一种多能源互补系统接入电网运行性能评估方法及系统与流程

1.本发明涉及新能源及储能接入电网运行性能评价领域，具体涉及一种多能源互补系统接入电网运行性能评估方法及系统。


背景技术：

2.随着“双碳”目标提出以及新型电力系统构建，大量的新能源将接入电网，据统计，截止当前新能源发电量的占比已超过10％，预计2030年风能+太阳能总装机16.1亿kw，2033年新能源(非水可再生能源)装机超过50％，2051年新能源发电量比重超50％，新能源发电具有波动性和不确定性，在当前电网结构下，电网的安全稳定运行将面临巨大的挑战。
3.储能能够平抑新能源出力波动，且具有高度可控性，能够快速响应。新能源配储能成为一种有效解决方案，当前已有多地出台政策，要求新能源配置一定比例的储能。提升包含光伏、风电、储能的多能源互补系统接入电网运行性能对电网的安全稳定运行具有重要意义。
4.多能源互补系统接入电网运行性能评估方法，从频率响应、电压响应、安全保护、电能质量四个方面综合考虑，全方位多角度评估多能源互补发电系统的并网性能。评估结果将为新能源及储能场站的建设、电网对新能源并网运行性能评估等决策工作提供重要的依据，进而推动新能源及储能高质量并网运行。
5.当前研究专注于对多能源互补系统接入电网运行性能评估方法的构建，多能源互补系统接入电网运行性能评估结果缺乏精准性。


技术实现要素：

6.为了解决提高多能源互补系统接入电网运行性能评估结果的准确性的问题，本发明提供一种多能源互补系统接入电网性能评估方法包括：
7.获取接入电网运行性能参数；
8.将所述接入电网运行性能参数带入预先构建的接入电网运行性能评估指标体系计算得到接入电网运行性能评估的指标评分函数；
9.基于所述接入电网运行性能评估的指标评分函数结合梯形隶属函数对多能源互补系统接入电网运行性能进行模糊多级评估；
10.其中，所述接入电网运行性能评估指标体系包括一级指标、二级指标和三级指标。
11.优选的，所述接入电网运行性能评估指标体系的构建，包括：
12.以多能源互补系统接入电网运行性能作为一级指标；
13.以影响所述多能源互补系统接入电网运行性能的因素构成二级指标，并采用demaltel-anp和反熵权法结合的方式确定各二级指标的权重；
14.以影响所述二级指标的因素构成三级指标，并采用改进的灰色关联度方法确定各三级指标的权重；
15.其中，所述影响所述多能源互补系统接入电网运行性能的因素包括：频率响应、电
压响应、安全保护和电能质量。
16.优选的，采用demaltel-anp法和反熵权法结合的方式确定各二级指标权重，包括：
17.采用demaltel-anp法求取所述二级指标的主观权重；
18.采用反熵权法求取所述二级指标的客观权重；
19.基于所述主观权重和所述客观权重的相对重要性确定各二级指标的权重。
20.优选的，所述采用demaltel-anp法求取所述二级指标的主观权重，包括：
21.基于所述二级指标中的一个指标为基准，计算任意两指标的比值，表示两个指标之间的重要程度；
22.基于所述两个指标之间的重要程度，计算任意两指标的比值，由所有比值构建判断矩阵；
23.求取所述判断矩阵的归一化特征向量；
24.将所述判断矩阵的归一化特征向量与所述指标进行合并，并将对角线设置为0，得到权重矩阵；
25.求解所述权重矩阵的极限得到二级指标主观权重。
26.优选的，用反熵权法求取客观权重，包括：
27.基于所述反熵权法求取各个指标的反熵值；
28.基于所述反熵值，进行归一化处理，求取客观权重。
29.优选的，所述客观权重按下式计算：
[0030][0031]
式中，w
oi
为客观权重，hi为所述各个指标的反熵值。
[0032]
优选的，所述主观权重和所述客观权重的相对重要性按下式计算：
[0033][0034]
所述二级指标权重按下式计算：
[0035][0036]
式中，αi为主观权重的相对重要性，βi为客观权重的相对重要性,w
si
为主观权重，w
oi为
客观权重。
[0037]
优选的，所述采用改进的灰色关联度方法确定各三级指标权重，包括：
[0038]
基于指标的大小构建判断矩阵；
[0039]
基于所述判断矩阵中每一列的最大值构建参照序列；
[0040]
计算所述判断矩阵中每一行中最大值与所属列中其他值的差值的平方；
[0041]
将属于所述判断矩阵中同一行的差值的平方求和得到指标到参照序列的距离；
[0042]
基于所述指标到参照序列的距离求取指标权重；
[0043]
对所述指标权重归一化处理得到三级指标权重集合。
[0044]
优选的，所述基于所述接入电网运行性能评估的指标评分函数结合梯形隶属函数
对多能源互补系统接入电网运行性能进行模糊多级评估，包括：
[0045]
将所述接入电网运行性能评估的指标评分函数带入多能源互补系统接入电网运行性能综合评估等级计算公式计算得到各评估等级的隶属度；
[0046]
将所述隶属度中的最大值对应的评估等级作为评估结果。
[0047]
一种多能源互补系统接入电网性能评估系统包括：
[0048]
获取模块，用于获取接入电网运行性能参数；
[0049]
计算模块，用于将所述接入电网运行性能参数带入预先构建的接入电网运行性能评估指标体系计算得到接入电网运行性能评估的指标评分函数；
[0050]
评估模块，用于基于所述接入电网运行性能评估的指标评分函数结合梯形隶属函数对多能源互补系统接入电网运行性能进行模糊多级评估；
[0051]
其中，所述接入电网运行性能评估指标体系包括一级指标、二级指标和三级指标。
[0052]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0053]
本发明提供了一种多能源互补系统接入电网运行性能评估方法，所述方法包括：获取接入电网运行性能参数；将所述接入电网运行性能参数带入预先构建的接入电网运行性能评估指标体系计算得到接入电网运行性能评估的指标评分函数；基于所述接入电网运行性能评估的指标评分函数结合梯形隶属函数对多能源互补系统接入电网运行性能进行模糊多级评估；其中，所述接入电网运行性能评估指标体系包括一级指标、二级指标和三级指标；本发明采用的评估指标体系得到的多能源互补系统接入电网运行性能指标得分很直观的展现出性能结果，提高了评估结果的准确性。
附图说明
[0054]
图1为具体实施方式提供的多能源互补系统接入电网运行性能评估方法流程图；
[0055]
图2为具体实施方式提供的流程图；
[0056]
图3具体实施提供的梯形隶属函数；
[0057]
图4具体实施提供的新能源场站虚拟同步控制评估等级隶属度函数图。
具体实施方式
[0058]
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。本发明针对大规模新能源及储能电站接入电网运行特性，构建包含新能源及储能的多能源互补系统接入电网运行性能评估指标体系，并提出各级指标体系权重分配方法和评估方法。通过多能源互补系统接入电网运行性能进行评估，给电网运行提供依据。
[0059]
实施例1：
[0060]
本发明提供了一种多能源互补系统接入电网运行性能评估方法，其实现过程如图1所示。具体实现的过程包括：
[0061]
步骤1，获取接入电网运行性能参数；
[0062]
步骤2，将所述接入电网运行性能参数代入预先构建的接入电网运行性能评估指标体系计算得到接入电网运行性能评估的指标评分函数；
[0063]
步骤3，基于所述接入电网运行性能评估的指标评分函数结合梯形隶属度函数对多能源互补系统接入电网运行性能进行模糊多级评估。
[0064]
在步骤1前，基于相关标准和细则，包括gb/t 19963风电场接入电力系统技术规定，gb/t 19664光伏发电站接入电力系统技术规定，gb/t 36548电化学储能系统接入电网测试规范以及“两个细则”等，确定多能源互补系统接入电网运行性能评估指标体系，如图2所示。
[0065]
以多能源互补系统接入电网运行性能作为一级指标；
[0066]
以影响所述一级指标的因素构成二级指标；
[0067]
以影响所述二级指标的因素构成三级指标；
[0068]
所述影响一级指标的因素包括：频率响应、电压响应、安全保护和电能质量；
[0069]
本实施例中影响二级指标的因素如下表所示：
[0070]
[0071][0072]
表1多能源互补系统接入电网运行性能评估三级指标体系
[0073]
多能源互补系统接入电网运行性能评估指标体系中各层级指标权重的确定方法：
[0074]
一级指标即评估目标权重为1，二级指标采用dematel-anp和反熵权法结合的方式求取指标权重，三级指标采用一种改进的灰色关联度法求取指标权重。
[0075]
用dematel-anp和反熵权法结合的方式求取二级指标权重：
[0076]
dematel-anp法：
[0077]
1)构建判断矩阵y如下式：
[0078][0079]
式中，c1,c2,
…
,cn表示anp的功能层中有n个指标，y
ij
为ci与cj两个指标的比值，表示两个指标间的重要程度。
[0080]
2)以anp功能层中的指标为基准，构建判断矩阵yi(n-1阶矩阵)：
[0081]
[0082]
式中，yi为判断矩阵，y
1i
…y(i-1)i
、y
(i-1)i
…yni
为所述两个指标间的重要程度。
[0083]
3)求取以ci为基准的判断矩阵yi的归一化特征向量如下所示：
[0084][0085]
4)将在ci下求取的权重向量进行合并，得到各准则下的权重矩阵wq，具体公式如下：
[0086][0087]
式中，wq为权重矩阵，为所述判断矩阵yi的归一化特征向量与各功能层指标的权重向量合并值。
[0088]
5)将影响矩阵的对角线均设置为0，具体公式如下：
[0089][0090]
6)求解权重矩阵的极限得到二级指标主观权重wg，具体公式如下：
[0091]
wg＝limn→
∞
(wq)n[0092]
式中，wg为权重矩阵的极限，wq为所述权重矩阵。
[0093]
反熵权法：
[0094]
1)各个指标的反熵值按下式计算：
[0095][0096]
式中，hi为指标的反熵值，l为评价专家的人数，n为评价指标的个数，x
ij
(i＝1,2,
…
,n；j＝1,2,
…
,l)为指标值。
[0097]
2)基于所述反熵值，求取客观权重按下式计算：
[0098][0099]
式中，w
oi
为客观权重，hi为指标的反熵值，n为评价指标的个数。
[0100]
二级指标权重：
[0101]
1)采用dematel-anp法和反熵权法，分别求取各二级指标的所述主观权重和所述客观权重如下式：
[0102]ws
＝{w
si
|1≤i≤n}
[0103]
wo＝{w
oi
|1≤i≤n}
[0104]
2)所述主观权重和所述客观权重的相对重要性按下式计算：
[0105][0106]
式中，αi为主观权重的相对重要性，βi为客观权重的相对重要性,w
si
为主观权重，w
oi
为客观权重。
[0107]
3)二级指标权重按下式计算：
[0108][0109]
式中，wi为二级指标权重。
[0110]
用一种改进的灰色关联度法求取三级指标权重：
[0111]
1)权重矩阵的建立
[0112]
构建判断矩阵q如下所示：
[0113][0114]
式中，q为判断矩阵，j为邀请的专家数量，n为给出的指标数量，q
nj
为权重的值。
[0115]
2)参照序列的确定
[0116]
基于所述判断矩阵，选择所述判断矩阵中每一列的最大值组成参照序列如下式：
[0117]
q0＝[q
01
,q
02
,...,q
0j
]
[0118]
式中，q0为参照序列,q
0j
为判断矩阵中第j列中的最大值。
[0119]
3)所述判断矩阵q中每一行q1,q2,...,qn和参照序列q0的距离di如下所示：
[0120][0121]
式中，di为参数到参照序列的距离，q
ik
为判断矩阵第k列的参数，q
0k
为判断矩阵第k列中的最大值，k为判断矩阵的列数，n为指标的数量。
[0122]
4)指标权重的求取按下式计算：
[0123]
ωi＝1/(1+di)
[0124]
式中,wi为指标权重，di为参数到参照序列的距离。
[0125]
5)归一化指标权重的求取如下所示：
[0126][0127]
wz＝[wz(1),wz(2)
…
,wz(n)]
[0128]
式中,wi为指标权重。
[0129]
步骤1，获取接入电网运行性能参数；
[0130]
步骤2，将所述接入电网运行性能参数代入预先构建的接入电网运行性能评估指标体系计算得到接入电网运行性能评估的指标评分函数；
[0131]
制定多能源互补系统接入电网运行性能指标的评分标准，如下表所示：
[0132][0133]
表2新能源场站虚拟同步控制各指标的评分标准
[0134]
对不同指标采用百分制划分打分区间，用matlab中的curve fitting tool多项式
差值polynomial软件，计算得到多能源互补系统接入电网运行性能评估的指标评分函数，如下表所示：
[0135][0136][0137]
表3新能源场站虚拟同步控制各指标的评分函数
[0138]
基于所述多能源互补系统接入电网运行性能评估的指标评分函数，将指标的基本
数据带入函数中，得到多能源互补系统接入电网运行性能指标得分；
[0139]
步骤3，基于所述接入电网运行性能评估的指标评分函数结合梯形隶属度函数对多能源互补系统接入电网运行性能进行模糊多级评估。
[0140]
1)模糊隶属度方法，通过指标在某个评语等级中的隶属程度来描述指标的好坏，可以用一些常见的分布型函数作为隶属函数来表达模糊集合。在多能源互补系统接入电网运行性能评估中，采用梯形隶属函数确定指标隶属度，如图3所示：
[0141]
评分在评估等级中的位置，即评分对评语的隶属度按下式计算：
[0142][0143]
式中，x为评估中某项指标的评分，μ(x)为评分x在评估等级中的位置。
[0144]
2)基于多能源互补系统接入电网运行性能指标参数值制定评分准则，运用梯形隶属函数画新能源场站虚拟同步控制评估等级隶属度函数图，如图4所示。
[0145]
若新能源场站的某个指标评分是95分，那么模糊化向量是(1,0,0,0,0)；如果评分是86.5分，那么按照梯形隶属函数的参数进行模糊化计算，在i级的隶属度如下所示：
[0146][0147]
在ii级的隶属度如下所示：
[0148][0149]
那么最终的模糊化向量为(0.42,0.58,0,0,0)。
[0150]
3)基于所述多能源互补系统接入电网运行性能评估指标评分函数，结合梯形隶属函数，建立隶属度权重分配向量，构成模糊关系矩阵如下所示：
[0151][0152]
式中，r
ij
为指标集u的第i个元素隶属于评语集v的第j个评语的隶属度。
[0153]
4)对多能源互补系统接入电网运行性能进行模糊综合评估时，要分两层进行模糊评估。
[0154]
设第i层的n个子因素组成一个因素集，结合它们的模糊评语矩阵ri的模糊综合运算如下所示：
[0155]
[0156]
式中，为模糊算子。
[0157]
各指标权重的大小按下式计算：
[0158][0159]
式中，wi为该因素集的权重向量。
[0160]
经过模糊综合运算得到的模糊向量bi＝(b
i1
,b
i2
,
…
,b
im
)是该因素集对应第i+1层中某个指标的模糊评语向量。
[0161]
基于因素集u的权重w＝(w1,w2,
…
,wn)和多能源互补系统的模糊评语矩阵r＝(r
ij
)n×5，通过模糊算子对系统进行模糊变换运算，可以得到5维的模糊评估向量b＝(b1,b2,
…
,b5)。依据最大隶属度原则，若b
j0
＝maxbj(1≤j≤m)，评判结果在j0个评语，可以得到多能源互补系统接入电网运行性能综合评估等级。综合评估运算公式为：
[0162][0163]
式中，b为评估模糊向量，为模糊算子，r为模糊关系矩阵，w为权重,w1、w2…
wn为因素集中的权重，r
n5
为指标集的第n个元素隶属于评语集的第5个评语的隶属度，b1、b2…
b5为各评估等级的隶属度。
[0164]
向量b中b1、b2、b3、b4、b5分别代表非常好、好、一般、差、非常差的隶属度，通过向量b来衡量新能源场站虚拟同步控制性能。例如，若b＝(0.6,0.4,0,0,0)，则新能源场站虚拟同步控制性能“非常好”的隶属度为0.6，“好”的隶属度为0.4，综合评估结果为“非常好”。
[0165]
实施例2
[0166]
一种多能源互补系统接入电网性能评估系统，所述系统包括：
[0167]
获取模块，用于获取接入电网运行性能参数；
[0168]
计算模块，用于将所述接入电网运行性能参数带入预先构建的接入电网运行性能评估指标体系计算得到接入电网运行性能评估的指标评分函数；
[0169]
评估模块，用于基于所述接入电网运行性能评估的指标评分函数结合梯形隶属函数对多能源互补系统接入电网运行性能进行模糊多级评估；
[0170]
所述接入电网运行性能评估指标体系包括一级指标、二级指标和三级指标。
[0171]
在获取模块获取数据之前还包括：
[0172]
接入电网运行性能评估指标体系的构建，包括：
[0173]
以多能源互补系统接入电网运行性能作为一级指标；
[0174]
以影响所述多能源互补系统接入电网运行性能的因素构成二级指标，并采用demaltel-anp和反熵权法结合的方式确定各二级指标的权重；
[0175]
以影响所述二级指标的因素构成三级指标，并采用改进的灰色关联度方法确定各三级指标的权重；
[0176]
其中，所述影响所述多能源互补系统接入电网运行性能的因素包括：频率响应、电压响应、安全保护和电能质量。
[0177]
二级指标的确定具体包括：
[0178]
采用demaltel-anp法求取所述二级指标的主观权重；
[0179]
采用反熵权法求取所述二级指标的客观权重；
[0180]
基于所述主观权重和所述客观权重的相对重要性确定各二级指标权重。
[0181]
其中，采用demaltel-anp法求取所述二级指标的主观权重，具体步骤如下：
[0182]
基于所述二级指标中的一个指标为基准，计算任意两指标的比值，表示两个指标之间的重要程度；
[0183]
基于所述两个指标之间的重要程度，计算任意两指标的比值，由所有比值构建判断矩阵；
[0184]
求取所述判断矩阵的归一化特征向量；
[0185]
将所述判断矩阵的归一化特征向量与所述指标进行合并，并将对角线设置为0，得到权重矩阵；
[0186]
求解所述权重矩阵的极限得到二级指标主观权重。
[0187]
所述权重矩阵如下所示：
[0188][0189]
式中，wq为权重矩阵，为所述判断矩阵的归一化特征向量与各功能层指标的权重向量合并值。
[0190]
其中，采用反熵权法求取所述二级指标的客观权重，具体包括：
[0191]
基于所述反熵权法求取各个指标的反熵值；
[0192]
基于所述反熵值，进行归一化处理，求取客观权重。
[0193]
所述客观权重按下式计算：
[0194][0195]
式中，w
oi
为客观权重，h1为所述各个指标的反熵值。
[0196]
其中，基于所述主观权重和所述客观权重的相对重要性确定各二级指标权重，具体包括：
[0197]
所述主观权重和所述客观权重的相对重要性按下式计算：
[0198][0199]
所述二级指标权重按下式计算：
[0200][0201]
式中，αi为主观权重的相对重要性，βi为客观权重的相对重要性,w
si
为主观权重，woi
为客观权重。
[0202]
所述采用改进的灰色关联度方法确定各三级指标权重，包括：
[0203]
基于指标的大小构建判断矩阵；
[0204]
基于所述判断矩阵中每一列的最大值构建参照序列；
[0205]
计算所述判断矩阵中每一行中最大值与所属列中其他值的差值的平方；
[0206]
将属于所述判断矩阵中同一行的差值的平方求和得到指标到参照序列的距离；
[0207]
基于所述指标到参照序列的距离求取指标权重；
[0208]
对所述指标权重归一化处理得到三级指标权重集合。
[0209]
其中，所述指标权重按下式计算：
[0210]
ωi＝1/(1+di)
[0211]
式中，wi为指标权重，di为参数到序列的距离。
[0212]
计算模块，在本实施例中具体利用matlab中的curve fitting tool多项式差值polynomial软件，求取多能源互补系统接入电网运行性能评估的指标评分函数。
[0213]
评估模块具体用于：
[0214]
将所述接入电网运行性能评估的指标评分函数带入多能源互补系统接入电网运行性能综合评估等级计算公式计算得到各评估等级的隶属度；
[0215]
将所述隶属度中的最大值对应的评估等级作为评估结果。
[0216]
所述多能源互补系统接入电网运行性能综合评估等级计算公式如下所示：
[0217][0218]
式中，b为评估模糊向量，为模糊算子，r为模糊关系矩阵，w为权重,w1、w2…
wn为因素集中的权重，r
n5
为指标集的第n个元素隶属于评语集的第5个评语的隶属度，b1、b2…
b5为各评估等级的隶属度。
[0219]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0220]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0221]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或
多个方框中指定的功能。
[0222]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0223]
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在发明待批的本发明的权利要求范围之内。