Reactive Power Support Evaluation of Kaifeng Power Grid Based on New Energy Absorption Capability
南钰 NAN Yu；宋瑞卿 SONG Rui-qing
（国网河南省电力公司开封供电公司，开封 475000）
（State Grid Henan Electric Power Company Kaifeng Company，Kaifeng 475000，China）
摘要：基于新能源的消纳能力的提升，且确保电网安全运行，文章充分考虑影响无功效果的多种因素，从电网系统无功支撑能力进行定量评估研究，通过专家评价方法将系统无功支撑评价体系分为配置类、运维类以及无功经济运行三个类别；最后以开封电网为例，采用自主决策视角和数据包络分析法两者相结合实施评价，研究表明该方案对无功支撑效果的评价具有较好的适用性，同时该方案可以为开封电网新能源的消纳潜力分析提供一定的决策参考。
Abstract: Based on the improvement of new energy absorption capacity and ensuring the safe operation of power grid, this paper fully considers many factors that affect the reactive power effect, carries on the quantitative evaluation research from the power grid system reactive power support capacity, through the expert evaluation method, divides the system reactive power support evaluation system into three categories: allocation category, operation and maintenance category and reactive power economic operation. Finally, taking Kaifeng power grid as an example, the independent decision perspective and data envelopment analysis method are used to carry out the evaluation. The research shows that the scheme has good applicability to the evaluation of reactive power support effect. At the same time, the scheme can provide a certain decision reference for the analysis of the absorption potential of new energy in Kaifeng power grid.
关键词：新能源消纳；地区电网；无功评价
Key words: new energy consumption；regional power grid；reactive power evaluation
中图分类号：TM619 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）25-0198-04
0 引言
新能源的高比例渗透电网背景下，电网公司对该区域新能源消纳能力的评价尤为重要。评估的主要意义在于为电网高比例消纳新能源提供技术改造或规划依据，尤其是对电网安全起到支撑作用的无功设备优化运行支撑效果进行再判断，这样可以对电网消纳新能源的潜力进行评估。目前国内外对于无功设备的定量评估研究，主要是通过电压、损耗或功率因数的变化来判断，这种判断缺少综合性的统筹考虑，无功优化后的效果还受到无功补偿设备补偿能力状况、发电机本身的无功调节能力、有载调压装置调压能力状况以及全网的电压稳定运行水平的影响，电网无功功率受到影响的因素是模糊的，由于这些不确定性的影响，只有采用综合的评价方法应用于效果评价，才能验证电网无功支撑的实际效果。
在能源电力行业关于评价方法的应用，国内外主要应用有以下多种，如多变量比较分析的雷达图法、基于双链量子遗传算法的投影寻踪法、利用经验数据评价的非参数方法、无需决策者进行主观权重赋权的自主决策视角方法、可以对评价方法进行有效率验证的数据包络分析法等；对于电网无功设备支撑效果指标而言，其指标涉及面广，如果过多的主观定量赋值，势必影响结论的准确性，使得评价精确性无法保证，经过综合对比诸多评价方法，自主决策视角可以减少主观赋值的影响，同时利用数据包络分析法对该评价方法进行有效率验证，本文主要考虑无功评价指标体系以及优化前后数据的多样性和灰色性以及影响因素多的特点，同时为了避免指标权重确定方面的任意性，拟定采用自主决策视角和数据包络分析结合的方法进行电网新能源消纳能力的无功支撑评价，以明确电网消纳新能源的潜力以及电网规划或改造的重点方向。
1 地区电网无功设备指标评价体系
对新能源的消纳潜力的分析，主要是基于电网的安全稳定考虑，大量的研究表明新能源接入电网后，对电网的电压质量、线损指标以及电网的经济运行等将产生重要的影响，文中结合某地区电网的设备运营以及变电站设备运行管理办法，主要从电网的无功设备运行情况着手，基于无功装置配置水平、维护水平、电压合格率、线损指标等构建指标体系。基于评价体系的设计原则，将评价指标分为定量或定性两种指标，以构建地区电网基于新能源消纳的电网无功运行评价指标体系。对于定性指标可通过专家意见法进行定性划分，而定量指标可从不同的电网公司的统计资料中计算得出。
2 组合评价模型设计
首先基于电网无功运行指标体系进行统计分档，根据专家意见法，将指标体系中的每项分为A、B、C、D、E五个等级，由此评价等级则可以分为A、B、C、D、E五等[1]。利用自主决策视角评价计算得出新能源接入后无功运行支撑优化前或后的评价指标，然后基于数据包络分析方法将优化前后的指标值和评价值分别作为输入和输出，通过计算出决策单元的技术效率值证明自主决策视角评价方法的实效性，同时证明电网无功支撑优化后新能源消纳能力的效果。评价组合模型如图1所示。
主要相关指标划分如下：①基于变电站无功设备容量以及无功设备利用率（实际利用容量的占比）的无功配置率指标；②基于电容器设备、有载调压装置正常运行的设备总设备数量的比例，即是无功设备完好率指标；③基于有载调压变压器或无功设备的配置按照规范设计或行业标准统一设置的标准化指标（由于规范或行业要求以及技术的进步，设备配置出现不同步；为评价新能源的消纳潜力，须对设备标准进行统一，以明确电网中无功设备标准化的比例）；④基于设备在实际运行中有载调压或无功补偿设备出现故障比例指标；⑤基于设备的总体使用寿命的实际运行年限指标；⑥基于电网电压合格率和电网损耗的经济指标（对电网公司而言主要考虑地区电网各变电站综合电压合格率（各母线电压合格率的均值，网损主要考虑地区电网的综合年度网损指标）。
2.1 无功设备运行指标值
采用德尔菲法，基于开封电网的实际情况以及经十位电网公司同行评价打分取均值，同时考虑新能源接入后，无功设备优化运行前后指标状态取均值，其指标值如表1所示。
为对数据在同一个基准上处理，需要对包含极大或极小值的原始数据处理。对各指标数据按照式（1）和（2）极值化处理。
■（1）
■（2）
式中：为xij-M极大型指标，xij-m为极小型指标。Mj为样本中的最大值；mj为样本中的最小值；xij为初始样本值。
规范化数据矩阵如下：
■
（3）
2.2 计算算例
①首先用自主决策评价方法，选定“强权数非独裁性条件”[11]。
■
■（4）
②可求得方案1，2，…，7的综合评价值取值范围为：
■（5）
③求得竞争强度矩阵：
■（6）
④由竞争强度矩阵dil求得竞争关注力系数矩阵：
■（7）
⑤设目标权系数?姿1=?姿2=0.5，可解得评价对象方案1，2，3，4，5，6，7竞争视野下的最优权重■，
■
（8）
⑥将A及■代入式（4），得到方案1，2，3，4，5，6，7竞争视野下的评价对象的综合评价值矩阵Y：
■（9）
⑦求得Y的正特征向量：
■（10）
由此可知，方案排序为1至7。
⑧用各竞争视野下得到的综合评价值作为DEA评价方法的输出，用各指标值作为输入，构建DEA评价模型。对于优化后其效率计算公式为：
■
（11）
则建立线性规划模型如下：
■（12）
⑨对上述线性规划模型进行Charnes－Cooper变换，并引入松弛变量，可得原问题的对偶问题为：
■ （13）
⑩用基于式（11）、（12）、（13）利用matlab软件编程，求解该对偶问题
■（14）
■（15）
■
（16）
判断优化后的综合评价值是否相对于其他方案的评价值DEA有效。通过求解可得对于优化后和优化前的评价值其?兹=1，则该评价值是DEA有效的。
2.3 评价数据分析
为了便于数据清晰分析，将矩阵Y中的元素转化为排序值，如表2所示。
3 结论
地区的新能源消纳能力，在一定程度上取决于区域电网的无功设备运行支撑能力。本文通过归纳总结电网无功支撑能力的相关指标，基于某地区电网的相关数据以及专家意见建立了指标数据体系，利用自主决策与数据包络分析结合的方法，对电网的无功支撑能力进行了评价，评价结果表明该方法客观准确；通过该方法的应用可以为地区电网进一步挖掘新能源的消纳潜力提供理论支撑，且明确电网规划以及改造的方向。
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