基于改进物元可拓模型的光充储系统运营效益评价方法

本发明涉及电力系统
技术领域：
，尤其涉及一种基于改进物元可拓模型的光充储系统运营效益评价方法。
背景技术：
：储能技术是提高可再生能源利用率的关键，在可再生能源高速发展的今天，储能技术也在不断发展和创新。经过多年的发展，光伏发电行业已经成为我国的战略新兴产业。但随着光伏电站的广泛投建和并网，诸如弃光限电、光伏电量消纳、光伏出力难以预测等问题日益凸显，这对电力系统的安全稳定运行造成了较大的影响，导致光伏电站的进一步推广和并网愈发困难。储能设备能够很好地应对光伏发电在时间上波动性强和空间上不均匀的特点，储能系统的建立和应用能够保证光伏电量大规模持续稳定地接入电网。近年来，储能技术迅猛发展，随着储能电池成本降低、寿命周期增加、使用效率提高，储能已由小容量小规模的研究与示范向大容量与规模化发展。将规模化发展的储能系统与光伏发电系统结合，由此形成的“光储充”系统能够利用电池储能系统吸收低谷电，并在高峰时期支撑快充负荷，同时以光伏发电系统进行补充，有效减少充电站高峰期的电网负荷，提高系统运行效率的同时，为电网提供辅助服务功能。光充储系统能否投入使用，首先必须考虑其运营效益。许多研究人员从储能优化配置的角度出发研究光储系统的经济性，但对光充储结合系统运营效益进行综合评价分析的研究较少，一些效益综合评价的研究也存在指标体系构建较少或者未采用合适的算法模型展开评价的问题。本发明通过分析光充储结合系统的经济性，对光充储系统的运营效益展开评价，从盈利能力、偿债能力、营运能力和收益水平出发，建立较为完整全面的运营效益指标评价体系，采用组合层次分析法(ahp)与熵权法确定光充储系统运营效益综合评价指标的权重，以经典物元模型为基础，引入最大贴进经典域中值确定关联度的计算方法，实现对光充储系统运营效益的综合评价。技术实现要素：本发明的目的是提出一种基于改进物元可拓模型的光充储系统运营效益评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：数据采集与预处理；依据光充储系统的技术特征和职能，从盈利能力、偿债能力、营运能力以及收益水平四个方面选取指标，初步构建运营效益评价指标体系并对上述指标的指标值进行样本数据采集，然后对样本的准则层判断矩阵进行归一化处理；步骤2：确定评价指标组合权重；采用层次分析法与熵权法，综合主客观因素确定光充储系统运营效益综合评价指标的权重；步骤3：基于物元可拓模型对光充储系统进行运营效益评价；以经典物元可拓模型为基础，通过引入最大接近经典域中值确定关联度的计算方法形成改进的物元可拓模型，从而对光充储系统运营效益进行综合评价。所述步骤1中对样本的准则层判断矩阵进行归一化处理的方法具体如下：假设有n个评价指标，m个评价对象，首先构建指标矩阵x＝(xij)m×n，然后对指标矩阵进行无量纲化处理：其中，x′ij表示指标矩阵标准化处理后第i个评价对象的第j个评价指标的数值；xij表示第i个评价对象的第j个评价指标的数值；min(xj)表示第j个评价指标中的最小值；max(xj)表示第j个评价指标中的最大值。所述步骤2中，采用层次分析法进行主观赋权的具体步骤如下：步骤c1：建立判断矩阵；采用九级标度法将判断定量化，根据同层级指标相对上层指标的重要性，构建判断矩阵u＝(uij)n×n；步骤c2：层次单排序，并进行一致性检验；通过求解判断矩阵u＝(uij)n×n的特征根问题，得到特征向量w，并进行归一化得到标准矩阵a＝(aij)n×n，得到该层次元素对于相应上层次元素相对重要性的排序权值；计算一致性指标其中λmax为最大特征值，进行判断矩阵的一致性检验，当满足检验系数时，其中ri为平均随机一致性指标，认为判断矩阵具有满意的一致性；步骤c3：层次总排序；依次沿递阶层次结构由上而下逐层计算，计算出最底层相对于目标层最高层的合成权重w1＝[ν1,ν2,…,νm]t。所述步骤2中，采用熵权法进行客观赋权的具体步骤如下：步骤s1：获取信息熵；信息熵ej计算公式如下：式中，pij表示第j项指标在第i个评价对象中占该指标的比重；步骤s2：计算盈利能力指标、偿债能力指标、营运能力指标的熵值及各目标层评价因素的客观权重；对信息熵归一化处理获得指标权重，其计算公式如下：式中，vj表示第j项指标的权重。所述步骤2中，综合主客观因素确定光充储系统运营效益综合评价指标的权重具体为：ri＝αwi+βvi(5)式中，ri为组合赋权的权重；wi为层次分析法确定的主观权重；vi为熵权法确定的客观权重；α和β分别表示主、客观权重的重要度，取α＝0.5,β＝0.5。所述步骤3中，采用改进的物元可拓模型对光充储系统运营效益进行综合评价的具体步骤如下：步骤d1：确定经典域式中：uj为所划分的j个评价等级；c1,c2,…,cn为评价指标体系；xjn为评价等级uj关于评价指标cn所规定的量值范围，xjn＝(ajn,bjn)，ajn和bjn分别为量值范围的最小值和最大值；步骤d2：确定节域式中：up为整个评价等级；区间xpn＝(apn,bpn)为up关于cn所规定的量值范围，即节域；步骤d3：确定关联度式中，kj(xi)为第i个指标对于第j个等级的关联函数值；ρ(xi,xin)为第i个指标的待评物元值与经典域的距；|ρin|为第i个指标关于第j个等级经典域的距；当xi∈x1且求k1(xn)时：当xi∈xm且求km(xn)时：其他情况下：步骤d4：确定综合关联度待评价对象对于各评价等级的综合关联度kj(pij)计算公式为：kj(pij)＝∑σikj(xi)(12)式中，pij为待评价对象；σi为第i个评价指标的权重。本发明的有益效果在于：通过提出改进物元可拓模型的光充储系统运营效益的综合评价方法，可以进一步提高光充储系统运营效益分析的标准化和有效性，更加全面地反映当前光充储系统的运营情况，且更加可靠地支持企业的未来经营决策。附图说明图1为基于改进物元可拓模型的光充储系统运营效益评价方法的总体流程图。具体实施方式本发明提出一种基于改进物元可拓模型的光充储系统运营效益评价方法，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。图1为基于改进物元可拓模型的光充储系统运营效益评价方法的总体流程图。应用本发明方法对浙江省光充储运营效益进行综合评价，通过收集相关数据，构建光充储运营效益评价指标体系，并基于改进的物元可拓模型开展对光充储系统的经济效益进行综合评价。1、光充储系统运营效益综合评价指标体系构建为客观、全面、科学地反映光充储系统的运营效益，并给决策者提供可靠的决策依据，从盈利能力、偿债能力、营运能力以及收益水平等四个方面选取相关的指标，初步构建经济活动评价指标体系。同时采用德尔菲法，邀请相关业内专家，匿名征求其对初选指标的意见，进行汇总和反馈，最终确立如表1所示的光充储系统运营效益综合评价指标体系。表1(1)盈利能力盈利能力保障了企业长期的健康发展，应该进一步构建相应的三级指标5个，分别是总投资收益率、财务净现值、投资回收期、资本金净利润率、内部收益率。(2)偿债能力企业有无支付现金的能力和偿还债务能力，是企业能否健康生存和发展的关键，应该进一步构建相应的三级指标3个，分别是借款偿还期、资产负债率、利息备付率。(3)营运能力营运能力代表了光伏发电的消纳水平和稳定性水平，应该进一步构建相应的三级指标4个，分别是减少光伏弃光率、光伏并网与消纳、光储系统供电可靠性、减少功率偏差惩罚费用。(4)收益水平收益水平是电网企业进行经济活动的根本动力，应该进一步构建相应的三级指标6个，分别是低储高放收益、政府补贴收益、系统光伏电量收益、退役动力电池回收利用效益、减少容量电费收益、节假日光伏余量上网收益。数据采集：某光充储系统运营效益评价指标体系的各项指标数据如表2所示：表2指标指标数据单位总投资收益率5.08％财务净现值13.25万元投资回收期6.56万元资本金净利润率10.92％内部收益率6.90％借款偿还期14年资产负债率79.86％利息备付率1.50％减少光伏弃光率1.90％光伏并网与消纳719万千瓦光储系统供电可靠性9万元减少功率偏差惩罚费用0.5元/kw低储高放收益13.4万元政府补贴收益50万元/座系统光伏电量收益18.1万元退役动力电池回收利用效益48万元/节减少容量电费收益75.6万元节假日光伏余量上网收益5.3万元2、运营效益评价指标赋权(1)评价指标标准化处理由于不同评价指标在计量单位、经济含义上具有差异，以及其对总目标的评价效果各不相同，应该对指标值将先进行标准化处理后综合评价，以减弱指标差异性的不利影响，增强评价过程及结果的客观性。对全体指标作一致化处理如下：step1：数据标准化。假设有n个评价指标，m个评价对象，首先构建指标矩阵x＝(xij)m×n，然后对指标矩阵进行无量纲化处理。处理方法如下所示：(2)确定评价指标组合权重通过层次分析法(ahp)和熵权法，综合主客观因素确定光充储系统的运营效益。①采用层次分析法，对上文设计的三层的指标体系进行主观赋权，具体过程如下：step1：两两比较，建立判断矩阵征询专家意见，采用九级标度法将判断定量化、构建判断矩阵，根据同层级指标相对上层指标的重要性，采用九级标度法构建判断矩阵u＝(uij)n×n。step2：层次单排序，并进行一致性检验通过求解判断矩阵u＝(uij)n×n的特征根问题，得到特征向量w，并进行归一化，得到该层次元素对于相应上层次元素相对重要性的排序权值。计算一致性指标进行判断矩阵的一致性检验，当满足时，认为判断矩阵具有满意的一致性。step3：层次总排序依次沿递阶层次结构由上而下逐层计算，即可计算出最底层相对于目标层(最高层)的合成权重w1＝[ν1,ν2,…,νm]t②采用熵权法，利用已知数据对指标体系进行客观赋权，具体步骤如下：step1：获取信息熵。信息熵ej计算公式如下：step2：计算储盈利能力指标、偿债能力指标、营运能力指标的熵值及各目标层评价因素的客观权重。对信息熵归一化处理获得指标权重，其计算公式如下：③组合赋权，根据不同的偏好系数将主观赋权法和客观赋权法相结合来确定指标权重。其计算公式如下：ri＝αwi+βvi(5)式中，wi为层次分析法确定的主观权重；vi为熵权法确定的指标权重(本文取α＝0.5,β＝0.5)，得到w＝[ω1,ω2,…,ωn]t，即为评价指标组合权重向量。通过层次分析法和熵权法，分别确定经济活动综合评价指标的主、客观权重，可得该光充储系统运营效益综合评价指标组合权重，组合权重结果如表3所示。表3评价指标组合权重3、改进的物元可拓模型以经典物元模型为基础，通过关联函数计算物元关联度时，认为物元越接近最高或最低等级时，指标的关联度越大，隶属关系越明显，从而对光充储系统运营效益进行综合评价，更有效地分析物元之间的变化规律。改进后的物元组合评价步骤如下：step1：确定经典域式中：uj为所划分的j个评价等级；c1,c2,…,cn为评价指标体系；xji为评价等级uj关于评价指标cn所规定的量值范围，xjn＝(ajn,bjn)。step2：确定节域式中：up为整个评价等级；区间xpn＝(apn,bpn)为up关于cn所规定的量值范围，即节域。step3：确定关联度关联函数可以将指标的运营效益水平具体化，体现被评单元与其评价等级之间的关联程度，通过等级水平来描述各个指标的效益好坏程度。当xi∈x1且求k1(xn)时：当xi∈xm且求km(xn)时：其他情况下：step4：确定综合关联度待评价对象对于各评价等级的综合关联度kj(pij)计算公式为：kj(pij)＝∑σikj(xi)(12)式中，σi为第i个评价指标的权重。将光充储系统运营效益的盈利能力指标、偿债能力指标、营运能力、收益水平指标划分为“差”、“较差”、“一般”、“较好”、“好”五个等级并建立改进的物元可拓模型，对经济活动综合评价指标及评价等级数据进行综合评价，最终计算得光充储系统综合评价的最大综合关联度及评价等级结果如表4所示。表4各目标层评价指标的最大综合关联度及评价等级运营效益最大综合关联度综合评价等级盈利能力0.1989一般偿债能力0.7898较好营运能力0.0724好收益水平0.1197好由上可知，根据最大综合关联度对某光充储系统综合效益进行评级，可以得到光充储系统的盈利能力评价为一般，偿债能力评价为较好,营运能力和收益水平评价为好。综上所述，本发明所提出的改进的物元可拓模型能够实现对光充储系统综合效益的科学、有效评价。首先，以层次分析法和熵权法分别计算18个经济活动评价指标的主观、客观权重，并进行权重组合；其次，采用改进的物元可拓模型模型对光充储系统的效益进行综合评价，基于综合评价计算相应最大综合关联度，据此对光充储系统的综合效益水平进行“差”、“较差”、“一般”、“较好”、“好”五个等级的划分，进一步反映经济活动评级的趋势。根据实例验证，该模型综合评价得到的结果与实际情况一致。此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。当前第1页12