计及地区特点的分布式电源发展适用性评估

李 冉，韩 旭，曾 鸣，隆竹寒，孙辰军

(1.华北电力大学 经济与管理学院，北京 昌平 102206;2.华北电力大学 能源互联网研究中心，北京 昌平 102206；3.国网河北省电力公司，河北 石家庄 050000)

计及地区特点的分布式电源发展适用性评估

李 冉1,2，韩 旭1,2，曾 鸣1,2，隆竹寒1,2，孙辰军3

(1.华北电力大学 经济与管理学院，北京 昌平 102206;2.华北电力大学 能源互联网研究中心，北京 昌平 102206；3.国网河北省电力公司，河北 石家庄 050000)

目前，能源资源短缺、环境污染及气候变化等问题日益突出，分布式发电成为有效化解传统能源日渐枯竭与能源利用效率低下以及以煤为主的能源结构与环境压力持续增大双重矛盾的重要途径。我国不同地区的分布式电源发展存在明显差异，为促进分布式电源健康有序发展，针对分布式电源的发展适用性，借助群组决策-反熵权组合法，构建了计及地区特点的分布式电源发展适用性综合评估模型。该模型综合考虑分布式电源的经济性、技术性、资源可用性、环境兼容性和社会性，兼顾主、客观信息。通过算例分析，评估了分布式电源的整体及局部发展适用性，表明所构建的综合评估模型是科学合理的，且具有较大的应用价值。

分布式电源；发展适用性；综合评估；地区特点；反熵权法

0 引言

分布式电源作为我国电力系统的重要组成部分，不仅可以促进部分可再生能源的利用和消纳，同时也可保障我国部分农村地区的电力供应[1]。现阶段，受到资源分布、法规政策、技术发展等的影响，我国不同类型的分布式电源在发展程度存在明显差异[2]，亟需一套科学合理的综合评估模型对分布式电源的发展适用性进行科学、有效评估，以促进分布式电源的快速有序发展。

图1 分布式电源发展适用性的综合分析图Fig.1 Comprehensive analysison the developing applicability of distributed generation

国内外已开展了分布式电源发展适用性相关的评估工作，且主要集中在对分布式电源可靠性、安全性、环保性、经济性方面的评估。文献[3]基于多种场景，综合考虑分布式电源的特性以及配网供电可靠性需求，借助蒙特卡洛模拟方法对分布式电源的发展实施定量评估。文献[4-5]明确了故障定位能力是分布式电源安全性评估的一个重要指标，并将微电网划分为多电源多端供电系统和多电源单端供电系统，针对不同的系统分别用基尔霍夫电流定律和蚁群算法对其进行定位，用以评估系统的安全性。文献[6]结合实例，通过节煤量、大气污染物排放性能、噪声污染这3个评价指标分析了分布式电源的环保性。文献[7-9]分别采用二次规划、序列二次规划、混合非线性规划模型，基于我国典型区域分布式三联供系统的实际情况，对其经济效益实施评估和优化，并给出相关政策建议。文献[10-11]综合考虑多种类型的分布式电源，深入分析了分布式电源运行模式和发展现状，并基于电网侧和用户侧两方面分析，借助模糊综合评价理论评估分布式电源的综合效益。

综合国内外的相关研究可以发现，涉及分布式电源发展适用性评估的研究并不翔实，主要表现为： (1)对分布式电源评估不够全面，未综合考虑技术性、经济性、社会性、环保性等多层面的指标；(2)评估模型所计算的指标值与实际值的贴合度有待进一步优化，且未充分结合地区特点实施评估。鉴于此，本文综合考虑多个指标，基于地区特点及其资源约束，构建分布式电源发展适用性综合评估模型，为分布式电源发展提供决策支撑。

1 分布式电源发展适用性的综合分析

分布式电源是小规模、离散地安装在用户侧附近，并能独立实施供电的装置[12-13]。分布式电源的发电方式多元化，不仅包括传统的火力及水力发电，也包括光伏、风电、生物质能发电等清洁发电方式和冷热电三联供等高效用能技术[14-16]。分布式电源的发展适用性指的是结合地区特点，在计及资源、环境、需求等一系列约束条件下，分布式电源发展与经济社会间的契合度，即分布式电源发展为电力用户、发电企业、电网企业等相关利益主体带来的包含技术效益、经济效益、环境效益、社会效益等在内的综合效益。

本文所涉及的分布式电源发展适用性评估主要是考核分布式电源是否满足负荷增长需求、地区资源约束以及社会经济等方面的考核，如图1所示。

2 分布式电源发展适用性评估指标体系

2.1 指标体系构建原则与思路

2.1.1 指标构建原则

分布式电源发展适用性的综合评估涉及到经济、技术、社会等多个范畴，为了有效解决这一复杂的系统评估问题，在建立指标体系时，应遵循以下4个原则，使指标具有涵义明确、计算简单和易于比较等特点，保证指标体系的完整性和指标间的相互独立性。

(1) 全面性。关键性评价指标应尽可能地反映分布式电源综合适用性评估的目标。

(2) 客观性。关键性评价指标应能够真实地反映分布式电源发展的实际情况。

(3) 实用性。关键性评价指标应以方便计算为基础，所需数据应能方便的获取。

(4) 典型性。关键性评价指标的选择应突出重点，把握问题主要方面。

2.1.2 指标构建思路

分布式电源发展适用性综合评估指标体系划分为递阶结构，包括两级递阶指标体系，将指标间的复杂关系有逻辑且系统地连接起来。其中，一级指标层包括经济性指标、技术性指标、资源可用性指标、环境兼容性指标及社会性指标。二级指标对上述五大指标进行进一步具体化和详细化展示，即针对具体范围内，某一时间断面上特定对象的一系列评估指标。

2.2 指标体系的建立

一级指标主要包括经济性、技术性、资源可用性、环境兼容性以及社会性这5类指标。在深入分析一级指标的基础上，依据一级指标的影响因素对其进行分解细化和汇总归纳，并借助关键成功因素分析法选取体现分布式电源发展适用性的关键因素作为综合评估模型的二级指标。本文最终建立的两层递阶指标体系如图2所示。

图2 分布式电源发展适用性综合评价指标体系Fig.2 Comprehensive evaluation index system of the developing applicability of distributed generation

2.3 指标赋值及其标准化

由于指标类型的不同，指标数据的获取方式也存在差异，本文将指标划分为定量指标和定性指标。对于定量指标，依据其内涵通过全面细致的资料查询和数据收集获得；对于定性指标，直接的数据收集受限，多依据相关专家的实际经验获得。

另外，由于二级评价指标的量纲间存在较大差异，本文采用中心化的数据处理方法，将评价指标进行无量纲化，如下式所示：

(1)

3 分布式电源发展适用性综合评估模型

3.1 群组决策-反熵权组合法

采用群组决策-反熵权组合法确定指标权重包含3个步骤：一是一级指标的主观赋权，二是二级指标的客观赋权，三是两级递阶指标的综合赋权。

3.1.1 群组决策法

相比主观赋权中常用的层次分析法，群组决策具有无需检验判断矩阵一致性的优势，且其综合考虑各专家给出的指标赋权向量及专家间的差异性[17]，对于不同经验的专家赋予不同的权重，基本步骤如下：

(3) 结合m位专家的意见及其权重，可得到n1个指标的权重向量为

(2)

3.1.2 反熵权法

熵权法是一种根据各项指标观测值所提供的信息量大小来确定指标权重的方法[18]。该方法的核心思想为：若某指标熵值较大，说明该指标所包含的信息量越小，在评价中应赋予较小权重[19-20]。反熵权法与熵权法原理类似，但其求得的反熵值和指标包含的信息量、权重值均成正比，便于理解和计算。借助反熵权法对各指标进行赋权的基本步骤如下。

(1) 计算指标的反熵值：

式中：ψi为指标反熵值；p为评价方案数；vij(i=1,2,…,n2;j=1,2,…,p)为指标值；n2为评价指标数；qij为中间变量。

(5)

3.1.3 群组决策-反熵权组合法

(6)

3.1.4 综合评估

(7)

基于递阶综合评估方法对分布式电源综合适用性进行评估，本质上是对各级指标值均分别进行了2次加权综合，同时将专家经验和客观数据有机结合，以保证评价模型的科学性和可靠性。

3.2 考虑地区特点的综合评估模型

3.2.1 考虑地区特点的权重调整

不同地区具有不同的发展特点，各指标的相对权重也会存在不同。如经济发展水平较高的地区，负荷相对集中，对电网灵活性、可靠性的要求也较高[21]，因而相应安全性、可靠性指标的权重应加大。另外，资源条件也会对分布式电源发展造成一定影响。因此，亟需结合地区特点进行分布式电源发展适用性的综合评估。地区特点与分布式电源评估指标的相关性如图3所示。

图3 地区特点与评估指标的相关性Fig.3 Correlation between regional characteristics and evaluation indexes

3.2.2 综合权重调整方法

考虑地区特点后，需对指标权重进行调整。在此引入权重调整因子Run。当Run=0时，表示某地区第u个地区特征值不影响第n个一级指标权重。当Run>0时，表示第u个地区特征值正向影响第n个一级指标权重，反之则为逆向影响。

确定权重调整因子后需对综合评估方法做出一定改进。根据地区特点，结合权重调整因子可得一级指标的综合权重调整向量如下：

(7)

进而结合反熵权法，得到一、二级指标的综合权重。

4 算例分析

本部分借助上述综合评估模型，选取我国3个典型省份作为评估对象，基于经济性、技术性、资源可用性、环境兼容性以及社会性对该区域内分布式电源的发展适用性进行评估。评估过程中，选取4名专家对上述5个一级指标进行群组决策分析，判断结果如表1所示。

表1 群组决策判断结果Table 1 Group decision result

由表1可知，综合4名专家的意见，上述5项一级指标(经济性、技术性、资源可用性、环境兼容性、社会性)的平均权重分别为0.231，0.229，0.200，0.201，0.139。

在此基础上，综合考虑所选3个省份的地区特点，可得调整后的一级指标权重如表2所示。

表2 计及地区特点的一级指标综合权重Table 2 The synthetic weights of the first level indexes considering regional characteristics

由表2可知，综合所选3个省份的地区特点，上述5项一级指标(经济性、技术性、资源可用性、环境兼容性、社会性)的权重调整为0.246，0.237，0.193，0.191，0.132。

进一步结合反熵权法，求得二级指标权重和两级指标综合权重如表3所示。

表3 计及地区特点的两级指标综合权重Table 3 The synthetic weights of two level indexes considering regional characteristics

由表3可知，经济性、技术性、环境兼容性指标下的二级指标的综合权重都较大，对分布式电源发展影响较大；资源可用性指标中资源可利用量、资源投入量这2个二级指标权重较大，可较大程度影响分布式电源的发展；社会性指标中社会总供电需求、分布式扶贫项目比例这2个二级指标占比较大，是分布式电源发展的重要影响因素。

结合中国3个典型省份的实际数据，具体如表4、5所示，进行分布式电源发展适用性的综合评估。

表4 分布式电源-天然气冷热电三联供基本配置信息Table 4 Distributed power supply-natural gas cooling heating and power supply for basic configuration information

表5 分布式电源-天然气冷热电三联供成本收益信息Table 5 Distributed power supply-natural gas cooling heating and power supply for cost and benefit information

由于分布式电源各基础数据存在不同的单位和数量级，计算得出的三级指标值可能存在不可公度性，因而基于2.3小节的指标无量纲化方法对各二级指标进行无量纲化处理，结果如表6所示。

表6 分布式电源各指标无量纲化计算结果Table 6 Non-dimensional calculation results of various indexes of distributed power supply

基于各二级指标的无量纲化值及其综合权重，最终得出的评估结果如表7所示。

表7 分布式电源发展适用性的综合评估结果Table 7 The comprehensive evaluation results of the development applicability of distributed generation

由表7可看出，就分布式电源的综合发展适用性而言，地区二的发展适用性最高，其次为地区三和地区一。从局部来看，3个地区分布式电源发展侧重点不同，其中: (1)就地区一而言，该地区的分布式电源在经济性、技术性以及环境兼容性方面的发展适用性较高，而在资源可用性、社会性方面的发展适用性较低；(2)地区二的分布式电源在经济性、技术性、资源可用性、环境兼容性方面的发展适用性一般，在社会性方面的发展适用性较高；(3)地区三的分布式电源在经济性、技术性方面的发展适用性较低，在资源可用性、环境兼容性方面的发展适用性较高，在社会性方面的发展适用性一般。这一评估结果可用于针对不同地区特点，制定科学的分布式电源发展规划和差异化的发展策略，促进分布式电源的健康有序发展。

5 结论

为综合评估分布式电源的发展适用性，促进分布式电源健康有序发展，本文基于群组决策和反熵权法，综合选取了经济性、技术性、资源可用性、环境兼容性以及社会性这5个一级指标，构建了分布式电源发展适用性的递阶综合评估模型。结合地区特点，选取我国典型省份进行实例分析，评估了分布式电源的整体及局部发展适用性。实例分析结果表明，本文所构建的综合评估模型是科学合理的、适用性强，具有一定的应用价值。

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李冉

(编辑 蒋毅恒)

Applicability Evaluation for Development of Distributed Power Generation Considering Regional Characteristics

LI Ran1,2, HAN Xu1,2, ZENG Ming1,2, LONG Zhuhan1,2, SUN Chenjun3

(1. School of Economics and Management, North China Electric Power University, Changping District, Beijing 102206, China;2. Energy Internet Research Center, North China Electric Power University, Changping District, Beijing 102206, China;3. State Grid Hebei Electric Power Company, Shijiazhuang 050000, Hebei Province, China)

Considering the increasing energy resources shortage, environmental pollution and climate change, distributed generation becomes an important way to effectively solve the contradiction in depletion of traditional energy, low efficiency of energy utilization, fossil fuel-dominated energy structure and intensive environmental pressure. The development of distributed generation is distinctively different in specific regions, for which an evaluation method is essential to promote the healthy and orderly development of distributed generation. The applicability evaluation model of distributed generation was built based on the combination of group decision and anti-entropy weight method considering regional characteristics. The model takes account in the subjective and objective factors such as the economy, technical feature, resource availability, environmental compatibility and sociality of the distributed generation. The instance analysis covers the applicability evaluation of overall and local distributed generation with certain scientific and rational nature in the planning and optimization of distributed generation.

distributed generation; developing applicability; comprehensive evaluation; regional characteristics; anti-entropy weight method

TK9

A

2096-2185(2016)02-0014-07

国家电网公司科技项目(分布式电源发展适用性策略分析及评估研究)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2016XS84)

2016-08-25

李 冉(1991—)，女，硕士研究生，主要从事新能源电力系统规划、需求侧管理、电力技术经济方面的研究工作，343823152@163.com；

韩 旭(1990—)，女，博士研究生，主要从事需求侧管理、电力技术经济、新能源电力系统规划方面的研究工作，lxyhx0601@163.com。

曾 鸣(1957—)，男，教授，博士生导师，研究方向为能源互联网规划与运行、新能源电力系统规划、需求侧管理，zengmingbj@vip.sina.com；

隆竹寒(1993—)，女，硕士研究生，主要从事电力技术经济、新能源电力系统规划方面的研究工作，longzhuhan@qq.com；

孙辰军(1981—)，男，工程师，从事应用系统研究工作。

Project supported by Science and Technology Project of SGCC(study on the distributed generation development applicability strategy analysis and evaluation)； the Fundamental Research Funds for the Central Universities (2016XS84)