基于态势感知的主动配电网风险评估研究

白东平 纪秀 孟祥萍 王佳宁 李殿文

摘  要：针对基于态势感知的主动配电网进行灾害风险评价研究，提出了分布式能源风险评估指标体系，包含供蓄比例、消纳比例、电压平均合格率、电流平均合格率、频率平均合格率五个风险评估指标，并对指标体系进行了量化评估，可以为风险管理提供更加准确的信息。

关键词：风险评估;指标体系;态势感知

0    引言

“态势感知”这一概念源于军事领域，20世纪90年代才被引入信息安全领域。基于态势感知的主动配电网研究包括主动配电网灾害风险评估和主动配电网灾害风险预测等方面。

由于目前全球化石能源储量有限，所以大力发展分布式能源是大势所趋，是未来可持续性发展的战略举措，在现有的配电网体系中，随着分布式能源的不断发展，主动配电网中分布式能源发电比重不断增加，产生危险时对主动配电网的危害越来越大，所以对分布式能源并网风险评估的研究势在必行。

本文在分布式能源并网风险分析的基础上建立了分布式能源并网风险评估指标体系。

1    主动配电网风险指标分析

1.1   含分布式能源的主动配电网消纳能力评估

在传统的主动配电网中，潮流是由上级电网单向流向主动配电网的，目前，随着越来越多的分布式电源接入主动配电网，由于消纳能力有限，主动配电网中会出现电能供大于求的现象，主动配电网中多余的电能会逆向流入电压等级更高的上级电网，这将导致主动配电网中出现双向潮流，主动配电网中的设备将承受双向潮流的冲击，威胁主动配电网的安全稳定运行[1]。为了降低双向潮流的冲击次数，选取主动配电网的供蓄比例指标和消纳比例指标对主动配电网消纳能力进行评估，更能直观地体现出主动配电网对分布式能源的消纳能力。

主动配电网的供蓄比例指标指的是主动配电网对分布式能源的消纳能力，可以为含有分布式能源的主动配电网风险评估提供依据;主动配电网的消纳比例指标指的是对分布式能源的利用率，重点体现了主动配电网对分布式能源的兼容性[2]。

主动配电网的供蓄比例指标计算公式可以表示为：

式中：Pdis为主动配电网中分布式能源的出力功率;Pact为主动配电网中有功负荷功率;Paccmax为主动配电网中最大蓄电功率。

主动配电网的消纳比例指标计算公式可以表示为：

式中：Pvir为主动配电网中分布式能源的实际出力功率;Pdismax为主动配电网中分布式能源的最大出力功率。

1.2    分布式能源的电能质量风险评估

电能质量评估在主动配电网以及分布式能源中都占据着主导地位，主要分为以下三个方面：

（1）并网节点电压方面，随着越来越多的分布式能源并网到主动配电网中，由于分布式電源向主动配电网中注入了大量的有功功率以及无功功率，导致并网节点处的电压会因此而大幅度升高或者大幅度下降，使主动配电网中的电压值超出安全稳定运行的正常值范围;

（2）并网节点电流方面，分布式能源在检修或故障时，继续给停电线路和周围负载，从而形成孤岛效应，极易损坏用电设备，当恢复连接时，分布式能源与主动配电网的相位不同步，就会形成危害主动配电网的巨大冲击电流;

（3）并网节点频率方面，随着大量的分布式能源并网，由于分布式能源出力的随机性以及波动性，极易影响主动配电网内的频率稳定[3-4]。

分布式能源并网节点电压平均合格率指标计算公式可以表示为：

式中：V为分布式能源并网节点的总节点数。

分布式能源并网节点电流平均合格率指标计算公式可以表示为：

式中：A为分布式能源并网节点的总节点数。

分布式能源并网节点频率平均合格率指标计算公式可以表示为：

式中：H为分布式能源并网节点的总节点数。

2    风险评估指标体系的建立与权重计算

首先选取分布式能源为评估目标，然后根据第一节选取的五个评估指标建立分布式能源并网风险评估指标体系，共计两个评估层次[5]。

设分布式能源并网风险评估指标体系中的评估指标为Z=[A，B，C，D，E]，用K代表各指标的重要程度，本文分别采用1～9标度法和指数标度法的层次分析法建立风险评估体系，并网风险评估指标的判断矩阵各标度含义如表1所示。

分布式能源并网风险评估指标体系包括五个评估指标，建立1～9标度的影响因素判断矩阵如表2所示，指数标度的影响因素判断矩阵如表3所示。

求解表2中判断矩阵的最大特征值及其对应的特征向量，即为分布式能源并网风险评估指标体系中五个评估指标的权重值。基于1～9标度的各指标的权重结果为：0.65、0.15、0.06、0.06、0.06;基于指数标度的各指标的权重结果为：0.61、0.13、0.09、0.09、0.09。从权重结果上看，指数标度法在权重结果上比1～9标度法更符合人们的思维判断。

由于判断矩阵的构建受专家的知识深度限制，为避免判断矩阵出现不一致的现象，需要对其进行一致性判断。利用公式（6）进行一致性判断：

式中：λmax为判断矩阵的最大特征值;n为判断矩阵的阶数;RI为平均一致性指标。

经过一致性指标的计算，其中1～9标度法的一致性判断值为CR=0.080 5，指数标度法的一致性判断值为CR=0.052 3，CR值均小于等于0.1，其判断矩阵均满足一致性要求。但从表4中平均一致性指标RI的取值就可以看出，指数标度法构建的判断矩阵优于1～9标度法构建的判断矩阵。

3    实例分析

为了说明上述方法在实际的评估系统中的作用，特选用吉林省某市含分布式能源的主动配电网为例进行风险评估。某市分布式能源风险评估指标统计数据如表5所示。

根据指数得分与计算权重，经过计算得出，该市的分布式能源风险评估指标体系基于1～9标度法的层次分析法总得分为92.95分，基于指数标度法的层次分析法总得分为94.63分，从得分上进一步说明了基于指数标度法的分布式能源并网风险评估指标体系的得分更符合实际情况。

4    结语

本文针对基于态势感知的主动配电网进行灾害风险评价研究，提出了分布式能源风险评估指标体系，分别进行了基于指数标度法的层次分析法和基于1～9标度法的层次分析法的分布式能源风险综合评估，最终得出基于指数标度法更具优越性。其次，本文通过对分布式能源风险评估指标体系进行量化评估，为风险管理提供了更加准确有效的信息。

[参考文献]

[1] 李雯乐.能源互联网下新能源电力系统风险评估模型研究[D].北京：华北电力大学，2018.

[2] 钟清，余南华，尤毅，等.主动配电网技术特性及评估指标体系[J].电力建设，2015，36（1）：122-127.

[3] 元一平，王建学，张耀，等.考虑多周期协调的新能源电力系统全景运行模拟方法与评估指标体系[J].电网技术，2020，44（3）：799-806.

[4] 吴帆，邬智江，吴杰康，等.基于CVaR分析的新能源配电网电压风险评估模型[J].电力工程技术，2019，38（4）：131-137.

[5] 元博，徐志成，刘俊，等.多区域新能源接纳能力评估模型研究及应用[J].中国电力，2019，52（12）：132-139.

收稿日期：2020-06-19

作者简介：白东平（1994—），男，吉林长春人，硕士在读，研究方向：人工智能在电力系统中的应用。