基于层次分析法的地区风电接入系统方案推荐

基于层次分析法的地区风电接入系统方案推荐

薄明明1曹蓓2

（1.国网江西省电力有限公司经济技术研究院江西南昌330043；

2.国网江西省电力有限公司电力科学研究院江西南昌330096）

摘要：近年来，随着地区风电装机规模的迅速增长，风电并网带来的影响日益凸显，如何综合考虑各方面影响，为风电企业及电网公司推荐最优的接入系统方案显得越来越重要。本文首先提出了风电接入系统相关评价指标，对经济性、可靠性、电能质量影响、就地消纳情况、电网及电源发展适应性等影响因素进行综合比较分析；其次采用层次分析法根据实际工作经验及多级校审结果对各接入影响因素进行权重赋值；最后提出了基于层次分析法的地区风电接入系统方案推荐的方法。通过工程案例验证了评价方法的有效性和可行性。

关键词：风电；接入系统；层次分析法；就地消纳；适应性

引言

由于风电的反负荷特性、随机性及间歇性，导致风电接入对当地电源结构、电网发展、调度运行方式、无功配置方案、供电质量等方面。造成了一定的影响。渗透率的大幅增加将直接影响电网的安全稳定运行。因此，在规划设计阶段做好风电的接入方案研究具有重要意义。

目前，国内外学者将一些决策方法应用在电力系统领域，其中包括提出了层次分析法及其在电力系统中的应用，基于层次分析法的现状电网评估方法、层次分析法在电力负荷预测中的应用、电网规划综合评判系统的设计与应用、基于熵权法输电网规划方案模糊综合评价。这些研究大多集中在电网主、配规划以及电网运行检修方面决策方法的应用，很少有针对单个或区域多个大中型风电场接入系统方案推荐的决策研究。

本文结合实际工程，就大中型风电场接入系统最优方案推荐决策方法进行了研究，综合考虑风电场接入系统经济性、电力送出可靠性、接入方案电能质量影响、风电就地消纳情况、电网及电源发展适应性等影响因数，提出了基于层次分析法的地区风电接入系统方案推荐的综合决策评价模型，并通过实际工程案例验证改决策评价模型的有效性和可行性。

1风电接入系统评价指标

1.1经济性

风电接入系统方案的经济性主要体现在两个方面，一是投资经济性，主要取决于接入电压等级、外送线路长度、有无交叉跨越以及廊道冰区情况等因素；二是运行经济性，主要体现在正常运行地区网络损耗，主要受接入点以及周边负荷情况、电源装机情况影响。

1.2可靠性

接入方案的可靠性主要是指风电电力外送可靠性和风电接入后电网运行的可靠性。风电外送可靠性主要受接入点的下一级设备容量影响，如接入点变电设备容量、接入点供电线路线径等因素。由于风电的反负荷特性，电网运行的可靠性一般针对的是低谷负荷方式，地区或区域投运前已处于电力外送状态，本工程风电的投运加重了各外送断面的潮流，极有可能造成了外送断面的重过载问题，增加了系统稳定运行的风险。

1.3就地消纳情况

风力发电是集安全、清洁、环保等优点于一身的发电模式，所发电力最终通过电网送至用户，若所发电力能够就地平衡，既不必考虑外送问题，又减少了接入点上一级变电站下网负荷，则系统经济效益更好。

1.4电能质量影响

风电接入系统后，接入点的电能质量的谐波、电压波动、以及闪变等指标必须满足相关规范要求，这些指标的大小均与接入点的短路容量CSC大小有关，短路容量越大，系统越强，抗扰动能力越强，风电的接入对电能质量的影响也就越小。

1.5电网及电源发展适应性

风电接入方案对电网的适应性主要是指外送线路是否将来能被电网所利用，保证电力外送的同时，加强电网的供电可靠性，远近衔接降低系统综合投资。风电接入方案对电源的适应性主要针对的是裕度问题，即还能接多少，充分发挥外送线路的外送作用，区域电源统筹考虑，减少线路廊道及电网有限间隔资源的浪费。

2基于层次分析法的地区风电接入方案推荐决策评价模型

2.1层次分析法

层次分析法AHP（AnalyticHierarchyProcess）是一种实用在决策过程中对非定量事件做定量分析、对主观判断做客观分析的多方案或多目标的决策方法，它将与决策相关的元素分解成目标层、准则层、方案层等，在此基础上进行定性和定量的分析。

2.2决策矩阵及其规范化

地区风电接入系统方案的选择是由经济性、可靠性、就地消纳情况、电能质量影响、电网和电源发展适应性等多方面影响因素共同决策。

将接入系统方案集S表示为：

式中：aij为第i个方案的第j个决策影响因素，有不同的影响因素通常有不同的量纲，为了使决策方案在不同影响因素上具有可比性，需要对决策矩阵A进行规范化处理。本文采用极差变化法将A转化为规范化决策矩阵B。

2.3决策影响因素权重赋值

对原始决策矩阵进行规范化处理后，使得各决策方案在不同的接入方案影响因素上具有可比性，而决策方案的可比性与决策影响因素的权重有关。本文采用层次分析法根据实际工作经验及多级校审结果对决策影响因素进行权重赋值及一致性校验。本文采用1-9标度法确定个决策影响因素的重要性。

2.4基于层次分析法的决策评价模型

评价目标是找到最优推荐方案，通过计算各影响因素以及各方案对影响因素的权重求得各方案对最优方案的组合权重，组合权重最小值对应的方案，即为最优推荐方案。

其中，为第i个方案对最优方案的组合权重值，是各方案对影响因素权重矩阵，是影响因素对最优方案权重向量。

3案例分析

本文以现实某地区100MW风电场接入系统项目为案例进行分析，接入前地区110kV及以上电网地理接线图如图1所示。根据风电场装机规模、升压站及周边电网情况，暂考虑以110kV电压等级接入电网。可供本工程接入的点主要有变电站B1、B2、B3、B4，其中B1、B2为220kV变电站，B1距风电场升压站距离为19km，110kV侧剩余备用出线间隔6个；B2变电站110kV侧已无备用间隔，扩建困难；B3、B4为110kV变电站，B3变电站已无110kV备用出线间隔，变电站周边房屋建筑较多扩建困难；B4变电站风电场升压站距离为15km，110kV侧剩余备用出线间隔2个。

图风电接入前110kV及以上电网地理接线图

根据以上边界条件，拟定接入方案两个：方案1，单回接入B4变电站；方案2单回接入B1变电站。接着，对各方案进行决策评价，接入方案选择主要受经济性C1（万元）、可靠性C2（%）、电能质量影响C3（%）、就地消纳情况C4（%）、电网及电源发展适应性C5（万元/MW）等五方面因素影响。

4结语

本文首先提出了风电接入系统的经济性、可靠性、电能质量影响、就地消纳情况、电网及电源发展适应性等影响因素，并给出了各影响因素具体量化方法及相关评价指标，其次采用层次分析法根据实际工作经验及多级校审结果对各接入影响因素进行权重赋值。通过对判断矩阵的求解，一致性校验，进而求取各方案组合权重值。最后提出了基于层次分析法的地区风电接入系统方案推荐的方法。通过工程案例验证了决策评价方法的有效性和可行性。