相電流，I_s是三相線路最小相電流；

所述功率因數用x₃表示，有：

其中，P為配電網與逆變系統公共連接點處的有功功率，S為配電網與逆變系統公共連接點處的視在功率；

所述電流諧波畸變率用x₄表示，有：

其中，I₁為基波電流的有效值，I_H為諧波電流含量，且i_k為k次諧波電流的有效值；

所述電壓偏差用x₅表示，有：

其中，U_DG為配電網與逆變系統公共連接點處的實際電壓，U_N為配電網與逆變系統公共連接點處的額定電壓；

所述頻率偏差用x₆表示，有：

x₆＝f_r-f_n

其中，f_r為配電網的實際頻率，f_n為配電網的標稱頻率；

所述逆變系統成本及改造費用占比用x₇表示，有：

x₇＝P_DG×β÷F_w

其中，β為單位功率逆變系統的接入價格，F_w表示為分布式電源的接入價格；

所述逆變系統變換效率用x₈表示，有：

其中，P_out為逆變系統的輸出功率，P_in為逆變系統的輸入功率；

所述逆變系統損耗x₉示，有：

其中，P_loss為逆變系統損耗的總功率；

所述綜合線損率用x₁₀表示，有：

其中，P_sloss為總線損失電量，P_gong為總供電量；

所述第一確定模塊具體用于：

根據九級標度方法確定下層指標對上層指標的判斷矩陣，包括第三層指標對第二層指標的判斷矩陣和第二層指標對第一層指標的判斷矩陣；

計算第三層指標對第二層指標的判斷矩陣和第二層指標對第一層指標的判斷矩陣各自的最大特征值及特征向量，并將得到的特征向量進行歸一化處理，得到單排序權重向量，包括第三層指標對第二層指標的單排序權重向量和第二層指標對第一層指標的單排序權重向量；

通過單排序一致性比例C.R.對第三層指標對第二層指標的單排序權重向量和第二層指標對第一層指標的單排序權重向量進行一致性檢驗；

通過確定第二層指標對第一層指標的單排序權重向量m⁽²⁾得到第三層指標對第一層指標的總排序權重向量m⁽³⁾；

通過第三層指標對第一層指標的總排序一致性比例C.R.³對m⁽³⁾進行一致性檢驗，通過一致性檢驗的m⁽³⁾即為第三層指標的第一權重向量ω_gahp；

確定第三層指標的第二權重向量ω_gpca，并通過ω_gahp和ω_gpca確定逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的綜合權重向量ω_gpcahp；

所述第一確定模塊具體用于：

將單排序一致性比例C.R.表示為：

其中，C.I.為下層指標對上層指標的一致性指標，且n為下層指標對上層指標的判斷矩陣的階數，λ_max為下層指標對上層指標的判斷矩陣的最大特征值；R.I.表示下層指標對上層指標的平均隨機指標，當n分別取1、2、3、4、5、6、7、8、9，R.I.對應取值0、0、0.58、0.9、1.12、1.24、1.32、1.41、1.45；

分別通過C.R.對第三層指標對第二層指標的單排序權重向量和第二層指標對第一層指標的單排序權重向量進行一致性檢驗，若C.R.＜0.1，則表明通過一致性檢驗；

所述第一確定模塊具體用于：

將第二層指標對第一層指標的單排序權重向量m⁽²⁾表示為：

m⁽²⁾＝(m⁽²⁾(1)，m⁽²⁾(2)，...，m⁽²⁾(t)，...，m⁽²⁾(p))^T

其中，T表示轉置，m⁽²⁾(t)為第二層指標中第t個指標對第一層指標的權重，p為第二層指標的指標個數，t≤p；

第三層指標對第一層指標的單排序權重向量表示為：

其中，為第三層指標中第r個指標相對第二層指標中第t個指標的權重，q為第三層指標的指標個數，r≤q；

令第三層指標對第二層指標的單排序權重向量N⁽³⁾為q行p列的矩陣；

于是m⁽³⁾表示為：

m⁽³⁾＝N⁽³⁾m⁽²⁾

所述第一確定模塊具體用于：

將C.R.³表示為：

其中，C.R.²為第二層指標對第一層指標的總排序一致性比例，且C.I.²為第二層指標對第一層指標的一致性指標，R.I.²為第二層指標對第一層指標的平均隨機指標；C.I.³為第三層指標總排序的一致性指標，R.I.³為第三層指標總排序的平均隨機指標，C.I.³和R.I.³分別表示為：

其中，為第二層指標中第t個指標對第一層指標的一致性指標，為第二層指標中第t個指標對第一層指標的平均隨機指標；

若滿足C.R.³＜0.1，則表明m⁽³⁾通過一致性檢驗；

所述第一確定模塊具體用于：

q表示第三層指標的指標個數，B表示采集的樣本個數，且Bq，構造B行、q列的樣本矩陣H，再根據H構造標準化樣本矩陣，求標準化樣本矩陣第r列的方差貢獻率S_r，即為該列元素所對應指標權重；S_r表示為：

其中b∈[1,B]，r∈[1,q]，x_br為標準化樣本矩陣中的第b行、r列元素，為第r列元素平均值；

標準化樣本矩陣中每列的方差貢獻率構成B維向量，根據B維向量確定ω_gpca；

ω_gpcahp的第r個元素的權重ω_r表示為：

其中，ω_gahpr為ω_gahp的第r個元素，ω_gpcar為ω_gpca的第r個元素；

根據ω_r得到ω_gpcahp，其表示為：

ω_gpcahp＝(ω₁,ω₂,…,ω_r,…,ω_q)

所述第一確定模塊具體用于：

設第三層指標的指標集為P＝{p₁，p₂，...，p_r，...，p_q}，p_r表示第三層指標中的第r個指標，第三層指標的模糊評語集Q＝{q₁，q₂，...,q_ε,…,q_h}，q_ε為評語集中的第ε個評價等級，ε＝1，2，…，h，h為評語集中評價等級個數；

根據Q中的評價等級對第三層指標進行評價，得到第三層指標對第一層指標的評價矩陣K，有：

其中，k_qh為K的第q行、第h列的元素，表示p_q相對q_h的隸屬度，且滿足K中每行元素之和為1；

將ω_gpcahp和K相乘，得到如下矩陣F'：

F'＝ω_gpcahp·K＝(f₁′，f₂′,...,f′_ε,...,f_h′)

其中，f′_ε為F'的第ε個元素；

將F'進行歸一化處理，得到逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的評價向量F，有：

F＝(f₁，f₂,…,f_ε,…,f_h)

其中，f_ε為F的第ε個元素；

于是，逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的評價值表示為：

其中，f為第一層指標的評價值；

所述第二確定模塊具體用于：

根據逆變系統參與并網后配電網運行效能評估指標的評價值確定逆變系統參與并網后配電網運行效能的評估等級，包括：

若f大于等于90，逆變系統參與并網后配電網運行效能的評估等級為優；

若f介于[80，90)，逆變系統參與并網后配電網運行效能的評估等級為良；

若f介于[70，80)，逆變系統參與并網后配電網運行效能的評估等級為中；

若f低于70，逆變系統參與并網后配電網運行效能的評估等級為差。