新型电力系统的影响因素分析

新型电力系统的影响因素分析

赵杰,吴昊,李科,陈浩

湖北超能电力有限责任公司襄阳分公司  湖北 襄阳  441000

摘要：随着能源结构转型的不断推进，建设以新能源为主体的新型电力系统是电网发展的必然趋势。然而，对新型电力系统而言，由于构成的复杂性，其影响因素之间必然存在复杂且强耦合关系。

关键词：新型；电力系统；影响因素；分析

1解释结构模型

对新型电力系统而言，由于构成的复杂性，其影响因素之间必然存在复杂且强烈耦合关系，因此本文利用解释结构模型对新型电力系统进行研究。解释结构模型是通过梳理将复杂且具有强烈耦合关系的系统分解为多个子系统，然后通过对子系统内部各影响因素之间的联系性进行分析，得出影响因素之间的关联关系并利用有向图来揭示系统的结构。解释结构模型建立过程如图 1 所示，具体分为以下五个步骤。

图 1 解释结构模型建立过程

1）确定要素集与意识模型

依据新型电力系统所涉及的专业知识和实际运行约束条件，对新型电力系统的影响因素展开分析，将其分解为多个子系统，根据子系统生成影响要素集，构建新型电力系统的意识模型。

2）建立邻接矩阵

通过对各子系统中影响因素之间的关联关系进行分析，构建相应的邻接矩阵 A=(aij)m×n。邻接矩阵A 的元素 aij 定义为

式中，i≠j，且 i, j=1, 2,…, n，n 为影响因素的个数。

3）建立可达矩阵

利用推移论的规律与特性，对邻接矩阵 A 进行计算，得到可达矩阵 M，计算公式为

式中，I 为单位矩阵。该计算方法将矩阵 A 与 I 相加后进行同矩阵相乘，直至乘积矩阵保持不变，此时乘积矩阵为可达矩阵。

4）构造结构层次图

采用规范方法与实用方法，利用步骤 3）所求出的可达矩阵，建立结构层次图，观察整个新型电力系统影响因素之间对应的层次关系。

5）构建解释结构模型

根据相关理论知识和实践经验，分析结构层次图从而得到解释结构模型。比较解释结构模型和现有经验意识模型，如有严重不符则返回步骤 1）对相关因素及其影响关系进行修正。

2 新型电力系统影响因素解释结构模型

新型电力系统通过多类型能源之间的互相转化与补充，实现多系统间的协调配合，从而提高综合能源系统的有效性、灵活性和安全性。因此，在新型电力系统规划构建过程中应综合考虑对新型电力系统的供电可靠性、电能质量、经济效益、负荷种类等有直接或间接影响的因素，形成如图 2 所示的影响因素知识模型。

图 2 新型电力系统影响因素知识模型

本文研究的对象是新型电力系统，记为因素 S0；通过图 2 所示的知识模型，确定能源、环境、用户、产业为新型电力系统的主要影响因素集。影响因素集中主要包括清洁能源种类、能源总利用效率、气候类型、日照时间及光照强度、负荷特性曲线、各类产业比例结构等 14 个主要影响因素，分别记为因素 S1～S14。另外，系统的供电可靠性记为因素 S15，系统的电能质量记为因素 S16，系统的经济效益记为因素 S17，系统的负荷大小记为因素 S18。新型电力系统发展过程中，供电可靠性、电能质量、经济效益及负荷大小是衡量新型电力系统优劣的标准，直接受新型电力系统影响。此外清洁能源种类及分布与所处地区日照、产业规模直接相关，因此将日照时间及光照强度 S6 与产业产值 S13 作为清洁能源种类及分布 S1 的直接影响因素，依此类推，最终确定 19 个因素之间的相互关系见表 1。

表 1 新型电力系统影响因素之间的相互关系

根据表 1 所列新型电力系统影响因素之间的关联关系，构建邻接矩阵 A，利用式（2）、式（3）对邻接矩阵 A 进行计算，得出的可达矩阵 M 见表 2。

表 2 可达矩阵 M

从表 2 可以发现，新型电力系统的所有影响因素一共可以划分为 7 个层次，所有的影响因素都通过不同的角度对新型电力系统产生影响。其中，每一层影响因素只对上层影响因素有直接影响，而对下层影响因素没有直接影响。根据可达矩阵 M，运用解释结构模型的规范法与实用法建立新型电力系统结构层次图，如图 3 所示。

图 3 新型电力系统结构层次图

从图 3 可以发现，以新型电力系统为核心，所有的影响因素交叉影响，最终构成了一个密不可分的系统。因此在新型电力系统构建过程中必须把这些影响因素看做一个整体，并制定全面的系统构建计划，才能保证系统的成功构建。在图 3 中，日照时间及光照强度（因素 S6）、气候类型（因素 S8）、常住人口总量及人口构成百分比（因素 S10）等影响因素处于最低层，只对其他影响因素产生影响而不会受到其他因素的影响，将其称为新型电力系统的输入，它们是新型电力系统构建的基础。因此，为了保证所构建新型电力系统的真实有效性，需要对用户与环境因素进行系统的分析与研究。根据图 3 所示新型电力系统结构层次图，确立相应的新型电力系统解释结构模型，利用层次分析法或古林法对影响因素进行量化，并以此为基础建立新型电力系统影响因素结构数学模型，为我国新型电力系统的构建提供参考。

3结语

综上所述，对于新型电力系统而言，能源、环境、产业、用户等诸多影响因素互相影响形成一个整体，在新型电力系统构建过程中必须充分考虑它们之间的内在关联，从而保证新型电力系统构建的有效性与实用性。

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