基于層次分析法的微網(wǎng)客戶對電網(wǎng)貢獻(xiàn)評價

魏 巍，艾 欣

(華北電力大學(xué) 新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實驗室，北京 102206)

0 引言

當(dāng)前，客戶成為了企業(yè)關(guān)注的中心。微網(wǎng)客戶對電網(wǎng)貢獻(xiàn)是指由客戶為企業(yè)帶來的價值收益，即客戶價值[1～3]，體現(xiàn)了客戶對企業(yè)的重要性。客戶為電力企業(yè)做出的貢獻(xiàn)越多，客戶為企業(yè)提供的價值也越大。因此，電力企業(yè)有必要對微網(wǎng)客戶對電網(wǎng)做出的貢獻(xiàn)進(jìn)行分析與評價，從而對客戶進(jìn)行分類管理，將企業(yè)的資源集中起來選擇那些對企業(yè)有貢獻(xiàn)的客戶進(jìn)行投入，進(jìn)一步吸引和保持高質(zhì)量的客戶，放棄那些對企業(yè)價值的增加影響不大的客戶。

現(xiàn)在國際社會對微網(wǎng)的經(jīng)營模式主要分為以下幾種:(a)供電公司擁有并經(jīng)營小區(qū)微網(wǎng)，并為用戶提供服務(wù); (b)某個機(jī)構(gòu)擁有并經(jīng)營微網(wǎng)，并向其自身成員提供服務(wù);(c)若干企業(yè)或個人共同擁有和經(jīng)營微網(wǎng)，為自己提供服務(wù)，所有用戶通過簽訂合同的形式加入;(d)一個用戶或企業(yè)擁有并經(jīng)營微網(wǎng)。針對中國國情，這些經(jīng)營微網(wǎng)的模式并不是都適用的，其中模式 (a)的可行性比較大，因此，本文所舉例的微網(wǎng)擬采用電力公司擁有所有權(quán)的經(jīng)營模式。

本文從企業(yè)角度出發(fā)，通過分析微網(wǎng)客戶對電網(wǎng)貢獻(xiàn)的影響因素，采用層次分析法構(gòu)建了微網(wǎng)客戶對電網(wǎng)貢獻(xiàn)的評價指標(biāo)模型，對采用電力公司擁有所有權(quán)的微網(wǎng)客戶對電網(wǎng)的貢獻(xiàn)進(jìn)行了分析與評價。

1 層次分析法 (AHP)簡介

層次分析法 (Analytic Hierarchy Process，AHP)[5～7]是美國運(yùn)籌學(xué)家、匹茲堡大學(xué)教授 T．L．Saaty于20世紀(jì)70年代初提出的一種定量和定性分析相結(jié)合的決策分析方法。其本質(zhì)上是一種決策思維方式，通過一定模式使人們的思維過程和主觀判斷實現(xiàn)規(guī)范化、數(shù)量化，從而使很多不確定因素得到很大程度降低，不僅簡化了系統(tǒng)分析與計算工作，而且有助于決策者保持其思維過程和決策過程原則的一致性。

AHP方法的思想是[8]將影響問題的定性的、主觀的因素通過判斷矩陣進(jìn)行量化，再結(jié)合定量信息進(jìn)行綜合決策。AHP的求解過程如下:

(1)建立評價指標(biāo)層次模型。分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、因素層，建立遞階層次結(jié)構(gòu)。其中目標(biāo)層為一個元素，是問題的最終目的;將影響問題決策的幾個大方面作為準(zhǔn)則層，準(zhǔn)則層可分多層;因素層是準(zhǔn)則層的細(xì)化，其中的元素均隸屬于準(zhǔn)則層中的一個或多個元素。

(2)采用“1－9標(biāo)度法”形成判斷矩陣，如表1所示。通過專家對某一層次中的所有元素，以所屬的上一層次中的某元素為準(zhǔn)則進(jìn)行兩兩比較，根據(jù)重要性等級賦值，從而可得到判斷矩陣A。

表1 1－9標(biāo)度法說明[9]Tab.1 1 － 9 Scale method instruction[9]

(3) 判斷矩陣權(quán)重求解[10]，步驟如下:

a．對判斷矩陣每列正規(guī)化:

b．將每列正規(guī)化的判斷矩陣ˉA按行加總:

c．對wi正規(guī)化:

所得W=(w1，w2∧wn)T為所求的最大特征值對應(yīng)的特征向量，判斷矩陣的最大特征值為判斷矩陣的階數(shù);

(4)對單一準(zhǔn)則下的元素進(jìn)行一致性檢驗，其步驟如下:

a．計算隨機(jī)一致性指標(biāo)CI:

b．計算一致性比率CR:CR=CI/RI，式中:RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，其數(shù)值如表2所示。

表2 矩陣階數(shù) n不同時對應(yīng)的標(biāo) RI值[11]Tab.2 Average random consistency index RI value[11]

當(dāng)CR=0時，比較矩陣具有完全一致性;當(dāng)CR＜0.1時，則認(rèn)為有滿意的一致性;否則，需對判斷矩陣RI進(jìn)行調(diào)整，返回步驟 (1)。1階和2階判斷矩陣具有完全一致性，RI值為0，不需計算;

(5)計算各層元素對目標(biāo)層權(quán)重合成并進(jìn)行一致性檢驗:計算同一層次所有元素對于最高層(目標(biāo)層)的相對重要性的排序權(quán)重，比重最大的因素即為對目標(biāo)影響最大的因素。

2 基于AHP的客戶對電網(wǎng)貢獻(xiàn)分析

現(xiàn)以某采用電力公司擁有所有權(quán)，具有微網(wǎng)結(jié)構(gòu)的智能用電小區(qū)為例，利用層次分析法對該微網(wǎng)內(nèi)的客戶對電網(wǎng)貢獻(xiàn)進(jìn)行分析。

(1)建立評價指標(biāo)層次模型

本文將智能用電小區(qū)的客戶對電網(wǎng)的貢獻(xiàn)作為總目標(biāo)層，將平衡本地電力需求和幫助電網(wǎng)安全運(yùn)行作為準(zhǔn)則層，而將平衡本地電力需求和幫助電網(wǎng)安全運(yùn)行的具體指標(biāo)作為因素層，如表3所示。

表3 微網(wǎng)客戶對電網(wǎng)貢獻(xiàn)的評價指標(biāo)模型Tab.3 Evaluation index model of the customer credit value in microgrid

(2)采用“1－9標(biāo)度法”形成判斷矩陣

對每一層中與上一層某因素有關(guān)的各因素根據(jù)重要性進(jìn)行兩兩比較，可以得到判斷矩陣如表4、表5、表6。

(3)判斷矩陣權(quán)重求解

根據(jù)AHP層次分析法，通過使用MATLAB軟件，將以上判斷矩陣分別按公式 (1)、公式(2)、公式 (3)、公式 (4)計算，得到判斷矩陣的權(quán)重如表4、表5、表6所示。

表4 A的判斷矩陣與指標(biāo)權(quán)重Tab.4 Judgment matrix and index weight of A

表5 A1的判斷矩陣與指標(biāo)權(quán)重Tab.5 Judgment matrix and index weight of A1

表6 A2的判斷矩陣與指標(biāo)權(quán)重Tab.6 Judgment matrix and index weight of A2

(4)一致性檢驗

A，A1均為2階判斷矩陣，具有完全一致性，RI值為0，不需計算;

利用MATLAB軟件算出:

A2的指標(biāo) λmax=3．039，CI=0.019，CR=0．033＜0.1，可見A2的判斷矩陣符合一致性。

最后，計算出各因素層對目標(biāo)層的綜合權(quán)重，微網(wǎng)客戶對電網(wǎng)貢獻(xiàn)的各指標(biāo)權(quán)重如表7所示。

表7 微網(wǎng)客戶對電網(wǎng)貢獻(xiàn)的各因素權(quán)重Tab.7 The factors weights of microgrid contribution to power grid

3 微網(wǎng)客戶對電網(wǎng)貢獻(xiàn)評價

根據(jù)上述層次分析法，對某采用電力公司擁有所有權(quán)的微網(wǎng)客戶對電網(wǎng)的貢獻(xiàn)進(jìn)行評價。在總排序權(quán)重表中。

并網(wǎng)對主網(wǎng)的影響所占的比重最大。對于大電網(wǎng)來說，微電網(wǎng)可被視為電網(wǎng)中的一個可控單元，其運(yùn)行方式有兩種，并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行。微網(wǎng)與大電網(wǎng)并列運(yùn)行應(yīng)該是微網(wǎng)的主要運(yùn)行方式，孤島自治運(yùn)行只是作為一種保護(hù)關(guān)鍵負(fù)荷的緊急運(yùn)行狀態(tài)，只有當(dāng)大電網(wǎng)出現(xiàn)電壓降落、故障、停電檢修等情況時才采取的運(yùn)行方式[12]。傳統(tǒng)大電網(wǎng)單一地由集中式大機(jī)組供電，而微網(wǎng)與主網(wǎng)并列運(yùn)行后，可以相互支援，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。對于主網(wǎng)，如果微網(wǎng)的數(shù)量規(guī)模達(dá)到一定水平，可以一定程度上彌補(bǔ)主網(wǎng)的電力不足，有效保證主網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行;對于微網(wǎng)，微網(wǎng)內(nèi)電力的不足部分可以由主網(wǎng)補(bǔ)充，多余的電力可以向主網(wǎng)輸送，有利于實現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)的供需動態(tài)平衡，使得微網(wǎng)內(nèi)電源始終運(yùn)行在比較穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的工況下，同時也保證了用戶的電能質(zhì)量[13]。可見，微網(wǎng)客戶并網(wǎng)運(yùn)行不僅可以給大電網(wǎng)一定的功率支撐，對大電網(wǎng)安全運(yùn)行起到積極作用，同時對自身的用電質(zhì)量也有一定的保障。希望電力企業(yè)對并網(wǎng)時對主網(wǎng)的影響引起一定的關(guān)注，從而促使微網(wǎng)客戶為電網(wǎng)做出更多的貢獻(xiàn)。

“削峰填谷”中起到的作用所占的比重次之。由于微網(wǎng)可通過為客戶提供雙向互動服務(wù)[14]有效實現(xiàn)需求側(cè)管理，使微網(wǎng)客戶可根據(jù)電網(wǎng)發(fā)布的電價調(diào)整時段用電，這樣，不僅可以使客戶節(jié)約更多的電費(fèi)，同時也使供電公司減小了負(fù)荷高峰期的壓力，降低了電網(wǎng)運(yùn)行成本，達(dá)到了削峰填谷的效果。不僅為電網(wǎng)節(jié)省了資源，提高了利用能源的效率，同時也平衡了電網(wǎng)負(fù)荷。因此，供電公司可以通過實時的電價系統(tǒng)[15，16]，為用戶提供更多樣化的用電信息，使更多的用戶可以錯峰用電，利用電價的杠桿來達(dá)到削峰填谷的目的，這樣不僅提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也提高了客戶為電網(wǎng)做出的貢獻(xiàn)，提高了客戶對企業(yè)帶來的價值。同時，智能用電小區(qū)應(yīng)建有電動汽車的充電樁，以滿足擁有電動汽車的客戶的需求，并鼓勵其利用夜間和其他低谷時段充電，負(fù)荷高峰時設(shè)定電動汽車為放電模式，削峰填谷，來平衡電網(wǎng)負(fù)荷，同時也有助于安排調(diào)度機(jī)組。

可否提供緊急功率支持所占比重為第三。微網(wǎng)中的分布式發(fā)電系統(tǒng)要存儲一定數(shù)量的電能，用以應(yīng)付突發(fā)事件[17]。因此，儲能技術(shù)在分布式發(fā)電中起到了重要作用。微網(wǎng)與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時，有了足夠的儲存電力，智能用電小區(qū)成為可調(diào)度的機(jī)組單元。微網(wǎng)客戶可以用自己擁有的分布式電源根據(jù)不同情況向電力公司賣電，一方面可以為大電網(wǎng)提供調(diào)峰和緊急功率支持等服務(wù)，另一方面客戶本身也可以獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。這樣，用戶的用電習(xí)慣就發(fā)生了改變。因此，電力企業(yè)可以根據(jù)用戶為電力企業(yè)提供的削峰、緊急功率支持等服務(wù)的情況，給予一定的獎勵政策，從而將突發(fā)事件的概率降低到最小。

可否滿足電網(wǎng)電力增長需求也占有相當(dāng)?shù)谋戎亍Ｖ悄苡秒娦^(qū)配備了分布式電源和儲能設(shè)備以滿足小區(qū)內(nèi)部負(fù)荷的電能和熱能需求[18]，分布式發(fā)電與儲能系統(tǒng)使小區(qū)的能源結(jié)構(gòu)多樣化，并與傳統(tǒng)能源供應(yīng)體系形成互補(bǔ)體系，不僅減少了化石燃料的消耗，降低了碳排放量，而且增加了電力供應(yīng)，滿足了電力增長的需求。

可否作為黑啟動備用電源所占的比重最小。微網(wǎng)作為大電網(wǎng)下的一個可控單元，可以參與電網(wǎng)的調(diào)峰，分擔(dān)電網(wǎng)的部分負(fù)荷。在系統(tǒng)發(fā)生重大事故時，微網(wǎng)內(nèi)部分布式電源可作為系統(tǒng)黑啟動的備用電源，提高系統(tǒng)的自恢復(fù)能力。在電網(wǎng)大面積停電后，采取電網(wǎng)黑啟動措施，將大大減少電網(wǎng)停電時間，盡快恢復(fù)電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

在準(zhǔn)則層中:

微網(wǎng)客戶幫助電網(wǎng)安全運(yùn)行比平衡本地電力需求占的比重大一些。電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行是電力系統(tǒng)運(yùn)行的最基本要求。在保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)之上，鼓勵更多的用戶根據(jù)電網(wǎng)發(fā)布的電價調(diào)整時段用電，削峰填谷，平衡本地的電力需求。

在總排序權(quán)重表中，可以看出微網(wǎng)并網(wǎng)對主網(wǎng)的影響和小區(qū)在“削峰填谷”中起到的作用，這兩個因素使客戶對電網(wǎng)產(chǎn)生的貢獻(xiàn)最大，為電力企業(yè)帶來的價值也越多。電力企業(yè)應(yīng)該采取一定的優(yōu)惠政策來提倡更多的客戶在并網(wǎng)和“削峰填谷”中起到積極作用，及時配合主網(wǎng)的操作，從而增加電力企業(yè)的收益。這對微網(wǎng)的商業(yè)推廣和運(yùn)行管理都具有良好的促進(jìn)作用。

4 結(jié)論

本文采用層次分析法對微網(wǎng)客戶對電網(wǎng)貢獻(xiàn)相關(guān)影響因素進(jìn)行了分析，了解到客戶對電網(wǎng)貢獻(xiàn)影響因素的比重分布，同時對影響因素進(jìn)行了分析，為微網(wǎng)的商業(yè)推廣提供了一定的依據(jù)。

但本文只對采用電力公司擁有所有權(quán)的微網(wǎng)客戶所做的貢獻(xiàn)進(jìn)行了評價。在評價客戶對電網(wǎng)貢獻(xiàn)的具體操作中，應(yīng)根據(jù)微網(wǎng)的經(jīng)營模式的不同加以具體分析，將相關(guān)的指標(biāo)予以調(diào)整并加以細(xì)化。電力公司擁有所有權(quán)是在考慮用戶的電力需求前提下，用戶幫助電力公司實現(xiàn)整個電網(wǎng)的供需平衡;用戶擁有所有權(quán)是用戶根據(jù)自身的電力需求運(yùn)行小區(qū)微電網(wǎng);若干企業(yè)或個人共同擁有和經(jīng)營微網(wǎng)是為自己提供服務(wù)，所有用戶通過簽訂合同的形式加入。當(dāng)微網(wǎng)采用的經(jīng)營模式不同時，其準(zhǔn)則層和因素層的指標(biāo)因素應(yīng)根據(jù)具體所采用的經(jīng)營模式做出相應(yīng)調(diào)整。此時，應(yīng)根據(jù)微網(wǎng)的實際運(yùn)行情況，重新分析該微網(wǎng)所采用的經(jīng)營模式下客戶對電網(wǎng)貢獻(xiàn)的影響因素，構(gòu)建客戶對電網(wǎng)貢獻(xiàn)的評價指標(biāo)模型，并采用層次分析法計算各因素的比重分布，進(jìn)而對影響因素進(jìn)行分析與評價，以有利于企業(yè)更好地挖掘有價值的客戶，實現(xiàn)雙方效益最優(yōu)。

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