内蒙古地区大规模风电并网运行管理综合评价

摘要：为完善风电并网运行管理制度，规避风电并网运行管理过程中存在的风险，针对内蒙古地区风电并网运行管理模式及风险管理机制，从并网运行的三个阶段入手分析内蒙古地区风电并网运行管理过程中存在的风险因素，构建风电并网运行风险管理体系，采用TOPSIS法和综合指数法对检验风险进行综合评价。结果表明在风电并网运行管理的各环节中，风机技术、信息平台建设及风电量预测工作中存在的风险及其可能引起的后果最为严重。提高上网风机技术，完善信息平台建设，做好风电功率计量与风电预测，有助于提高风电并网可靠性，改善并网系统供电质量。

关键词：风电有序并网；运行管理机制；风险评价；TOPSIS法；综合指数法

中图分类号：F27

文献标识码：A

文章编号：1672―3198（2014）21―0082―03

0引言

当前我国风电并网发电已经进入快速发展阶段。由于内蒙古地区风能资源丰富，而负荷相对较少，风电并网发电迫切需要充分发挥区域间互联电网优势，提升电网作为能源“高速公路”的现代化能源运输体系的作用和资源优化配置能力。此外，大规模风电并网后，其出力的随机性和间歇性特性，对电网的安全运行和电能质量造成了非常不利的影响，也给互联电网有功功率控制带来了新的挑战。因此，有必要结合风电特性，综合利用各种先进调度技术，提出风电有序并网管理机制，实现安全防御、经济优化、高效管理三位一体的电网调度体系；同时，针对具体的风力发电站接入电网，从投运前、启动时、投运后三个关键环节构建微观层面的风电并网运行管理指标体系，并对其进行综合评价。

目前国外风电并网运行管理工作只涉及对风电接入、并网管理机制的研究等，未对其中的风险提出有效的防控措施；国内风电并网工作开展较晚，相应的管理体系还不完善，同时对风险防控问题也少有提及。本文针对内蒙古地区风电并网管理工作中各指标的选取及其可能存在的风险，提出相应的风险防控机制，并采用结合综合指数法所改进TOPSIS法，对风险管理指标进行优化排序，从而完善风电并网风险管理体系，优化风电并网管理工作。

1风电并网的三个阶段及风险评估

风力发电与水电、火电等常规能源相比，其发电能力由风能的大小、强弱而定，具有间歇性、波动性、随机性的特点。这就要求在出现间歇性的情况下，电网必须有相当规模的常规电厂跟踪调频，保持电力系统的连续、稳定供电；同时，随着风电规模的不断增大，电网公司必须具有足够的、动态的感性和容性无功调节能力，避免线路输送功率和充电功率等大幅度波动对电网的剧烈冲击。因此，大规模风电接入对电力系统的运行和控制提出了新的要求，也对传统的运行调度管理模式提出了新的挑战。

本论文中，从电网安全稳定运行角度出发，针对风电并网运行特性，将风电并网划分为投运前、设备启动和投运后三个阶段。各个阶段划分及风险识别如图1所示。

1.1风电投运前

电场接入系统前，为并网运行所做的一系列工作。其间的运行风险主要包括：（1）并网政策方面，由于风电并网的相关政策法规尚不完善，相应的管理模式和评价方式亟待规范，在工作开展过程中，容易出现配合的“盲点”，为电网的安全稳定运行埋下隐患；（2）在设备制造方面，已投运风电机组多数不具备低电压穿越能力，在电网出现故障导致系统电压降低时容易产生脱网；（3）风电场建设方面，部分项目业主工程质量管理不严，一些施工单位施工质量管理以及监理单位对工程施工质量的监督管理不到位。

1.2风力发电设备启动阶段

这一阶段中，发电企业收到电网调度机构向拟并网方发出并网确认通知后，按电网调度机构的要求开始进行制定启动措施。其间存在的风险有：（1）风电接入管理不足，大规模风电场接入电网整体安全性研究亟须加强；（2）缺乏通信自动化信息数据。由于风机控制系统厂家信息垄断、保密，数据不开放，风机运行状态信息没有向升压站监控系统和调度侧传送，调度没有风功率自动控制手段，给风电调度决策和运行管理带来极大的困难。

1.3风电投运后

风电并网成功后，按照调度部门的要求正常发电的阶段。其间存在的风险有：（1）风电功率预测手段缺乏有效性。目前国内没有比较成功的风电功率预测技术手段，且各风电场没有有效开展风功率预测工作，制约了有序并网管理。（2）风电场运行管理水平不高。一些风电场安全管理制度不健全，现场运行规程不完善，无功管理和二次系统管理无法满足电网安全要求；风电场专业水平远远落后于风电建设发展速度，不能适应工作要求。

针对三个阶段的风险，风电并网运行管理不仅应关注投运后环节，应建立风电并网的投运前、启动时、投运后“全过程”运行管理机制。具体模式见图2。

2基于TOPSIS和灰色关联度的综合评价方法

TOPSIS法的基本原理是通过构造多目标决策问题的理想解和负理想解，对各可行方案进行排序，以确定其优劣。本文利用综合指数对TOPSIS法进行改进，以更确切的描述待评价样本与理想样本之间的贴近程度，从而对样本的优劣进行排序，提供样本决策依据。通过TOPSIS和综合指数法对风电并网运行风险管理进行综合评价，首先采用线性比例法对指标数值进行规范化处理，并采用变异系统法求计算出指标权重，继而得出加权标准化矩阵；其次，确定待评价样本的正理想解和负理想解，并进一步计算出样本与正理想样本和负理想样本的欧氏距离和综合指数；最后，根据计算所得的相对贴近度，对样本进行排序优选。

2.1构建指标矩阵并确定指标权重

根据所要解决的问题，确定指标矩阵，并采用线性比例法对指标矩阵进行规范化处理。公式如下：

x*ij=xijxsj（1）

式中，xjs可以取该类指标的最小值、最大值或平均值等。

采用变异系统法确定各指标的权重。公式如下：

σk=2i=2（xik-xk）2/n，k=1，2，…，m（2）

ck=σk/xk（3）

wj=cj/mk=1ck（4）

将指标矩阵加权规范化，同时将规范化后的指标矩阵与所确定的指标权重相乘，得到加权标准化矩阵Y：

Y=（yij）m*n=（wjxij）m*n（5）

2.2计算欧氏距离与综合指数

（1）计算样本到正理想解和负理想解的欧氏距离。

确定正理解系统与负理想系统，并汇总各指标集的最大与最小值，从而得出正理想解与负理想解。设样本i到正理想解和负理想解之间的欧氏距离分别为Di+和Di-，计算公式如下：

D+i=nj=1wj（yij-y+j）2（6）

D-i=nj=1wj（yij-y-j）2（7）

（2）计算各指标的综合指数。

采用综合指数法，以正负均值为基准，求各指标的综合指数。首先，求指标xij的正负均值xj+和xj-，公式如下：

xj+=1nj+xij≥0xij，

xj-=1nj+xij

再求xij的折算系数Kij：

K+ij=xijxj+*100，xij≥0

K-ij=xij|xj-|*100，xij

（9）

2.3计算相对贴近度

（1）对欧氏距离和指标综合指数分别进行无量纲化处理。

i=φimax1≤im（φi）（i=1，2，…，m）（10）

式中，φi为Di+，Di-，Ki+，Ki-。φi为di+，di-，ki+，ki-，为无量纲化处理后的值。

其中，di-和ki+数值越大，样本越接近理想解；di+和ki-数值越大，样本越偏离理想解。综合考虑无量纲化后的欧氏距离和综合指数，可得到：

R+i=a1d-i+a2k+i，i=1，2，…，m（11）

R-i=a1d+i+a2k-i，i=1，2，…，m（12）

式中，a1，a2反映了决策者对距离和关联度的偏好程度，且a1+a2=1，决策者可根据个人偏好确定a1和a2。Ri-和Ri+分别反映了样本与正理想解和负理想解的接近程度。

（2）计算相对贴近度。

相对贴近度反映了待评价样本与正理想解或负理想解的接近程度。计算公式如下：

δi=R+iR+i+R-i（i=1，2，…，m）（13）

（3）评价策略优劣排序。

根据式（13）的计算结果，依据δi的大小对样本进行排序。δi越大，表示待评样本越贴近正理想样本，样本越优；反之，δi越小，表示待评样本越贴近负理想样本，样本越劣。

3算例分析

本文基于TOPSIS和灰色关联度法相结合的综合评价方法，对内蒙古地区风电并网运行风险管理工作进行综合评价。

3.1确定指标矩阵

针对PELIM各环节可能存在的风险，选定为7个指标：并网政策、风机技术、工程质量、接入管理风险、通信数据完善度、风电预测偏差、以及风电场运行管理。选取内蒙古地区7个试验点的器材检验工作资料作为数据基础，并进行规范化处理，得到如下矩阵。

3.2计算各指标权重

采用变异系统法，计算得到各指标的权重：

0.1261、01229、0.1248、0.1271、0.1251、0.1260、0.1239。

3.3计算加权标准化矩阵

将各指标权重与规范化指标相乘，得到加权标准化矩阵。

3.4确定正理想解和负理想解

在所构建的风险管理体系中，并网政策、风机技术、工程质量、通信数据完善度和风电场运行管理为正向指标，接入管理风险和风电预测偏差为负向指标。

正理想解与负理想解分别为：Y0+=[0.008，0.082，0036，0.035，0.074，0.056，0.024]；

Y0-=[0.032，0，055，0.017，0.008，0.052，0.027，0062]。

3.5计算样本与正理想解和负理想解之间的欧氏距离、综合指数及相对贴近度

利用前文所述方法，求出各个指标与理想解和负理想解的欧氏距离以及指标综合指数，并求出相对贴近度，得到结果见表3。

3.6指标排序，确定最优评价方案

比较各个指标的相对贴近度，可以得出：指标A2与正理想解距离最近，与负理想解距离最远，且与正理想解的关联度最高；由此可见，所用风机技术水平对风电并网运行质量起着重要作用。而风电场管理制度已日趋完善，在工作开展过程中出错率较少，风险较小，排序位于最后。

因此，将八个指标的重要度由高到低进行排序如下：A2、A5、A6、A4、A3、A7、A1。可见，对内蒙古地区风电并网运行过程的风险防控，首先要加强风机选型、信息平台建设及风电量预测工作的发展力度，同时兼顾其他环节可能存在的风险，提高风电并网运行效率。

4结论

首先，从电网安全稳定运行角度出发，针对内蒙古地区风电并网运行特性，将风电并网划分为投运前、设备启动和投运后三个阶段，分析各个阶段可能存在的风险，完善风电并网运行管理模式，以避免或减少风电浪费，提高风电并网发电量；其次，利用综合指数法对TOPSIS法进行改进，从而对内蒙古地区风电并网运行管理三个阶段中的风险指标项进行优化排序，以完善风险管理机制；最后，针对内蒙古地区风电并网运行过程中可能存在的风险，建立完善的风险识别与管理机制，通过风险识别与分析、风险防控等工作，有效预防和化解质量电网运行中的潜在风险。

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