智能配用電系統(tǒng)綜合效益分析模型研究

孫強(qiáng)，傅旭華，王林鈺，劉斌，王坤，李宏仲

（1.國網(wǎng)能源研究院，北京 102209；2.國網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，浙江杭州 310008；3.上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院，上海 200090）

智能配用電系統(tǒng)綜合效益分析模型研究

孫強(qiáng)1，傅旭華2，王林鈺1，劉斌3，王坤2，李宏仲3

（1.國網(wǎng)能源研究院，北京 102209；2.國網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，浙江杭州 310008；3.上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院，上海 200090）

以智能配用電系統(tǒng)的典型特征為基礎(chǔ)，梳理具有代表性的典型智能配用電系統(tǒng)業(yè)務(wù)，并從全社會(huì)的角度出發(fā)，針對(duì)儲(chǔ)能裝置、分布式電源（DG）、充電站、微電網(wǎng)和智能家居等智能配用電系統(tǒng)中的典型設(shè)備，建立成本效益模型。通過提煉各種業(yè)務(wù)間關(guān)聯(lián)關(guān)系，提出較為完備的自底向上的智能配用電系統(tǒng)綜合效益分析模型。結(jié)合算例，對(duì)含有BESS、DG和電動(dòng)汽車充換電站的配用電系統(tǒng)進(jìn)行了綜合效益評(píng)估，并分析了當(dāng)多種智能業(yè)務(wù)同時(shí)存在時(shí)，單一業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)損效益、可靠性效益的貢獻(xiàn)度。為以后智能配用電系統(tǒng)綜合經(jīng)濟(jì)性的評(píng)估和不同業(yè)務(wù)對(duì)效益的貢獻(xiàn)分析提供了一定依據(jù)。

智能配電網(wǎng)；配用電系統(tǒng)；典型業(yè)務(wù)；綜合效益

自2009年國家電網(wǎng)公司提出建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)以來，我國的智能電網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)取得巨大成就，并逐步從以特高壓為核心的輸電網(wǎng)深入到配用電系統(tǒng)領(lǐng)域[1-2]。配用電系統(tǒng)是電網(wǎng)系統(tǒng)智能化的重要突破口，其智能化水平對(duì)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的整體性能有著巨大影響。智能配用電系統(tǒng)綜合運(yùn)用現(xiàn)代通信、信息、自動(dòng)控制、高級(jí)量測等技術(shù)，通過用電信息采集、雙向互動(dòng)服務(wù)、配電自動(dòng)化、電動(dòng)汽車有序充電、分布式電源控制、儲(chǔ)能等技術(shù)提供多樣化的優(yōu)質(zhì)用電服務(wù)，提高電網(wǎng)可靠性、安全性，減小電網(wǎng)損耗，提高能源利用效率，滿足電動(dòng)汽車、DG和分布式儲(chǔ)能等新能源的接入與推廣應(yīng)用[3-5]。

大量新型智能化業(yè)務(wù)的出現(xiàn)和對(duì)原有元件的替代，使得智能配用電系統(tǒng)相比傳統(tǒng)配用電系統(tǒng)具有更加智能化的功能和特性，對(duì)配用電系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)營帶來顯著的影響。分析各類新型業(yè)務(wù)本身的綜合效益，以及應(yīng)用到電力系統(tǒng)中時(shí)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)其他業(yè)務(wù)以及配用電系統(tǒng)整體綜合效益的影響，對(duì)于合理安排智能化技術(shù)推廣應(yīng)用、科學(xué)推進(jìn)智能配用電系統(tǒng)建設(shè)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 智能配用電系統(tǒng)綜合效益分析模型研究現(xiàn)狀

伴隨智能配用電系統(tǒng)的發(fā)展，已經(jīng)開展了一些智能化業(yè)務(wù)效益分析的研究。目前已有的研究主要專注于某一類智能化典型業(yè)務(wù)的分析，如針對(duì)獨(dú)立儲(chǔ)能、DG、電動(dòng)汽車充換電站、微電網(wǎng)等智能業(yè)務(wù)的效益研究[6-11]。

對(duì)于智能配用電系統(tǒng)來說，它結(jié)合了多種不同的典型業(yè)務(wù)，每一種業(yè)務(wù)對(duì)系統(tǒng)整體性能有不同程度的影響；不同業(yè)務(wù)之間，如儲(chǔ)能和DG，微電網(wǎng)與儲(chǔ)能、DG之間都存在著包含或關(guān)聯(lián)關(guān)系，它們共同作用于智能配用電系統(tǒng)。因此，當(dāng)多類智能業(yè)務(wù)同時(shí)用于配電系統(tǒng)時(shí)，僅依靠對(duì)單獨(dú)業(yè)務(wù)的分析，并進(jìn)行疊加，雖然能了解效益來源，但容易造成實(shí)際效果的重復(fù)計(jì)算；而直接從整體分析，則能得出比較系統(tǒng)的綜合效益值，但對(duì)效益來源比較模糊，不能根據(jù)需求開展具體的業(yè)務(wù)建設(shè)和規(guī)模調(diào)整等工作。文獻(xiàn)[12]將智能電網(wǎng)建設(shè)的總體效益分為不同的類別，建立了不同的指標(biāo)，最終計(jì)算出投入產(chǎn)出，方法主要分析了產(chǎn)出結(jié)果，而對(duì)產(chǎn)出來源沒有進(jìn)行明確界定。

本文在建立各智能設(shè)備成本效益模型的基礎(chǔ)上，研究分析配用電系統(tǒng)整體的綜合效益，并通過算例進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)針對(duì)效益的關(guān)聯(lián)部分進(jìn)行了靈敏度分析，得到各智能設(shè)備對(duì)各類效益的貢獻(xiàn)度影響。

2 智能配用電系統(tǒng)綜合效益分析模型

智能配用電系統(tǒng)綜合效益的分析采用投入產(chǎn)出方法，并結(jié)合全壽命周期理論，在對(duì)單項(xiàng)業(yè)務(wù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析的基礎(chǔ)上建立綜合效益的經(jīng)濟(jì)模型。對(duì)于無關(guān)聯(lián)關(guān)系的效益因素，仍采用單獨(dú)效益加和的結(jié)果，而對(duì)于具有重疊或互相影響關(guān)系的效益，利用實(shí)時(shí)仿真獲取整體效益，如與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算有關(guān)的網(wǎng)損效益和可靠性效益。智能配用電系統(tǒng)的年綜合效益模型可以表示為：

式中：E為多種智能業(yè)務(wù)同時(shí)存在時(shí)系統(tǒng)的綜合效益年值；Ca為每年的成本值。

2.1 效益模型

2.1.1 減少電網(wǎng)擴(kuò)建效益

在具有很高輸配電建設(shè)成本的地區(qū)，為滿足較小的負(fù)荷增長而需要新建輸配電線路及其配套設(shè)備時(shí)，負(fù)荷側(cè)就地配置儲(chǔ)能、DG或微電網(wǎng)均可以減少新建輸配電設(shè)備所帶來的高額投資，從而起到減少電網(wǎng)擴(kuò)建的作用，所帶來的減少電網(wǎng)擴(kuò)建的等效效益為：

式中：Cd為配電網(wǎng)的單位造價(jià)，萬元/MW；λd為配電設(shè)備的固定資產(chǎn)折舊率；η、ξ、ζ分別為儲(chǔ)能效率、各類DG的實(shí)際發(fā)電效率、微電網(wǎng)中微電源的實(shí)際發(fā)電效率；Psmax、Prmax、Pmmax分別為儲(chǔ)能、DG和微電網(wǎng)中微電源的額定功率，MW。

2.1.2 網(wǎng)損效益

儲(chǔ)能、充換電站、DG和微電網(wǎng)的合理配置可實(shí)現(xiàn)削峰填谷，拉平負(fù)荷曲線，提高負(fù)荷率，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的就地供電，減少長距離輸電傳輸所帶來的網(wǎng)損。網(wǎng)損與配電網(wǎng)的實(shí)際潮流有關(guān)，在計(jì)算網(wǎng)損效益時(shí)可以在軟件部分將所需的多種智能業(yè)務(wù)同時(shí)接入系統(tǒng)中，運(yùn)行潮流得到相關(guān)的網(wǎng)損指標(biāo)。則智能配用電系統(tǒng)的年網(wǎng)損效益為：

式中：ξif和ξil分別為配網(wǎng)系統(tǒng)安裝智能業(yè)務(wù)前后系統(tǒng)的網(wǎng)損，MW；ei為第i小時(shí)的實(shí)時(shí)電價(jià)。

2.1.3 可靠性效益

儲(chǔ)能、DG和微電網(wǎng)等智能業(yè)務(wù)在系統(tǒng)故障時(shí)均可以作為其備用電源，及時(shí)為用戶提供電能，減少用戶的停電時(shí)間；配電自動(dòng)化的使用可以實(shí)現(xiàn)迅速定位故障點(diǎn)、隔離非故障區(qū)域、有效控制故障范圍和時(shí)間，同時(shí)又可以大大提高倒閘操作的效率并減少由于停送操作引起的無謂停電，從而提高系統(tǒng)可靠性。由于某一供電可靠性水平下的經(jīng)濟(jì)效益較難評(píng)估，可以對(duì)可靠性作間接定性評(píng)估。系統(tǒng)的可靠性效益為：

式中：ENSIf和ENSIl分別為安裝智能業(yè)務(wù)前后系統(tǒng)的缺供電量，可通過仿真得到；IEAR為缺電損失評(píng)價(jià)率，即由于電力供給不足或中斷所引起用戶缺電、停電造成的經(jīng)濟(jì)損失，可視智能業(yè)務(wù)安裝點(diǎn)的性質(zhì)而定，在不確定其安裝點(diǎn)的情況下，取該地單位電量的GDP產(chǎn)值。

2.1.4 環(huán)境效益

在中國發(fā)電能源結(jié)構(gòu)中，煤炭所占比例最大，提供了約80%的電力。集中式燃煤發(fā)電所產(chǎn)生的主要污染物有SO2、CO2、NOx、CO等[13-14]。DG和微電網(wǎng)中的微電源往往以天然氣、H2或風(fēng)力、太陽能可再生清潔能源為發(fā)電原料，能大大減少污染物的排放。除此之外，隨著電動(dòng)汽車的普及，社會(huì)對(duì)傳統(tǒng)燃油汽車的需求量逐漸減小，減少了汽車尾氣的排放，從而具有良好的環(huán)境價(jià)值。

式中：Er4、Em4和Ee3分別為DG、電動(dòng)汽車充換電站和微電網(wǎng)分別對(duì)應(yīng)的環(huán)境效益模型；vi，j和vj，k分別為DG和微電網(wǎng)中j種DG的第i種污染物和k種微電源的第j種污染物的排放系數(shù)；v0，i和v0，j為DG和微電網(wǎng)中集中式燃煤發(fā)電的第i和j種污染物的排放系數(shù)；Vi、Vj為DG和微電網(wǎng)相應(yīng)污染物的環(huán)境價(jià)值；k和M分別為DG和微電網(wǎng)污染物的種類；tAV，j和tAV，k分別為第j種DG和微電源中第k種微電源的年設(shè)備平均利用小時(shí)數(shù)；tAV為DG或微電網(wǎng)中微電源的綜合平均利用小時(shí)數(shù)；Pr和Pm分別為DG和微電網(wǎng)中微電源的發(fā)電量；NRES為基于傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電的微電源類型集合；VdCO2、VdCO、VdNOx和VdCN分別CO2、CO、CN化合物和NOx的排放價(jià)格，元/kg；KdCO2、KdCO、KdNOx和KdCN分別為相應(yīng)污染物的減排系數(shù)，kg/100 km；Lj為第j種（公交車、公務(wù)車、出租車和私家車）電動(dòng)汽車的日均行駛里程，km；Nj為相應(yīng)種類電動(dòng)汽車的輛數(shù)。

2.1.5 節(jié)能效益

可再生清潔能源DG及微電網(wǎng)中微電源的使用，可以減少化石能源的消耗；電動(dòng)汽車充換電站的完善可以促進(jìn)電動(dòng)汽車的使用，減少對(duì)燃油的需求量；智能家居作為減少家庭能耗的一大利器，具有明顯的節(jié)能效益；而配電自動(dòng)化的使用，可以節(jié)約日常現(xiàn)場操作、故障現(xiàn)場監(jiān)測等成本，從而產(chǎn)生節(jié)能效益。綜上，節(jié)能效益可以表示為：

式中：Eh、Ed2、Er5、Em5和Ee4分別為智能家居、配電自動(dòng)化、DG、微電網(wǎng)和充換電站所產(chǎn)生的節(jié)能效益；Mc為火電機(jī)組產(chǎn)生單位電能所消耗的煤炭量，g/kW·h；pc為煤炭價(jià)格，萬元/t；m為配網(wǎng)中可再生能源DG和微電網(wǎng)中微電源的數(shù)量；Er，i和Em，i分別為第i個(gè)可再生能源DG和微電源的年總發(fā)電量；乘用車包括3種，即電動(dòng)出租車、電動(dòng)私家車和電動(dòng)公務(wù)車。L公交和L乘用為相應(yīng)某種電動(dòng)汽車的日均行駛里程，km；N公交和N乘用為相應(yīng)某種電動(dòng)汽車的輛數(shù)；cc為標(biāo)準(zhǔn)煤的價(jià)格；Kc，公交和Kc，乘用為電動(dòng)公交車和乘務(wù)車的耗煤系數(shù)；co，公交和co，乘用為公交車和乘務(wù)車所使用0號(hào)柴油和93號(hào)汽油的價(jià)格；Ko，公交和Ko，乘用為公交車和乘務(wù)車相應(yīng)的油耗[15]。

2.1.6 低儲(chǔ)高發(fā)效益

所謂低儲(chǔ)高發(fā)，即在負(fù)荷低谷期、電價(jià)較低時(shí)儲(chǔ)存電能，在負(fù)荷高峰期、電價(jià)較高時(shí)釋放電能所獲得的經(jīng)濟(jì)效益。儲(chǔ)能系統(tǒng)具有明顯的低儲(chǔ)高發(fā)效益，電動(dòng)汽車充換電站可以在電價(jià)較低時(shí)，對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電、換電；而在用電高峰期、電價(jià)較高時(shí)，使用低谷時(shí)充好的電池進(jìn)行換電，其產(chǎn)生的充換電效益也可視作為低儲(chǔ)高發(fā)效益，則該項(xiàng)年效益可以表示為：

式中：Es3、Ee2和Ee5分別為儲(chǔ)能的低儲(chǔ)高發(fā)效益、電動(dòng)汽車充換電站的換電效益和充電效益；P+i和P－i分別為第i小時(shí)段儲(chǔ)能的放電功率和充電功率（負(fù)荷低谷時(shí)凈充電，負(fù)荷高峰時(shí)凈放電）；n為儲(chǔ)能裝置年投運(yùn)天數(shù)；ei為i小時(shí)段的電價(jià)；ehb和ehs分別為電動(dòng)公交車和電動(dòng)乘用車（出租車、私家車和公務(wù)車）的換電服務(wù)價(jià)格；Qkmax為第k輛電動(dòng)公交車所需的電池容量，kW·h；nk為第k輛電動(dòng)公交車一年內(nèi)的換電次數(shù)；Qdmax為第d輛電動(dòng)出租所需的電池容量，kW·h；nd為第d輛電動(dòng)出租車1 a內(nèi)的換電次數(shù)；Qk、Qd、Qm和Qg分別為公交車第k次、出租車第d次、公務(wù)車第m次和私家車第g次所需充電的充電量，kW·h；ecb和ecs分別為電動(dòng)公交車和乘用車的充電服務(wù)價(jià)格；n′k、n′d、n′m和n′g分別為公交車、出租車、公務(wù)車和私家車1 a內(nèi)對(duì)應(yīng)的充電次數(shù)；ηc為充電站的轉(zhuǎn)換效率，按90%考慮。

2.1.7 其他效益

其他效益主要指儲(chǔ)能系統(tǒng)的新能源并網(wǎng)備用容量。由于分布式新能源發(fā)電的功率輸出具有很大的隨機(jī)性和波動(dòng)性，所以當(dāng)建設(shè)DG系統(tǒng)時(shí)需要配備與風(fēng)電場額定容量相當(dāng)?shù)膫溆萌萘恳詰?yīng)對(duì)其波動(dòng)性。蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以快速調(diào)節(jié)其消耗及發(fā)出的功率，可以更好地代替常規(guī)電源作為新能源發(fā)電的備用容量。為方便計(jì)算，將儲(chǔ)能理想化為均勻充放電，所以在其充放電期間，剩余電量在0～PsmaxT之間服從均勻分布，其儲(chǔ)存電量期望值為0.5PsmaxT。該項(xiàng)效益可以表示為：

式中：es為備用容量的價(jià)格，萬元/（MW·a）；T為儲(chǔ)能裝置以功率Psmax充電的持續(xù)時(shí)間，h。

綜上所述，智能配用電系統(tǒng)所產(chǎn)生的綜合效益年值可以表示為：

2.2 成本模型

從全壽命周期成本的角度出發(fā)，智能化典型業(yè)務(wù)的成本可以分為初期投資成本、運(yùn)行維護(hù)成本和退役成本。

2.2.1 初期投資成本

智能業(yè)務(wù)的初期投資成本由規(guī)劃設(shè)計(jì)成本、物資采購成本和工程建設(shè)成本組成。其中，規(guī)劃設(shè)計(jì)成本即為可研及初設(shè)費(fèi)；物資采購成本包括設(shè)備費(fèi)和運(yùn)輸費(fèi)；工程建設(shè)成本包括設(shè)計(jì)費(fèi)、安裝調(diào)試費(fèi)、場地費(fèi)和驗(yàn)收費(fèi)。綜上所述，初期投資成本可以表示為：

2.2.2 運(yùn)行維護(hù)成本

不同智能業(yè)務(wù)其運(yùn)行維護(hù)成本組成不同，且隨著智能業(yè)務(wù)投入運(yùn)行時(shí)間的增長，其每年的運(yùn)維成本也在不斷變化。從綜合成本的角度考慮，則運(yùn)行維護(hù)成本可以表示為：

式中：ρ為單位容量的年運(yùn)維成本，萬元/MV·a；Pmax為所有智能業(yè)務(wù)的總?cè)萘俊?/p>

2.2.3 退役成本

不同智能業(yè)務(wù)在退役時(shí)由于其自身的特殊性，可能會(huì)產(chǎn)生一定量的環(huán)保費(fèi)用支出，同時(shí)在壽命期末處置該類長期資產(chǎn)時(shí)會(huì)獲得一定的價(jià)值，利用雙倍余額遞減法，可計(jì)算得到智能業(yè)務(wù)的殘值，在折舊年限Ni到達(dá)時(shí)智能業(yè)務(wù)產(chǎn)生的殘值可以表示為：

則智能業(yè)務(wù)全壽命周期內(nèi)的退役成本可以寫為：

根據(jù)全壽命周期成本理論，在設(shè)備的生命周期內(nèi)，應(yīng)當(dāng)考慮通化膨脹、稅收等因素所得到的社會(huì)折現(xiàn)率。則智能業(yè)務(wù)的年平均總成本可以表示為：

式中：r為年折現(xiàn)率。

3 效益的貢獻(xiàn)度

在智能配電網(wǎng)系統(tǒng)的效益分析中，由于各種智能業(yè)務(wù)產(chǎn)生的網(wǎng)損效益和可靠性效益跟網(wǎng)絡(luò)計(jì)算相關(guān)，且單項(xiàng)業(yè)務(wù)所產(chǎn)生的兩項(xiàng)效益并不是完全獨(dú)立的，它們之間相互關(guān)聯(lián)并存在重疊部分，所以為了避免重復(fù)計(jì)算，利用軟件仿真從整體上對(duì)2項(xiàng)效益進(jìn)行求解。為了解決各種智能業(yè)務(wù)接入配網(wǎng)后，單一智能業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)損效益和可靠性效益的貢獻(xiàn)程度，現(xiàn)引入網(wǎng)損靈敏度和可靠性靈敏度的概念。

3.1 網(wǎng)損效益的貢獻(xiàn)度

當(dāng)多種智能設(shè)備或系統(tǒng)接入配電網(wǎng)中時(shí)，由于其作為引入配網(wǎng)的新負(fù)荷或新電源會(huì)引起某些節(jié)點(diǎn)處注入功率的變化，從而對(duì)潮流及線路網(wǎng)損產(chǎn)生影響。所以，網(wǎng)損靈敏度可反映發(fā)電機(jī)、負(fù)荷的注入功率對(duì)網(wǎng)損的影響程度，即可以反映智能業(yè)務(wù)的接入對(duì)網(wǎng)損的影響。

在有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中，若除了節(jié)點(diǎn)i和平衡節(jié)點(diǎn)S外，其他節(jié)點(diǎn)注入的有功和無功功率均不變，則系統(tǒng)中產(chǎn)生的網(wǎng)損只是由i和S兩節(jié)點(diǎn)處注入的有功功率變化引起的。網(wǎng)損靈敏度可以表示為[16]：

式中：Pi為智能業(yè)務(wù)的功率；系數(shù)矩陣為極坐標(biāo)表示時(shí)牛頓-拉夫遜潮流計(jì)算修正方程式的雅克比矩陣。

根據(jù)網(wǎng)損效益的計(jì)算公式可以求解出當(dāng)q個(gè)智能業(yè)務(wù)同時(shí)接入同一配電系統(tǒng)中時(shí)，系統(tǒng)的網(wǎng)損總效益為El，則第p個(gè)智能業(yè)務(wù)所產(chǎn)生的網(wǎng)損效益為：

式中：λp為第p個(gè)智能業(yè)務(wù)的網(wǎng)損靈敏度，即單一智能業(yè)務(wù)的網(wǎng)損靈敏度；分母為接入配電網(wǎng)絡(luò)中的所有智能業(yè)務(wù)的網(wǎng)損靈敏度之和。

3.2 可靠性效益的貢獻(xiàn)度

智能配用電系統(tǒng)中的不同智能業(yè)務(wù)均可以提高系統(tǒng)的可靠性，但所提高的可靠性并不等于各類業(yè)務(wù)單獨(dú)接入時(shí)所提高可靠性的單純組合。為了研究當(dāng)有多種智能業(yè)務(wù)接入同一個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，單一智能業(yè)務(wù)對(duì)系統(tǒng)可靠性效益所作出的貢獻(xiàn)，就需要研究可靠性對(duì)單一智能業(yè)務(wù)的靈敏度。

該部分采用內(nèi)嵌式的靈敏度分析方法進(jìn)行可靠性效益貢獻(xiàn)度的分析。雖然不同類型的智能業(yè)務(wù)特性不同，但其接入配電網(wǎng)后均可以等效為電源或負(fù)荷，并對(duì)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)產(chǎn)生影響。

本文選取2個(gè)可靠性指標(biāo)：智能業(yè)務(wù)對(duì)系統(tǒng)停電率的靈敏度λu、對(duì)系統(tǒng)停電時(shí)間的靈敏度λt。設(shè)有q個(gè)智能業(yè)務(wù)同時(shí)接入同一配電網(wǎng)絡(luò)中，則第p個(gè)智能業(yè)務(wù)對(duì)系統(tǒng)停電率的靈敏度為λup，對(duì)系統(tǒng)停電時(shí)間的靈敏度為λtp，則單一智能業(yè)務(wù)的可靠性靈敏度為：

根據(jù)式（4）可靠性效益計(jì)算公式可以求得當(dāng)q個(gè)智能業(yè)務(wù)同時(shí)接入同一配電系統(tǒng)中時(shí)系統(tǒng)總的可靠性效益Er，則第p個(gè)智能設(shè)備所產(chǎn)生的可靠性效益為：

4 算例分析

4.1 算例描述

算例選取某區(qū)域的一條10 kV配電線路。該算例線路的供電半徑較長，節(jié)點(diǎn)較多，有2塊重負(fù)荷區(qū)域，分別為：節(jié)點(diǎn)23和節(jié)點(diǎn)25。該配網(wǎng)系統(tǒng)的日負(fù)荷曲線如圖1所示。

圖1 算例系統(tǒng)的日負(fù)荷曲線Fig.1 Daily load curve of an example system

4.2 智能配用電系統(tǒng)的綜合效益

為了評(píng)估智能配用電系統(tǒng)的綜合效益，在配電網(wǎng)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)23、3、4處分別接入大小為0.3 MW的分布式電源、0.2 MW的儲(chǔ)能和0.3 MW的電動(dòng)汽車充換電站。為了計(jì)算方便，3種智能業(yè)務(wù)的壽命年限均取15 a。通過仿真運(yùn)算，可以得到該智能配用電系統(tǒng)的成本效益組成及系統(tǒng)的綜合效益，如表1所示。

表1 智能配用電系統(tǒng)的成本效益組成Tab.1 The structure of cost and benefit for smart distribution and utilization system

由表1可以看出，智能配用電系統(tǒng)的使用具有一定的社會(huì)效益，其中低儲(chǔ)高發(fā)效益和可靠性效益最可觀。

4.3 不同智能業(yè)務(wù)對(duì)效益的貢獻(xiàn)度

智能配用電系統(tǒng)的網(wǎng)損效益和可靠性效益與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算相關(guān)，所以當(dāng)不同智能業(yè)務(wù)同時(shí)存在于同一配電網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，各類單一智能業(yè)務(wù)產(chǎn)生的網(wǎng)損效益（可靠性效益）簡單加和并不等于系統(tǒng)所產(chǎn)生的綜合網(wǎng)損效益。為了研究不同智能業(yè)務(wù)對(duì)與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算相關(guān)效益的貢獻(xiàn)程度，需要對(duì)其相應(yīng)效益的靈敏度進(jìn)行分析。通過算例仿真，得到BESS、DG和充換電站對(duì)網(wǎng)損效益和可靠性效益的貢獻(xiàn)度，分別如圖2和圖3所示。

圖2 不同智能業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)損效益的貢獻(xiàn)度Fig.2 Contribution degree of different smart devices to the net loss benefit

圖3 不同智能業(yè)務(wù)對(duì)可靠性效益的貢獻(xiàn)度Fig.3 Contribution degree of different smart devices to the reliability benefit

由于本文在對(duì)智能業(yè)務(wù)所產(chǎn)生綜合效益的處理上，忽略了其自身的特性，將其視為系統(tǒng)新接入的電源或負(fù)荷。所以從上圖可以看出，同一容量的不同智能業(yè)務(wù)對(duì)可靠性效益和網(wǎng)損效益的貢獻(xiàn)度有所不同。DG和充換電站的安裝容量相同，但由于兩者的安裝位置不同，對(duì)兩種效益的影響程度有差異。DG與充換電站相比對(duì)，其網(wǎng)損效益的貢獻(xiàn)度高，為18%，而可靠性效益卻低，為1%。

網(wǎng)損效益與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算相關(guān)，智能業(yè)務(wù)的安裝位置和安裝容量均會(huì)引起系統(tǒng)潮流的變化，從而產(chǎn)生相應(yīng)的網(wǎng)損效益。所以，不同智能業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)損效益的影響會(huì)同時(shí)受安裝位置和安裝容量的影響，如圖2所示。而可靠性效益的計(jì)算過程中，其算法采用的是回路搜索法，計(jì)算時(shí)只搜索與某一負(fù)荷點(diǎn)具有影響的設(shè)備，即可靠性效益與智能業(yè)務(wù)的安裝位置有關(guān)，而與其容量無關(guān)。所以由圖3可知，智能業(yè)務(wù)所產(chǎn)生的可靠性效益與其安裝容量并不成比例關(guān)系。

5 結(jié)語

本文在分析前人研究的基礎(chǔ)上，建立了智能配用電系統(tǒng)中各智能業(yè)務(wù)的成本效益模型，并提出了較為完備的綜合效益分析模型。對(duì)于與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算相關(guān)的網(wǎng)損效益和可靠性效益，由于多個(gè)智能業(yè)務(wù)同時(shí)存在時(shí)所產(chǎn)生的兩項(xiàng)效益會(huì)存在一定的冗余，所以引入了網(wǎng)損靈敏度和可靠性靈敏度的概念來分析不同智能業(yè)務(wù)對(duì)綜合網(wǎng)損效益和綜合可靠性效益的貢獻(xiàn)程度。以此為基礎(chǔ)并結(jié)合算例，對(duì)含有BESS、DG和電動(dòng)汽車充換電站的配用電系統(tǒng)進(jìn)行了綜合效益評(píng)估，并分析了當(dāng)多種智能業(yè)務(wù)同時(shí)存在時(shí)，單一業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)損效益、可靠性效益的貢獻(xiàn)度。為以后智能配用電系統(tǒng)綜合經(jīng)濟(jì)性的評(píng)估和不同業(yè)務(wù)對(duì)效益的貢獻(xiàn)分析提供了一定依據(jù)。

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Study on Comprehensive Benefit Analysis Model of Smart Distribution and Utilization System

SUN Qiang1，F(xiàn)U Xuhua2，WANG Linyu1，LIU Bin3，WANG Kun2，LI Hongzhong3
（1.State Grid Energy Research Institute，Beijing 102209，China；2.Economics Technology Research Institute，State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310008，Zhejiang，China；3.College of Electrical Engineering，Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China）

Starting from the characteristics of the smart distribution and utilization system，typical and representative applications are summarized in this paper for further research.The comprehensive benefit analysis model of smart distribution and utilization system viewed from the perspective of the entire society，taking the battery-energy storage system（BESS），distributed generation（DG），charging station，microgrid and smart home into account，is introduced on the basis of establishing the cost benefit models of all kinds of smart devices through extracting the correlation among the various business from the bottom to the top.Combined with an example，the comprehensive benefit of smart distribution and utilization system and the contribution degrees of smart devices to the benefits are analyzed．

smart devices；comprehensive benefit；installation position；configuration capacity

2015-09-25。

孫 強(qiáng)（1977—），男，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向智能電網(wǎng)、能源電力規(guī)劃與分析。

（編輯 董小兵）

國家“千人計(jì)劃”項(xiàng)目（XM2014040042804）。

ProjectSupported by the NationalThousand Talents Plan（XM2014040042804）.

1674-3814（2016）05-0040-07

TM71

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