電能質(zhì)量分級定電價方法研究中文摘要風(fēng)電作為一種新型的清潔能源，在電網(wǎng)中所占比例越來越大。但因其本身的隨機(jī)波動性，并網(wǎng)后會對電網(wǎng)的電壓和頻率等造成了很大影響。為了保證電網(wǎng)的安全運行，風(fēng)電有必要參與頻率調(diào)整。而頻率屬于種電能質(zhì)量指標(biāo)范疇，所以有學(xué)者將調(diào)頻控制研究上升到了電能質(zhì)量層面。本文首先對風(fēng)電調(diào)頻進(jìn)行研究，對目前的風(fēng)電調(diào)頻控制策略做了分析總結(jié)。然后從頻率的調(diào)整上升到電能質(zhì)量治理，不同的用戶因負(fù)荷問題對電能質(zhì)量的敏感性也不相同，而電能質(zhì)量要求越高，治理所需要的成本越大，所以對電能質(zhì)量進(jìn)行等級劃分，以滿足不同用戶的需求。本文采用層析分析法和K-means聚類算法對電能質(zhì)量進(jìn)行劃分等級，并且通過實例分析檢驗K-means算法的聚類效果。最后，在劃分等級的基礎(chǔ)上，制定了電能質(zhì)量分級定電價方法，在基礎(chǔ)電價的基礎(chǔ)上附加了治理成本分?jǐn)傎M用，利用鳥群算法進(jìn)行優(yōu)化，對不同電能質(zhì)量治理方案的費用比較分析，同時結(jié)合某地區(qū)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)做了分析研究，驗證了該方法的可能性。關(guān)鍵詞：風(fēng)電調(diào)頻；電能質(zhì)量；聚類研究；分級定價；目錄TOC\o"1-3"\h\u24097中文摘要 114536第一章緒論 4136751.1研究背景和意義 410331.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 7252321.2.1風(fēng)電頻率調(diào)頻策略的研究現(xiàn)狀 7245851.2.2電價定價方法研究現(xiàn)狀 929665第二章風(fēng)電頻率調(diào)整控制研究 11197772.1風(fēng)電機(jī)組參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的控制策略 1154632.1.1槳距角控制 11183342.1.2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制 12152682.1.3下垂控制 14326962.2風(fēng)電調(diào)頻控制的研究方向 1520726第三章電能質(zhì)量的評估與等級劃分研究 16191933.1電能質(zhì)量的問題及改善措施 162973.1.1電能質(zhì)量定義 16270363.1.2電能質(zhì)量的問題及其危害 17266703.1.3電能質(zhì)量問題的改善措施 21312053.2電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的必要性 22155943.3電能質(zhì)量等級劃分 2327154第四章基于電能質(zhì)量的定價模型與算例分析 3691854.1電能質(zhì)量分級電價模型 3617434.1.1電能質(zhì)量定價體系 36287754.1.2成本分析 36292264.2分級定價模型的建立 3941434.2.1目標(biāo)函數(shù) 39285164.2.2約束條件 40318504.2.3鳥群算法及其求解流程 4046264.3算例分析 4294384.3.1算例數(shù)據(jù) 4249624.3.2電價計算 45114084.3.3用戶情況分析 4826250第五章結(jié)論與展望 51197115.1結(jié)論 51116875.2展望 517173參考文獻(xiàn) 52第一章緒論1.1研究背景和意義能源作為國家的經(jīng)濟(jì)命脈，其儲量對國家的發(fā)展有著極其重要的影響。然而，在當(dāng)今時代，人類大規(guī)模的開發(fā)煤炭，石油等不可再生能源，加速了能源的枯竭，同時也對環(huán)境、氣候等方面提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，這嚴(yán)重威脅和制約了人類經(jīng)濟(jì)和社會的高速持續(xù)發(fā)展。近年來，世界上各個國家能源消耗以不可再生能源為主。2019年，世界上的不可再生能源能源消耗總量高達(dá)206億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，與1980年相比較，將近翻了一倍，較2018年增長了0.9%。由2020年美國能源署公布的美國能源供應(yīng)與消費數(shù)據(jù)來看，2020年美國的不可再生能源消費達(dá)92.9夸特（Quadrillion,10的15次方）英熱單位（BTU）。從能源供應(yīng)來分析，石油消耗占35%，天然氣消耗占34%，煤炭消耗占10%，化石能源總共占79%；可再生能源占12%，核能消耗占9%。根據(jù)終端能源消費來看，工業(yè)消耗能源占36%，交通運輸占35%，民用消耗占17%，商業(yè)消耗占12%。其消費總量為69.7夸特英熱單位，在供應(yīng)到需求這一階段整體能量損失為25%，其中電力系統(tǒng)中的能量損失占65%。而我國作為人口眾多的發(fā)展中國家，在這高速發(fā)展的國際背景下，大力推進(jìn)能源消費革命，造成能源消耗總量穩(wěn)步上升。我國的能源結(jié)構(gòu)目前還是以煤碳為主，具有多樣化發(fā)展且受自給率約束的特點，化石能源所占份額達(dá)到了全球的平均水平為85%，美國略低一些，為84%，而日本為88%最高，歐盟僅為75%。由此可以看出，化石能源仍舊是各個國家能源的供應(yīng)主體。然而，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，化石能源消耗速度日益加快，全球能源的儲量的下降給人類敲響了警鐘，同時，化石能源消耗也嚴(yán)重影響了人類生存的環(huán)境。為了促進(jìn)可持續(xù)化發(fā)展，保證能源能長期安全的供應(yīng)和人類健康發(fā)展，人類開始逐漸以可再生能源作為能源消耗對象，甚至將新能源的發(fā)展作為“基本國策”。其中，風(fēng)能儲量大、分布廣、易開發(fā)具有強(qiáng)大的商業(yè)潛力，而且風(fēng)能是一種清潔能源，其消耗對環(huán)境的威脅較小。所以在可持續(xù)發(fā)展中日益占據(jù)著重要角色，備受各個國家的關(guān)注。隨著風(fēng)能的快速開發(fā)，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)作為了目前最理想也最具挑戰(zhàn)的能源戰(zhàn)略決策之一，2019年全球的累計裝機(jī)容量高達(dá)650.6GW，比2006年將近翻了10倍。尤其歐洲一些國家特別重視風(fēng)電的建設(shè)與發(fā)展，早在上個世紀(jì)90年代初，歐盟就提出了大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的計劃和目標(biāo)。迄今為止，風(fēng)力發(fā)電已成為最便宜的發(fā)電方式從，根據(jù)歐洲風(fēng)力發(fā)電工業(yè)的區(qū)域發(fā)展來看，在2020年德國的裝機(jī)容量最大，荷蘭的新增裝機(jī)容量最多；按歐洲國家風(fēng)能消耗量的比重計算，丹麥和愛爾蘭分別占48%和38%。從歐洲國家風(fēng)電技術(shù)發(fā)展前景看，2021-2025年期間，英國將站在海上風(fēng)電發(fā)展的前沿，英國將保持年均裝機(jī)容量14.6GW。20世紀(jì)90年代，我國也開始規(guī)模化發(fā)展風(fēng)電，隨后頒布的一系列風(fēng)電發(fā)展策略極大地促進(jìn)了我國工業(yè)的發(fā)展。到2015年，我國風(fēng)電系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模已達(dá)1200億元，較去年上升了31.10%。由于國家大力鼓勵和支持風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，各種技術(shù)飛速發(fā)展，使得風(fēng)力發(fā)電和電力生產(chǎn)成本的快速下降。截至2018年底，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)建設(shè)投資額為646億元，比上年同期下降了5.14%，2019年，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)建設(shè)投資額達(dá)到了1171億元，比2018年同期增長81.30%[5]。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，在2013年到2019年期間，我國風(fēng)電的裝機(jī)容量也逐漸增長，截止2018年底，中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的裝機(jī)容量達(dá)到了20953萬KW，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的裝機(jī)并網(wǎng)率是83.38%。然而，隨著風(fēng)電飛速發(fā)展應(yīng)用日益廣泛，風(fēng)電與電網(wǎng)兩者相互影響、相互滲透，其影響程度不斷加深也給我們帶來了一系列挑戰(zhàn)。因風(fēng)速不穩(wěn)定，使風(fēng)電存在著波動性與隨機(jī)性，在大規(guī)模的風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)后，會對電網(wǎng)的安全運行產(chǎn)生嚴(yán)重危害，威脅到用電的電能質(zhì)量，嚴(yán)重時造成電氣設(shè)備損壞，給企業(yè)和用戶造成不可預(yù)估的損失。目前，風(fēng)電引起的系統(tǒng)頻率問題日益成為人們關(guān)注的焦點。根據(jù)近幾年國內(nèi)外關(guān)于風(fēng)力發(fā)電頻率波動問題的研究，許多學(xué)者們在研究風(fēng)電頻率調(diào)整的基礎(chǔ)上，將頻率調(diào)整的作用從頻率質(zhì)量的提高擴(kuò)展到電能質(zhì)量的全面提高。研究到現(xiàn)在，風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的調(diào)頻技術(shù)從一開始的同步發(fā)電機(jī)擴(kuò)展到了電網(wǎng)系統(tǒng)中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，而儲能技術(shù)是有效實現(xiàn)提高頻率質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。一般情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)速決定了發(fā)電的輸出量，但因為風(fēng)速不穩(wěn)定，時快時慢，所以就造成了風(fēng)電機(jī)組的間歇性。近年來，許多科學(xué)家的研究重心還是在風(fēng)速不穩(wěn)定的環(huán)境下追求相對穩(wěn)定的電機(jī)有功輸出，因此就需要合理的風(fēng)機(jī)控制與調(diào)節(jié)策略。雖然可以依靠發(fā)電單元隨著風(fēng)速的變化從而對其有功輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是過度的調(diào)節(jié)會對風(fēng)力發(fā)電機(jī)造成不可避免的損壞，減少其使命壽命，增加了損耗成本，不符合電力運行的經(jīng)濟(jì)性。同時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)還會因為本身運行時的隨機(jī)波動性影響電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，這無疑又為系統(tǒng)帶來了沉重的調(diào)頻負(fù)擔(dān)。我國所有的電力系統(tǒng)中，占據(jù)主力調(diào)頻的依舊是水電機(jī)組和火電機(jī)組。水電機(jī)組反應(yīng)較靈敏，比其后者有著更良好的調(diào)頻能力，但其缺點也很明顯，水電機(jī)組對于地理位置和氣候等因素要求較高，對部分區(qū)域電力系統(tǒng)的調(diào)頻不能滿足；而現(xiàn)在作為主流應(yīng)用的火電機(jī)組調(diào)頻性能不高，爬坡速率慢，還可能引起超調(diào)、反調(diào)、死區(qū)震蕩等問題，不符合現(xiàn)代對于調(diào)頻的更高要求。所以，風(fēng)電更有必要參與系統(tǒng)調(diào)頻。然而風(fēng)電調(diào)頻還存在著些許不足，且通過調(diào)頻改良電能質(zhì)量的措施成本太高，無法大規(guī)模的應(yīng)用于電網(wǎng)中，所以，也有學(xué)者將電能質(zhì)量分級定價作為研究方向。將電能質(zhì)量改良成本加入輸配電成本中，使用戶的電價變成基本電價和電能質(zhì)量改良價格兩部分。這樣可以使得輸配電與電能質(zhì)量改良分開考慮，減少投資成本，符合更多人的利益。當(dāng)然，在具體的實際定價與操作過程中，還要充分考慮到地區(qū)的地理條件和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，多方結(jié)合，統(tǒng)籌兼顧，盡可能的制定出用戶更能接受的基于電能質(zhì)量的定價體系。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1風(fēng)電頻率調(diào)頻策略的研究現(xiàn)狀風(fēng)電機(jī)組近年來大規(guī)模的投入，替代了傳統(tǒng)機(jī)組同時給電力系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來了沉重負(fù)擔(dān)。第一，風(fēng)機(jī)的機(jī)械部分和主電網(wǎng)的電氣部分的解耦降低了系統(tǒng)的整體慣性；第二，最大功率點追蹤（MaximumPowerPointTracking,MPPT）條件下運行的機(jī)組不但不能參與一次調(diào)頻，而且需要整個系統(tǒng)來配置額外的電源容量。這些問題阻礙了風(fēng)力發(fā)電的進(jìn)一步發(fā)展。近幾年來，許多學(xué)者開始著手于研究如何利用利用附加調(diào)節(jié)措施，促使風(fēng)電機(jī)組能發(fā)生慣性響應(yīng)參與一次調(diào)頻，并且也已經(jīng)取得了一些研究成果。調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子動能風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于其類型的不同接入電網(wǎng)的方式也不一樣，可以是直接接入，也可以利用電力電子裝置接入。比如，早期的恒速變頻風(fēng)機(jī)直接與電網(wǎng)相連，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與主網(wǎng)頻率相耦合，此種類型的風(fēng)機(jī)可以提供與傳統(tǒng)機(jī)組類似的慣性響應(yīng)[6]。目前，應(yīng)用較為廣泛的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（Double-FedInductionGenerator,DFIG）所具有得轉(zhuǎn)動慣量雖然與傳統(tǒng)機(jī)組大小相當(dāng)，但是它是利用電力電子裝置接入電網(wǎng)的，對于系統(tǒng)頻率的變化難以做出響應(yīng)。通過適當(dāng)?shù)目刂撇呗哉{(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子動能，就能夠在系統(tǒng)頻率發(fā)生波動時抑制功率波動，進(jìn)而使得風(fēng)機(jī)能夠提供慣性響應(yīng)，所提供的慣性響應(yīng)也被稱為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的合成慣性響應(yīng)（SyntheticInertia）[7]。這也是近年來所研究的主要思路。提取風(fēng)力發(fā)電機(jī)動能最常用的方法是將電磁功率或者電磁轉(zhuǎn)矩人為地設(shè)置在略高于參考值地某一點，這樣風(fēng)機(jī)輸出的電功率便高于風(fēng)能提供的機(jī)械功率，造成轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降低，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子動能向電能的轉(zhuǎn)換[8]。文獻(xiàn)[9]針對雙饋感應(yīng)風(fēng)機(jī)（Double-FedInductionGenerator,DFIG）的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，通過在磁場定向坐標(biāo)系中建模，發(fā)現(xiàn)DFIG雖然是通過電力電子裝置與電網(wǎng)相連，但是其在系統(tǒng)頻率發(fā)生波動時也會發(fā)生慣性響應(yīng)，也就是說DFIG的慣性響應(yīng)與主電網(wǎng)頻率也不完全是不相關(guān)，兩者之間的耦合由轉(zhuǎn)子電流控制器的參數(shù)所決定，而且只有在高寬帶的條件下才會出現(xiàn)完全解耦的情形。文獻(xiàn)[10]研究發(fā)現(xiàn)，在DFIG的控制系統(tǒng)中增加一個能對系統(tǒng)頻率波動做出快速響應(yīng)的附加控制回路，就能通過釋放感應(yīng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子動能實現(xiàn)對頻率波動的響應(yīng)，并且利用這種方式所釋放出的轉(zhuǎn)子動能比傳統(tǒng)的定速風(fēng)機(jī)還要更大，效果要更好。因為在MPPT模式下運行的風(fēng)電機(jī)組沒有額外的調(diào)頻容量供其使用，在對頻率波動做出慣性響應(yīng)后，風(fēng)電機(jī)組就需要系統(tǒng)中的其他部位來提供能量，以此來補足所釋放的轉(zhuǎn)子動能，從系統(tǒng)運行的整個過程來看，風(fēng)機(jī)所輸出的總電能其實并沒有增加。文獻(xiàn)[11]研究指出，釋放出轉(zhuǎn)子動能的風(fēng)電機(jī)組在恢復(fù)過程中，會出現(xiàn)輸出功率的減少，而同時可能會伴隨系統(tǒng)頻率的二次跌落情況。接著針對系統(tǒng)頻率二次跌落的研究，作者提出了一種利用特定函數(shù)的方法來緩解二次跌落。首先通過斜坡函數(shù)來近似表示控制系統(tǒng)中信號變化，其次又通過粒子群智能算法（ParticleSwarmOptimization,PSO）對斜坡函數(shù)作了優(yōu)化，以減少其誤差。結(jié)果顯示，此方法對于限制風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子動能恢復(fù)過程中出現(xiàn)的系統(tǒng)頻率二次跌落有著明顯的效果。設(shè)置風(fēng)電機(jī)組的功率備用風(fēng)機(jī)因為在MPPT模式下運行不能夠靠自身來參與一次調(diào)頻，為了實現(xiàn)參與一次調(diào)頻，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)可以經(jīng)過減載控制從而處于次優(yōu)模式上，這樣在整個過程中風(fēng)機(jī)始終會有部分容量作為備用，能夠在系統(tǒng)頻率波動時增發(fā)用功功率有效緩解頻率的變化，達(dá)到調(diào)頻的目的。根據(jù)減載控制的容量大小來分類，減載控制可以分為功率平衡控制、Delta控制和定備用容量控制三大類[12]。第一類功率平衡控制與傳統(tǒng)機(jī)組的控制相類似，以電機(jī)與負(fù)荷的關(guān)系為依據(jù)，對風(fēng)機(jī)的出力大小進(jìn)行分配；第二類Delta控制即通過預(yù)留最大可獲得功率特定比例大小的容量作為備用；第三類定備用容量控制顧名思義是通過預(yù)留一定大小的容量作為備用。文獻(xiàn)[13]在功率平衡控制的基礎(chǔ)上做出了改進(jìn)，設(shè)計出一種針對系統(tǒng)頻率波動的功率分配方法，此方法對風(fēng)電機(jī)組的功率進(jìn)行分配，操作簡便，對電網(wǎng)系統(tǒng)頻率波動和恢復(fù)時間起到明顯的降低效果。文獻(xiàn)[14]則是以羅德島的電力系統(tǒng)作為研究對象，對不同類型的風(fēng)機(jī)參與調(diào)頻做了定量分析，總結(jié)各種風(fēng)機(jī)的優(yōu)缺點，同時還表明為了使電網(wǎng)運行更加安全更加經(jīng)濟(jì)，預(yù)留10%的容量作為備用是一個較好選擇。1.2.2電價定價方法研究現(xiàn)狀為了促進(jìn)可再生資源替代傳統(tǒng)化石能源，使資源更加有效高效利用，各個國家頒布了各種關(guān)于電價改革的政策大力發(fā)展新型清潔能源。電價機(jī)制主要分為發(fā)電上網(wǎng)交易結(jié)算電價、輸配電電價、銷售電價三類機(jī)制[15]，其中輸配電價對于電力用戶有著重要影響，本文主要研究輸配電價機(jī)制。輸配電電價需要考慮用戶與電網(wǎng)公司兩方面，一方面電價的制定要制定合理，保證公司有收益，不能使電網(wǎng)公司出現(xiàn)虧損；另一方面，又不能使公司為了利潤大幅抬高電價，損害用戶側(cè)的利益，且本文研究更加注重用戶側(cè)的利益，力求在保證公司收益的基礎(chǔ)上盡量保證用戶側(cè)的利益。目前，各個國家對于輸配電電價主要采取兩種形式：基于會計成本定價和基于邊際成本定價[16]。國家根據(jù)本國國情以及地區(qū)環(huán)境的發(fā)展情況制定不同的定價方法。基于會計成本定價會計成本的定價方式原理設(shè)計到了會計學(xué)理論，將電能視作一種商品進(jìn)行交易。該定價方法重點關(guān)注輸電配電兩個環(huán)節(jié)，加上政府采取特定的方法對電價進(jìn)行監(jiān)管，確保價格在合理范圍內(nèi)。郵票法是其中典型代表。郵票法是目前應(yīng)用較為廣泛的一種定價方式，啟發(fā)于郵電的收費方式。在使用過程中著重考慮輸電設(shè)備的成本和各種損失費用，然后在總成本的基礎(chǔ)上分析輸電功率進(jìn)行收費。因為郵票法不關(guān)注電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)布局和輸電路徑，原理簡單，公開透明，大大降低了個人投資電廠的風(fēng)險。文獻(xiàn)[17]提出了一種分時郵票法的定價方式。將一短時間內(nèi)的總費用平均分?jǐn)偟矫咳丈?，結(jié)合基礎(chǔ)電價形成每日的輸電總費用，同時由電網(wǎng)與用戶協(xié)商高峰與低谷的權(quán)重系數(shù)，將每日的輸電費用按照高峰與低谷的權(quán)重系數(shù)進(jìn)行平均，得到分時段的上網(wǎng)定價方法。采用分時郵票法更有利于管理高峰與低谷用電側(cè)的需求管理。基于邊際成本定價邊際成本法是在實時電價基礎(chǔ)上改良的一種理論方法，它比會計成本方法包含了更多的經(jīng)濟(jì)學(xué)理論，考慮的也更為全面。在實際應(yīng)用過程中，能夠綜合考慮電網(wǎng)公司與用戶側(cè)的利益，吸引投資，提高資源的利用率。而根據(jù)考慮時間尺度的不同，邊際成本又可以分為短期和長期兩種定價方法。長期邊際成本方法的基礎(chǔ)是針對輸配電的總成本和功率的預(yù)測，對于數(shù)據(jù)要求較高，數(shù)據(jù)的突變會對計算結(jié)果造成影響，對公司或用戶的利益造成損失。而短期邊際成本方法根據(jù)一段時間（周期較短）內(nèi)輸電成本的變化來進(jìn)行電價，影響因素較少，更為可靠，因此，此種方法較為常用。其中較為常用的方法有邊界潮流法，兆瓦-公里法，潮流追蹤法等多種具體方法[20]。文獻(xiàn)[18]中通過對某個地區(qū)的潮流進(jìn)行建模分析，采用邊界潮流法進(jìn)行精確求解，將結(jié)果放入系統(tǒng)不充裕指標(biāo)中，通過這些指標(biāo)來進(jìn)行電網(wǎng)系統(tǒng)風(fēng)險評估。文獻(xiàn)[19]提出了一種潮流追蹤法的輸電分?jǐn)偡椒?，作者對郵票法與潮流追蹤法做了對比，分析了兩種方法的優(yōu)缺點，最后得出潮流追蹤法在復(fù)雜電網(wǎng)中更加合理。最后又通過5個節(jié)點的算例進(jìn)行實際分，驗證方法的合理性。文獻(xiàn)[20]在分析各種輸配電分?jǐn)傠娰M方法利弊的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種基于峰荷責(zé)任法的分電壓等級的電價方法，建立模型后使用鳥群算法（BSA）對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最后將某地區(qū)6、7、8三個月的負(fù)荷數(shù)據(jù)使用優(yōu)化模型進(jìn)行測算，并進(jìn)行對方比較驗證其合理性。而本文也是基于邊際成本的方法進(jìn)行電價計算，因為電能質(zhì)量在生產(chǎn)生活中作為一個重要參考依據(jù)，涉及到電力設(shè)備的運行安全，并針對電能質(zhì)量衍生出很多優(yōu)化治理服務(wù)，所以關(guān)于對電能質(zhì)量進(jìn)行治理使其滿足電網(wǎng)與用戶的使用要求的問題也是目前學(xué)者們的研究課題。而首先對于電能進(jìn)行分等級至關(guān)重要。文獻(xiàn)[21]以電能指標(biāo)中的供電可靠性作為依據(jù)，將用戶的電能質(zhì)量分為了7個電能質(zhì)量級別，文獻(xiàn)[22]首先依據(jù)電能質(zhì)量中的單個指標(biāo)的變化范圍將電能質(zhì)量分成10個等級，然后再將各種電能指標(biāo)與劃分的級別組合后再次劃分等級，最后形成新的具有綜合性質(zhì)的等級共10類，這樣劃分更具有合理性。為了滿足用戶側(cè)的電能質(zhì)量要求，根據(jù)一定依據(jù)將電能質(zhì)量劃分等級，因為對電能質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化改善需要成本，所以可以將電能質(zhì)量服務(wù)看作一種特殊商品，然后依據(jù)此制定電能質(zhì)量分級定價方法。這就是本文的研究思路，具體內(nèi)容在后文進(jìn)行說明。風(fēng)電頻率調(diào)整控制研究大規(guī)模的風(fēng)電并網(wǎng)給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成了巨大影響，為了減小這些影響，風(fēng)電主動參與調(diào)頻是必然選擇。風(fēng)電參與調(diào)頻的常用方法是更新風(fēng)電機(jī)組控制，使其具有與同步電機(jī)同樣的頻率響應(yīng)特性。2.1風(fēng)電機(jī)組參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的控制策略2.1.1槳距角控制風(fēng)電機(jī)組的因風(fēng)轉(zhuǎn)動而發(fā)出的機(jī)械功率與風(fēng)機(jī)的槳距角具有很強(qiáng)的相關(guān)性，而通過調(diào)整槳距角能夠?qū)崿F(xiàn)輸出功率的控制[23]。因此，在風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)定工作時，可以通過改變風(fēng)機(jī)的槳距角，使風(fēng)機(jī)工作在次功率狀態(tài)，同時將槳距角的變化作為系統(tǒng)頻率波動的響應(yīng)，這種控制叫槳距角控制。圖2-1風(fēng)機(jī)槳距角控制圖如圖2-1所示，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組參與系統(tǒng)調(diào)頻。當(dāng)系統(tǒng)整體頻率發(fā)生下降時，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生響應(yīng)，控制風(fēng)機(jī)槳距角減小，使得風(fēng)電機(jī)組工作在MPPT狀態(tài)，機(jī)械功率增加，為系統(tǒng)提供功率補充，達(dá)到調(diào)頻的目的。然而，槳距角控制參與系統(tǒng)調(diào)頻有著很大的弊端。風(fēng)機(jī)槳距角的變換速度較為緩慢，而頻率變化時間較短，使得此種方法的調(diào)頻效果不明顯；此種方法中風(fēng)機(jī)沒有工作在MPPT工況下，使得機(jī)組使用效率下降；同時需要頻繁增加機(jī)械功率來提供功率支持，會造成風(fēng)機(jī)機(jī)械部分損壞，壽命減短。因此，在實際工作中，一般不先采用這種控制方法，當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時，可以通過改變槳距角參與系統(tǒng)調(diào)頻。2.1.2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制使通過指令直接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，這樣能夠在保證風(fēng)電機(jī)組安全穩(wěn)定運行的情況下，還能夠為系統(tǒng)提供足夠的動能來參與系統(tǒng)調(diào)頻。傳統(tǒng)的風(fēng)電機(jī)組調(diào)頻的轉(zhuǎn)子動能為（2-1）式中：EK—轉(zhuǎn)子動能；J—轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量；ωA—轉(zhuǎn)速。在實際運行過程中，如果頻率跌落時，增大機(jī)組的有功輸出或者降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，相關(guān)的表達(dá)式為（2-2）式中：Ek—變化的動能；ωB—為調(diào)節(jié)后的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制原理圖如圖2-3所示。圖2-3風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制示意圖由圖2-3分析可知，風(fēng)機(jī)一開始工作在MPPT狀態(tài)下即1處，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障，調(diào)頻裝置開始啟動，風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械功率運行曲線為1-4，電磁功率的運行曲線為1-2-3-4，最后工作在4處。在整個調(diào)頻過程中，電磁功率始終大于機(jī)械功率，促使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降實現(xiàn)調(diào)頻。為保證電能質(zhì)量的穩(wěn)定，則風(fēng)電機(jī)組需要提供的輸出功率為(2-3)但是這種方法有一個弊端，該控制策略完成后，工作在4處，長時間內(nèi)機(jī)組的輸出功率低于故障前的輸出，對風(fēng)電系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。文獻(xiàn)[24]針對上述弊端提出了風(fēng)電機(jī)組減載運行的策略，即機(jī)組在非最大功率跟蹤點運行，如圖2-4所示。圖2-4風(fēng)機(jī)減載運行示意圖當(dāng)機(jī)組槳距角固定時，不同的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速工況有時可以產(chǎn)生相同的有功功率。狀態(tài)A為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較高時的狀態(tài)，風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速由于電能質(zhì)量變化中的系統(tǒng)頻率下降而遷移到狀態(tài)E。曲線A-F-E為機(jī)械功率的變化情況，曲線A-B-C-D-E為電磁功率的變化情況。為保持電能質(zhì)量穩(wěn)定，風(fēng)電機(jī)組在運行過程中機(jī)械功率小于電磁功率，其出力始終保持不變，通過釋放轉(zhuǎn)子動能保持系統(tǒng)頻率運行在合理區(qū)間。而考慮到相對長時間的調(diào)頻需要，風(fēng)電機(jī)組在系統(tǒng)頻率下降后可以回到最大風(fēng)功率點。如圖2-4所示，曲線A-F為機(jī)械功率的變化情況。曲線A-B-F則為其電磁功率的變化情況。風(fēng)電機(jī)組為保證電能質(zhì)量穩(wěn)定，采用相關(guān)調(diào)頻措施使其輸出最高功率，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供更多有功功率。2.1.3下垂控制在火電廠發(fā)電中，系統(tǒng)功率缺失引起頻率下降，進(jìn)而造成發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速下降，這時機(jī)組中的調(diào)速器開始工作，增加發(fā)電機(jī)的出力補充缺失的有功功率。其中，有功功率因頻率下降而增加的特性成為下垂特性。在風(fēng)電場中，風(fēng)速的不穩(wěn)定，造成風(fēng)力發(fā)電輸出功率出現(xiàn)缺失，引起系統(tǒng)頻率下降，這時可以構(gòu)建有功功率與系統(tǒng)頻率之間的下垂特性，以此使風(fēng)電機(jī)組達(dá)到與同步發(fā)電機(jī)相同的調(diào)頻目的。這種控制方法也被稱為下垂控制，原理如圖2-5所示。圖2-5電機(jī)下垂特性曲線圖在圖2-5中，系統(tǒng)從a點的工作狀態(tài)過渡到b點的工作狀態(tài)，其中的頻率改變量為Δ?ab，功率的改變量為ΔPab。下垂控制時，風(fēng)機(jī)一直工作在一個穩(wěn)定的工作狀態(tài)中，系統(tǒng)頻率波動范圍不應(yīng)較大，所以該控制適合用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率微小變動的情況。2.2風(fēng)電調(diào)頻控制的研究方向前文對風(fēng)電調(diào)頻措施的研究，只是單一方法的研究，而在實際應(yīng)用過程中，通過單一控制方法，其調(diào)頻效果將不會很明顯，所以需要繼續(xù)新的控制方法滿足風(fēng)電長的時間具有參與風(fēng)電調(diào)頻的良好性能目的。對于風(fēng)電調(diào)頻一方面，可以針對某種控制方法，采用智能算法對其進(jìn)行優(yōu)化分析，使其能在各種情況下達(dá)到理想的調(diào)頻效果；另一方面，因為風(fēng)電場是很多機(jī)組一起運行的，所以可以同時采用多種控制方法協(xié)調(diào)配合，合理的進(jìn)行配置，使風(fēng)電調(diào)頻效果更好。當(dāng)然，更重要的是對于新技術(shù)的開發(fā)，從根本上解決系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題，這將更好的促進(jìn)風(fēng)電的發(fā)展。電力系統(tǒng)中，存在著許多電力電子器件，而這些器件都是非線性元件，在對系統(tǒng)中的問題研究時難免會進(jìn)行建模分析，因為非線性元件的存在導(dǎo)致模型很復(fù)雜，研究起來很困難。而近年來，智能算法的出現(xiàn)為我們對這類問題的解決提供了便利，我們可以通過編程，選取合適的智能算法，可以很快的對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測，或者對模型進(jìn)行優(yōu)化已達(dá)到最好的效果。對于風(fēng)電研究的常用智能算法如表2-1所示。表2-1智能算法在風(fēng)電中的應(yīng)用算法名稱算法來源適用范圍優(yōu)缺點PSOGAANN來源于鳥類捕食的生物行為來源于生物的進(jìn)化理論模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化儲能配置協(xié)調(diào)控制備用容量優(yōu)化頻率偏差評估風(fēng)電功率的預(yù)測程序簡單，參數(shù)設(shè)置簡單會自動適應(yīng)、進(jìn)行自動學(xué)習(xí)更適合對不確定信息的研究電能質(zhì)量的評估與等級劃分研究3.1電能質(zhì)量的問題及改善措施3.1.1電能質(zhì)量定義最開始的電能質(zhì)量制定出現(xiàn)是在20世紀(jì)某國研究關(guān)于軍隊中所用電源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的一篇文章中，在這之后，這種標(biāo)準(zhǔn)被引用到了工廠生產(chǎn)過程中的電力系統(tǒng)中。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，各種能源的應(yīng)用，電能的影響因素越來越多，而為了提高生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，提高能源的有效利用，商品利益達(dá)到最大化，人們對電能的質(zhì)量提出了更高的要求。電能質(zhì)量又叫做電壓質(zhì)量，其指的是對電網(wǎng)中用電電壓變化大小和頻率擾動的評估，與所制定的標(biāo)準(zhǔn)契合度越高，說明質(zhì)量越好。后來，經(jīng)過國際電氣電子工程師學(xué)會（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers,IEEE）的一致同意，電能質(zhì)量（PowerQuality）正式成為這一標(biāo)準(zhǔn)的同一名詞。在我們?nèi)粘Ｉ钪?，對于電能質(zhì)量接觸不深，認(rèn)為電能質(zhì)量只是單純的表示電能的好壞，且對于好壞沒有一個固定的標(biāo)準(zhǔn)。這種認(rèn)識較為粗淺，而且所站的立場僅僅是普通用戶角度，考慮的因素也不多。對于電能質(zhì)量的認(rèn)識，要綜合考慮，不同的角度有著不同的看法，比如，站在電網(wǎng)公司的立場來分析，電能質(zhì)量表示的是電網(wǎng)發(fā)出的電能經(jīng)過電廠各種電氣設(shè)備優(yōu)化處理之后接入的各種電氣指標(biāo)；站在用戶側(cè)的角度來分析，電能質(zhì)量主要針對電能是否會破壞生產(chǎn)生活中所用到的電氣設(shè)備運行狀態(tài)，諸如，斷電、電流過大、頻率波動較大、電壓不足等問題。為了能有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，后經(jīng)過IEEE中各位工程師的協(xié)商，最后總結(jié)出電能質(zhì)量的定義：通過公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的品質(zhì)。理想狀態(tài)下，公用電網(wǎng)供給用戶側(cè)的電能應(yīng)該是恒定的頻率、正弦波形以及是標(biāo)準(zhǔn)電壓。同時，三相交流系統(tǒng)中的各相電壓和電流的幅值應(yīng)大小相等，相位對稱且相互相差120度[25]。而且針對電能質(zhì)量由設(shè)定了多個指標(biāo)。3.1.2電能質(zhì)量的問題及其危害電網(wǎng)電能的質(zhì)量不過關(guān)，輸送到用戶側(cè)會給用戶帶來諸多問題，下面對這些問題進(jìn)行簡單總結(jié)。電能質(zhì)量問題依照IEEE所制定的標(biāo)準(zhǔn)，從電壓變化和電磁變化的影響角度對問題進(jìn)行分析如下：低頻傳導(dǎo)與輻射：電能在低頻情況下工作運行時，可能會造成諧波干擾、電壓暫降與短時斷電、電壓不平衡、電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定產(chǎn)生波動、產(chǎn)生低頻感應(yīng)電壓、在交流電力系統(tǒng)中的直流分量影響變大。電網(wǎng)輸電過程中會受到輻射，影響電場和磁場。高頻傳導(dǎo)與輻射：電能在高頻狀態(tài)工作運行時，可能會產(chǎn)生感應(yīng)連續(xù)波（CW）電壓與電流、出現(xiàn)單向瞬態(tài)和振蕩瞬態(tài)現(xiàn)象。靜電放電（Electro-Staticdischarge，ESD）現(xiàn)象：電網(wǎng)輸電過程中電能很大，發(fā)生靜電放電后，會瞬間形成高電壓，瞬時電流迅速升高，產(chǎn)生強(qiáng)電場，并伴隨著強(qiáng)電磁輻射，在電網(wǎng)中產(chǎn)生強(qiáng)烈危害。電壓強(qiáng)度變化電網(wǎng)中出現(xiàn)故障，會造成電能的質(zhì)量變化，使波形產(chǎn)生畸變，而對于故障時間較長的情況是主要研究對象。一般這種情況時長達(dá)到1分鐘，波形畸變時間也較長，主要變化是：電壓超出額定值的持續(xù)時間大于1分鐘的過電壓故障；電壓低于額定值的持續(xù)時間大于１分鐘的欠電壓故障；高次諧波對電力系統(tǒng)的污染和電壓發(fā)生了偏移使得系統(tǒng)中的三相電壓不平衡等問題[27]。針對這幾種情況，電壓的波形畸變?nèi)缦聢D3-1、3-2、3-3所示。圖3-1電壓驟升波形圖圖3-2電壓驟降波形圖圖3-3電壓波動波形圖當(dāng)故障持續(xù)時間較短時，影響波形畸變主要是因為電壓中的暫態(tài)分量和振蕩分量，變化主要是：短時間內(nèi)(不大于1分鐘)電壓有效值超出（低于）額定值的的電壓突升（電壓突降）；電壓值在短時間內(nèi)急速變化的電壓瞬變。如下圖3-4、3-5、3-6所示。圖3-4電壓短時斷電波形圖圖3-5電壓暫態(tài)波形圖圖3-6電壓諧波畸變波形圖2.電能質(zhì)量惡化的危害隨著社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，用戶對于電能質(zhì)量的要求越來越高，尤其工業(yè)用戶對電能質(zhì)量指標(biāo)更有嚴(yán)格規(guī)定。為了保證用戶的利益，針對電能質(zhì)量惡化后的危害，人們做了大量研究，也已經(jīng)去得了部分成果。文獻(xiàn)[28]研究了電網(wǎng)中諧波對于電網(wǎng)的損害，并提出了一種關(guān)于諧波對功率損耗以及引起的電氣設(shè)備壽命縮短所造成的每年等值損失（kW·h）的計算方法：（3-1）其中T—年運行時間，kh；ΔPN—額定的設(shè)備損耗，kW;C—設(shè)備的費用，元；Uh—第h次諧波電壓的標(biāo)幺值；a,b—等值損失的系數(shù)，與設(shè)備的型號和容量有關(guān)；文獻(xiàn)[29]中提出了一種對于電網(wǎng)系統(tǒng)中頻率和電壓波動所造成的成本損失的計算方法。該方法可表示為：（3-2）(3-3)(3-4)(3-5)(3-6)其中，MT—時間段T內(nèi)的國民經(jīng)濟(jì)損失，元；ΔN—標(biāo)準(zhǔn)值偏差的方均根值；K—經(jīng)濟(jì)損失系數(shù)；σ—平均值偏差的方均根值；由式（3-5）和式（3-6）可知，數(shù)值與額定值得差由平均偏差ΔNp和標(biāo)準(zhǔn)偏差σ組成。為了減小偏差，可以采用靜態(tài)補償和動態(tài)補償?shù)霓k法來分別減小誤差。由式（3-2）可知，減小電能質(zhì)量引起的損失其實就是減小電能指標(biāo)與其額定值的偏差。當(dāng)然，電能質(zhì)量造成的損失除了指標(biāo)偏差、持續(xù)時間等因素外，還受地理環(huán)境、地區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、用電負(fù)荷等因素的影響，而將這些因素綜合起來考慮，還需要繼續(xù)研究。3.1.3電能質(zhì)量問題的改善措施社會生產(chǎn)的需要推動了科技的進(jìn)步，人們對電能質(zhì)量的危害有了更清晰的認(rèn)識，科技的發(fā)展使得電能質(zhì)量治理手段也越來越多?，F(xiàn)代電能質(zhì)量的治理在傳統(tǒng)治理的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，不但控制與治理的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，而且也正在從電力電子技術(shù)層面向著系統(tǒng)工程的層面上過度，考慮的因素更多了，治理成本也在下降。對于電能質(zhì)量的改善主要從這五方面著手：提高電力系統(tǒng)調(diào)度的智能化、增強(qiáng)無功優(yōu)化的效果，使用新型調(diào)頻調(diào)壓裝置，以此來實現(xiàn)對電網(wǎng)電壓頻率的減少。通過加強(qiáng)電網(wǎng)系統(tǒng)的改造，提高電能質(zhì)量。利用新型的濾波器、無功補償設(shè)備等裝置，限制諧波的干擾、降低電壓損耗。通過柔性交流輸電技術(shù)，提高系統(tǒng)的容量和輸電的穩(wěn)定性。通過柔性配電技術(shù)，對諧波進(jìn)行補償，降低電壓壓降。目前，已經(jīng)有很多電能質(zhì)量補償設(shè)備投入運營，表3-1對常用的補償裝置總結(jié)如下。表3-1各種補償裝置的功能補償器名稱電壓斷電電壓下降電壓暫升過電壓欠電壓波動蓄電池儲能系統(tǒng)（BESS）靜止同步補償器（STATCOM）不間斷電源（UPS）電壓恢復(fù)器（DVR）固態(tài)切換開關(guān)（SSTS）√√√√√√√√√√√√√√√√√√√√根據(jù)表3-1可知，這些補償裝置都能在一定程度上抑制電壓的跌落和電壓的上升，對電能質(zhì)量起到改良作用。3.2電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的必要性電網(wǎng)與用戶側(cè)的并網(wǎng)造成了電能質(zhì)量改變的作用，為了緩解電能質(zhì)量的危害增加了額外的治理費用，甚至當(dāng)輸電網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)故障時，還會直接破壞用戶的用電設(shè)備。為了解決這些問題，需要電網(wǎng)公司與用戶加強(qiáng)合作，對電力系統(tǒng)工程進(jìn)行改造，提高用電質(zhì)量。同時，不同的用戶由于負(fù)荷的不同對于電能質(zhì)量的要求也不一樣，對于電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)也有區(qū)別。為了滿足不同用戶的用電需求，減少治理成本，電網(wǎng)公司應(yīng)該統(tǒng)籌考慮，制定一個合理的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在適當(dāng)提高治理成本的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的用戶所要求的電能質(zhì)量制定合理的供電計劃。這樣，能夠在一定程度上滿足不同用戶的需求，更好的協(xié)調(diào)電能質(zhì)量治理與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系。3.3電能質(zhì)量等級劃分對電能質(zhì)量劃分等級時，我們首先要做的采集該地區(qū)近年來用戶側(cè)的電壓和頻率等數(shù)據(jù)，然后根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，設(shè)定不同的類別，建立一個電能質(zhì)量等級體系，最后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)數(shù)據(jù)中的各個指標(biāo)將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分等級，以此達(dá)到電能質(zhì)量的等級劃分。圖3-7電能質(zhì)量等級劃分流程對于電能質(zhì)量相關(guān)指標(biāo)我國也有一些標(biāo)準(zhǔn)，例如：CT/S12345-2016《電力系統(tǒng)頻率差》、CG/M1789-2000《電網(wǎng)的諧波標(biāo)準(zhǔn)》、GD12452-2016《電壓波動和閃變》、GC/M13112-2016《電能質(zhì)量供電電壓偏差》[27]，這些指標(biāo)規(guī)定了對于電能質(zhì)量的評估，包含有頻率偏差，電壓偏移，電壓壓降、公用電網(wǎng)諧波率、三相不平衡度等評價指標(biāo)。電壓偏移指的是用戶側(cè)實際運行電壓與額定電壓的偏差與額定電壓的比值，其表達(dá)式為：（3-7）其中：λu——電壓偏移；Uref——用戶在生產(chǎn)生活中實際的運行電壓；UN——額定電壓；電壓波動是指用戶側(cè)的實際電壓值得方均根值（有效值）發(fā)生連續(xù)快速變化，且這種變化持續(xù)時間大于運行周期，但是沒有超過2分鐘，表達(dá)式為：（3-8）電壓的諧波率為在一個運行周期內(nèi)高次諧波的含量，表達(dá)式為：（3-9）其中：m——三秒時間中均勻間隔內(nèi)的測量次數(shù)（一般情況m≥6）；Uhk——在兩秒的周期內(nèi)第k次側(cè)量得到的h次諧波含量的均方根值。電流的諧波率與其同理，表達(dá)式為：（3-10）其中：Ihk——在兩秒的周期內(nèi)第k次側(cè)量得到的h次諧波含量的均方根值。三相不平衡度是指在三相頻率、電壓與電流中有一項及以上不相等，表達(dá)式為：（3-11）（3-12）（3-13）（3-14）其中：λu0——三相電壓零序不平衡度；λu2——三相電壓負(fù)序不平衡度；U0、U1、U2——三相電壓的零序分量、正序分量和負(fù)序分量；λ——國標(biāo)簡化計算后的三相負(fù)序不平衡度；b、c——三相電壓或電流的基波分量的有效值。對電能質(zhì)量的各類指標(biāo)的評估過程中，通常采用客觀和主觀賦權(quán)法的策略。其中，客觀賦權(quán)法是通過收集足夠的各指標(biāo)數(shù)據(jù)，再對各指標(biāo)賦予權(quán)重定量和定性分析，此種方法的缺點是需要較大的計算量。在實際應(yīng)用到電能質(zhì)量指標(biāo)的過程中，需要采集實際運行中的頻率偏移、電壓電流偏移、三相不平衡與諧波率等電能質(zhì)量指標(biāo)的信息，如圖4-2所示。圖3-8各種電能指標(biāo)3.4層次分析法評估電能質(zhì)量及實例分析3.4.1層析分析法計算層次分析法（AnalyticHierarchyProcess,AHP)是通過對影響決策的因素劃分層次，再在這基礎(chǔ)上進(jìn)行定量和定型分析的權(quán)重決策方法，源于統(tǒng)籌學(xué)理論。AHP主要將確定好層次中各類指標(biāo)分別進(jìn)行兩兩比較，根據(jù)不同指標(biāo)的重要程度對其進(jìn)行排序，并將比較值對照標(biāo)度表（表3-3）得到確定的標(biāo)度值構(gòu)成矩陣，最后對矩陣進(jìn)行計算，得到不同層次下各個指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。具體分析步驟如下：步驟一：根據(jù)上文所述的電能質(zhì)量評估指標(biāo)建造層次結(jié)構(gòu)。步驟二：確定評價指標(biāo)以及各個指標(biāo)的模糊重要程度，再對照表3-3得到合適的數(shù)值。賦值完成后構(gòu)成一個N階判斷矩陣。表3-2Saaty標(biāo)度表標(biāo)度元素i與元素j重要性比較135792、4、6、8兩者相同稍顯重要明顯重要強(qiáng)烈重要絕對重要相鄰判斷的中間值步驟三：計算矩陣的最大特征值λmax，為了便于數(shù)據(jù)處理，對矩陣的列向量進(jìn)行歸一化。對矩陣中的行向量進(jìn)行求和，得到列向量Vi；（3-15）對列向量Vi進(jìn)行歸一化，得到權(quán)重向量ωi；（3-16）計算判斷矩陣的最大特征值（3-17）步驟四：檢驗矩陣的一致性計算判斷矩陣的一致性比率，其中RI由表3-3可得。（3-18）當(dāng)一致性比率CR≤0.1時，則矩陣選擇正確；當(dāng)CR＞0.1時，矩陣選擇不合理，對矩陣的順序重新排序，即重復(fù)步驟二、三、四直至滿足要求為止。表3-3隨機(jī)一致性指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值矩陣階數(shù)1234標(biāo)準(zhǔn)值000.570.91矩陣階數(shù)5678標(biāo)準(zhǔn)值21.42步驟五：確定電能質(zhì)量等級，實現(xiàn)分層目的。（3-19）（3-20）式中：S-電能質(zhì)量等級；δi—各類指標(biāo)的電能質(zhì)量等級；ri—各類指標(biāo)的實測值：Qi—第i類電能質(zhì)量指標(biāo)的各級電能質(zhì)量的閾值3.4.2算例分析根據(jù)上述的電能質(zhì)量理論和等級劃分相關(guān)公式，設(shè)定了三個電能質(zhì)量治理單元，具體參數(shù)如下表所示。表3-4電能質(zhì)量的指標(biāo)參數(shù)頻率偏移電壓諧波電壓波動電壓偏移電流諧波電能諧波三相不平衡度一二三0.0820.1640.1291.753.262.871.391.461.583.546.593.451.273.50.751.271.44根據(jù)電能質(zhì)量的相關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)，將電能質(zhì)量設(shè)定了5個等級。表3-5電能質(zhì)量等級劃分等級頻率偏移電壓諧波電壓波動電壓偏移電流諧波電能諧波三相不平衡度一二三四五≤0.08＞0.12＞0.14≤0.17＞0.2≤0.6＞1.2≤2.67≤3.2＞3.22≤1.3＞1.4≤1.74≤6＞7.2≤1.3＞3.4≤3.7≤4.6＞6≤1.3＞1.36＞3.5≤5≤5.5≤2.6＞3.2＞3.4≤4＞6＞1.33＞1.6≤2＞3.3＞3.5依據(jù)上面兩個表與公式得到了設(shè)定單元的相應(yīng)的電能質(zhì)量級別參數(shù)，如表3-6所示。表3-6電能質(zhì)量級別參數(shù)頻率偏移等級電壓諧波等級電壓波動等級電壓偏移等級電流諧波等級電能諧波等級三相不平衡度等級一二三0.0913.412.652.163.752.711.641.522.5通過層次分析法，得到判斷矩陣為：依據(jù)公式（3-19）與表3-5計算實際的質(zhì)量級別，最后結(jié)果為S1=1.55,S2=3.06,S3=2.53,近似取整，得到設(shè)定單元等級。單元一的電能質(zhì)量級別屬于二級，單元二屬于四級，單元三屬于三級。層析分析法可以對電能質(zhì)量級別進(jìn)行劃分，但是因為分析法的局限性，計算量太大，對與數(shù)據(jù)多的情況下不適合使用。而在現(xiàn)實生活中，用戶數(shù)據(jù)顯然很龐大，所以針對此問題，設(shè)計了一種智能算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，使方法適用于大多數(shù)情況。3.5K-means聚類算法評估電能質(zhì)量3.5.1算法簡介“類”是指一些具有某些相同特征的群體。聚類屬于無監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，是指將數(shù)據(jù)根據(jù)某個標(biāo)準(zhǔn)分成若干個類，各個類之間的特征盡可能的有區(qū)別，且區(qū)別明顯，而各個類中的數(shù)要共同具有某個特征。在數(shù)據(jù)分析理論中，分類與聚類有著本質(zhì)區(qū)別。對于一個事物群體，分類是已知事物的類別，然后將群體按類分類，是主觀意愿的，有指導(dǎo)性質(zhì)的；而聚類則是通過設(shè)定簡單的規(guī)則，自動的對群體進(jìn)行分類，是客觀的，無指導(dǎo)性質(zhì)的分類。到目前的研究，關(guān)于聚類的算法很多，如：K-means（K均值）聚類、層次聚類、最大期望EM聚類等多種聚類方法。means聚類算法是從下往上進(jìn)行聚類的一種算法，最初出現(xiàn)在1979年，Hartigan,JA和Wong,MA

發(fā)表的一片文章中。其原理是，通過設(shè)定聚類類別數(shù)k，并且從數(shù)據(jù)集合中選出k個對象作為聚類中心，然后進(jìn)行迭代計算，使其他對象到中心點的距離盡可能的小，這樣就等到了以k個類別數(shù)的劃分。圖3-9K-means算法流程圖3.5.2具體步驟根據(jù)K-means算法的原理對數(shù)據(jù)進(jìn)行相似分類，數(shù)據(jù)間的距離通過常用的“歐幾里得距離（EuclideanDistance）”進(jìn)行計算。其具體步驟如下：步驟一：建立數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行初始分析。步驟二：從數(shù)據(jù)中選出k個聚類中心，構(gòu)成向量A.（3-21）步驟三：計算其他數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)中心的歐式距離d，得到他們的距離和E。（3-22）（3-23）步驟四：假設(shè)數(shù)據(jù)中心會移動，利用K均值的方法更新數(shù)據(jù)的中心點。步驟五：重新計算數(shù)據(jù)到中心店的距離和，重復(fù)步驟二、三、四，開始進(jìn)行迭代。步驟六：一直迭代，知道距離和不再改變，或者迭代次數(shù)完成，完成分類。該算法原理簡單，計算速度快，但是其對于中心點的位置要求較高，運行時需要合理選擇中心點并注意迭代次數(shù)。3.5.3實例分析利用K-means算法根據(jù)數(shù)據(jù)特征相似性對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。在實際運行過程中，依據(jù)用戶側(cè)收集到的電能質(zhì)量的各個指標(biāo)數(shù)據(jù)確定合適的指標(biāo)數(shù)據(jù)中心，然后利用算法進(jìn)行聚類分析，最后得到電能質(zhì)量的等級分類。通過聚類算法分析，能快速的對電能質(zhì)量做出檢測分析，能更好的制定針對不同用戶的供電方案，同時也為未來電能質(zhì)量需求指標(biāo)的變化奠定了基礎(chǔ)。針對該算法的實際運行效果，選取了100個用戶節(jié)點，獲取了節(jié)點處電能質(zhì)量各個不同指標(biāo)的數(shù)據(jù)，通過這些指標(biāo)利用算法對其進(jìn)行電能質(zhì)量評估并進(jìn)行劃分。算法中對于參數(shù)的設(shè)置，聚類級別數(shù)k設(shè)為8，中心點選取用戶35、43、58、59、72、74、82、90的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，迭代次數(shù)設(shè)為100。表3-7用戶電能質(zhì)量數(shù)據(jù)用戶頻率偏移電壓偏移電壓諧波電壓波動電流諧波電能諧波三相不平衡度13.3123.8872.6512.2495.7429.4012.42123.2593.6063.6322.8014.5939.5631.73533.8543.2532.3792.5615.2678.6472.51244.0783.1853.2942.855.0859.0482.45153.7172.4632.4733.1855.7179.2512.52262.3842.5962.7073.0334.5439.0292.02772.1053.4652.6293.5246.2079.1891.26482.2653.0363.6863.0596.5758.442.3493.3952.683.4391.5065.1189.3432.2102.7124.2253.1062.7315.9298.7351.454112.4132.6513.7043.6125.6988.9023.025122.8972.6052.4753.5735.71910.0631.811132.9432.7072.0624.0876.4748.9552.457142.2541.5883.2392.5945.8679.1671.443153.0143.313.0333.7345.6617.6452.771162.4033.6263.0373.0935.3499.4861.852172.5423.3182.4933.3876.0629.8791.709183.4952.2893.3883.1736.1738.3672.466192.7072.2643.2733.2376.0638.8781.872202.6173.5162.2763.1246.2098.5942.933211.9762.2512.320.9014.7747.6110.618222.6622.8832.1381.2566.6387.0771.878231.9492.9232.4681.9765.6816.3921.141243.111.4031.9782.0126.0586.8221.358252.0391.8982.0522.3796.1017.3250.301261.8651.5422.341.8124.9876.9021.046271.2981.9182.0171.8186.8996.7342.03282.0111.9082.5862.8526.1835.8261.013292.3271.2471.6591.6006.4146.3451.045303.0332.2242.2521.5575.9176.9931.516311.5562.2491.9182.2776.3096.0091.386321.8851.8852.2382.3065.986.7380.952332.0421.7361.5421.9815.846.7191.164342.1841.8002.4372.016.6296.6241.405352.2360.6890.6821.6275.9616.4841.003362.8111.3061.6212.6715.3537.4620.441372.3891.4613.1852.1146.3366.0731.624381.6932.092.9072.4125.5437.3971.125393.3162.1322.0382.6145.6366.8371.038401.6981.7521.4472.3895.6746.8511.623413.6814.0093.9783.3463.5578.2959.086423.6253.0764.113.2694.4388.7428.072434.3074.4764.7784.714.0448.1879.467444.9013.8823.8742.2342.7159.7247.646453.9263.4433.6223.4324.8159.0947.505463.9714.8549.2947.245473.9134.1164.4963.3753.1469.3297.266484.6843.3693.793.1133.5439.9238.249493.8474.9783.2973.3414.3578.6397.756504.1734.6573.0611.4763.7918.2398.45513.4513.2223.383.4332.3528.3888.181524.4034.1354.8413.2064.8569.3017.626533.3184.4624.5423.5143.8019.0957.737544.253.5513.3592.8174.5869.1537.493553.4874.243.8973.0354.6419.1228.124565.713.9284.172.9564.2738.8377.859574.1373.8743.6382.1934.0578.0588.489583.5553.3874.1813.894.8469.1096.208593.894.7963.6071.8773.1519.8799.082604.6994.2843.3913.0243.6118.3517.335610.4744.0166.7151.5544.1187.3597.943621.3354.0726.6771.7544.357.7059.715630.7632.737.7570.5395.1188.7549.101640.793.8776.8330.9855.5698.3329.299650.983.597.1071.1444.5439.1119.565660.4665.1647.6351.6024.3347.8078.057670.7054.6197.0181.6004.6067.90310.14681.3593.9026.4771.075.4377.8888.92691.5443.6576.851.0755.5297.9137.656700.9833.8727.6340.7035.0468.6318.029711.1264.1426.6151.1045.8588.5679.753720.5764.6047.6250.0324.92910.249.107730.7363.9476.9131.2885.378.7378.968740.7774.4976.472.2624.446.849.184751.2873.8246.5111.6175.1667.6368.423760.8644.6837.4980.1835.1398.1489.216771.6273.7377.1821.7124.737.6128.698780.443.3447.1480.0894.7877.8219.155791.1664.6756.1881.6955.3917.959.947800.6464.5527.6541.035.5367.7569.374811.9284.1028.2742.0087.0355.3287.017822.2285.0657.8663.0138.915.8967.113832.7355.6267.8712.4617.2675.8837.716841.3635.6847.9893.1657.3765.0217.147852.2354.6247.5861.6256.8876.0967.561861.2725.2178.8073.0796.045.7246.982870.9475.1818.0032.9057.7755.6655.855882.7075.0337.5813.1997.6896.6476.827892.0424.5837.8232.7087.2676.3617.073902.2364.5728.7982.4025.7955.6026.636911.4495.0037.0222.917.4066.4756.974922.1944.7528.2863.1247.1995.7986.176931.5684.7478.4662.5118.2625.6616.631942.2655.3158.4082.4007.0385.9916.562951.5275.4237.2482.7586.5915.4446.875962.2054.9678.9822.0676.4455.7787.252973.4915.1847.8331.9986.8205.7177.310982.4565.7388.1591.9676.7415.8457.573991.7434.6547.6613.1767.6385.9347.5521001.8715.2197.9733.0958.3397.0816.761仿真結(jié)果如下表所示：圖3-9電能質(zhì)量等級分類圖由圖3-9可看出，該算法也取得了一定的效果，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，并且統(tǒng)計出各個等級下的用戶個數(shù)，便于生活中的用戶供電計劃制定?；陔娔苜|(zhì)量的定價模型與算例分析4.1電能質(zhì)量分級電價模型4.1.1電能質(zhì)量定價體系電網(wǎng)公司針對不同的用戶需求對電能質(zhì)量劃分了等級，然后根據(jù)等級進(jìn)行輸電，在滿足了用戶需求的同時，也使用戶側(cè)的損失減小，實現(xiàn)了電能運輸?shù)陌踩院徒?jīng)濟(jì)性。再上一章中設(shè)計出了可以根據(jù)電能質(zhì)量劃分等級的方法，本章則在此基礎(chǔ)上建立了依據(jù)電能質(zhì)量等級的差別定價方法。電網(wǎng)公司可以根據(jù)電能質(zhì)量的相關(guān)指標(biāo)劃分電價，其中要綜合考慮公司與用戶雙方的利益，利用補償方式與電能指標(biāo)的不同進(jìn)行差別電價，而用戶可以根據(jù)自身的經(jīng)濟(jì)條件以及需求來定制適合自己的供電方案。另外，關(guān)于用戶損失最小的問題可以通過智能算法來優(yōu)化解決。4.1.2成本分析設(shè)定分等級電價，第一步首先要明白供給用戶的實際用電成本，這就涉及到了電力用戶的電氣接線網(wǎng)絡(luò)、用電負(fù)荷類型以及相關(guān)的生產(chǎn)設(shè)備。確定實際用電成本后，再考慮電能質(zhì)量不同等級運行下發(fā)生故障造成的損失與改善電能質(zhì)量的費用，同時還應(yīng)注意到電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備的運行成本問題。圖4-1電能質(zhì)量電價構(gòu)成電能質(zhì)量治理設(shè)備的數(shù)據(jù)如表4-1所示。表4-1治理設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)備名型號類別設(shè)備成本（元/kVA）運行成本靜態(tài)開關(guān)STATCOMUPS動態(tài)UPSDVR15min30min90min180min215kVA250kVA346kVA360250-75015341872386656743240209587914755%的設(shè)備成本20%的設(shè)備成本511$/kVA400$/kVA3320$/kVA4460$/kVA163元/kVA5%的設(shè)備成本表4-1是相關(guān)電能治理設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，計算電價時應(yīng)重點考慮。為了不損壞用戶與電網(wǎng)公司的利益，應(yīng)該在實現(xiàn)用戶電能質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實現(xiàn)損失最小。目前，電網(wǎng)公司對于不同用戶的電能質(zhì)量問題也有了相關(guān)的治理方案，如表5-2所示。表4-2不同類型用戶電能質(zhì)量問題及其治理方案用戶類型電能質(zhì)量常見問題電力線路問題治理方案經(jīng)濟(jì)損耗來源電子器件制造行業(yè)醫(yī)院商業(yè)大廈水泥廠化工廠供電中斷電路板與控制系統(tǒng)故障傳真器的供電運行中斷控制設(shè)備與系統(tǒng)故障生產(chǎn)設(shè)備停運電壓暫降瞬態(tài)過電壓、電壓暫降瞬時過電壓電壓暫降線路發(fā)生了擾動動態(tài)電壓恢復(fù)器/靜態(tài)開關(guān)設(shè)定UPS不間斷電源就地安裝TVSS設(shè)定UPS不間斷電源無25000$/次15000$/h15000$/h100$/min2000000$/min電力用戶EPAC研究生物醫(yī)學(xué)儀器與科學(xué)電力公司電力公司電力公司本研究采用邊際成本定價的方法進(jìn)行電能質(zhì)量的差別電價計算，在實際運行過程中，得到供電成本，再根據(jù)用戶不同需求進(jìn)而附加附加其它電價，形成電能質(zhì)量定價。電能質(zhì)量治理方法不同，其產(chǎn)生的成本也不相同。計算其成本的公式為：（4-1）其中：K—治理設(shè)備的購置成本；M—設(shè)備維護(hù)成本；n—設(shè)備使用壽命；（4-2）（4-3）其中：PI、PT、PD、PE—設(shè)備的安裝、購買、調(diào)試、安裝費用E、D—維護(hù)的人力、消耗資源、零件購買費用電能質(zhì)量治理主要是通過對電能進(jìn)行控制，進(jìn)而減少其惡化的可能性，從而減少用戶的損失，提高電能質(zhì)量。為了平衡供電公司與用戶雙方的利益，要保證公司的經(jīng)濟(jì)利益，可以通過減少投資回收期T的辦法來獲得盈利利潤，即設(shè)備的投資回收期T不超過設(shè)備壽命。設(shè)備的成本以設(shè)備為用戶所改良的容量為單位分配。采取第i個治理方案時，電能質(zhì)量等級為S，則用戶的單位容量電價Pi可表示為（4-4）容量配電電價是根據(jù)一定電壓等級的輸電配電投資進(jìn)行回收再投資，其表達(dá)式為：（4-5）其中：UZ—電壓為U時的電網(wǎng)資產(chǎn)折舊費；Uf—容量配電的分?jǐn)傎M；UP—電網(wǎng)的總裝機(jī)容量由以上理論介紹及公式，可以計算得到最后的電能質(zhì)量電價為Fi：（4-6）4.2分級定價模型的建立4.2.1目標(biāo)函數(shù)電力公司提高電能質(zhì)量的方法主要是對輸電線路進(jìn)行改造，裝設(shè)提高電能質(zhì)量的的設(shè)備。但是該方法對用戶的條件要求較高，費用的組成比較復(fù)雜。而設(shè)定電能質(zhì)量分級定價模型可以有效提高運行維修、設(shè)備權(quán)衡、電力公司提高電能質(zhì)量策略與人員分配等資源的高效率整合，實現(xiàn)各類資源的使用優(yōu)化。對于電能質(zhì)量的提高計算：假設(shè)用戶的容量不變。綜合上文所述的各種理論分析，分級定價模型為：（4-7）（4-8）（4-9）（4-10）其中：s—電能質(zhì)量等級；Ps—最終電費；Ms—用戶的總費用；Cs—提高電能質(zhì)量成本；Ls—電能質(zhì)量不足的損耗；因為電能質(zhì)量的治理方案不同，所需要的費用也不一樣，而質(zhì)量等級不同對用戶產(chǎn)生的費用也不同。針對這種問題，通過使用智能算法進(jìn)行優(yōu)化，選擇合適的調(diào)節(jié)方案，力求用戶的總費用減少，其目標(biāo)函數(shù)為：（4-11）4.2.2約束條件該模型主要受設(shè)備的容量和電壓約束。本文只研究DVR和UPS治理設(shè)備，所以對這兩種方案的約束條件進(jìn)行分析。當(dāng)采用UPS設(shè)備治理方案時，由于其工作狀態(tài)在額定電壓下，所以不需要考慮電壓的約束。一般對于設(shè)備的容量都應(yīng)考慮未來的擴(kuò)容和負(fù)載啟動時的啟動電流，所以UPS的容量約束可表示為：（4-12）一般情況下，為留有一定裕量，工作功率為額定功率的60%上下；在本研究中工作狀態(tài)設(shè)定為額定功率的75%，η的取值范圍為0.3-1。當(dāng)采用DVP設(shè)備治理方案時，工作電壓會發(fā)生變化，同時設(shè)備容量與電壓有關(guān)，所以其約束條件為：（4-13）（4-14）其中，Us—質(zhì)量等級s下的電壓；Uk—設(shè)備耐受電壓；Qs—實際過程中的容量；4.2.3鳥群算法及其求解流程隨著社會的智能化發(fā)展，為了滿足對問題的優(yōu)化研究，許多學(xué)者提出了很多多種智能優(yōu)化算法。這些算法的設(shè)計靈感一般來自于大自然，如我們經(jīng)?？梢姷倪z傳算法（GA，1972年）、人工蜂群算法(ABC,2005年)、粒子群算法（PSO，195年）等多種算法。而這些算法都有著各自的優(yōu)缺點，對于問題的復(fù)雜程度，選擇合適的算法可以使事情事半功倍。本研究使用鳥群算法對用戶的費用進(jìn)行最優(yōu)化求解。鳥群算法（BSA）是Xian-BingMeng等人根據(jù)鳥群覓食、遷移、警覺等行為受啟發(fā)提出的一種新型算法[30]，可以表示為：種群中的鳥可以自由切換覓食或者警覺兩種生物行為。因此，該規(guī)則可以制定為一個隨機(jī)決策，通過在0-1之間隨機(jī)產(chǎn)生數(shù)，若隨機(jī)數(shù)大于某個特定值P時，則鳥選擇覓食，否則選擇警覺。當(dāng)鳥兒進(jìn)行覓食時，它能及時記錄并且更新自己之前的最佳覓食位置，這個記錄也會整個種群共享。該規(guī)則可以表示為：（4-15）其中：xti,j—鳥t時刻的位置；Pij—第i只鳥所經(jīng)過的最佳位置；C,S—認(rèn)知系數(shù)，社會進(jìn)化系數(shù)當(dāng)切換為警覺時，每只鳥都想到達(dá)種群的中心，這種行為會受到群體間競爭所引起的干擾的影響，覓食較多的鳥類更有可能靠近種群的中心。鳥飛往種群的中心位置會產(chǎn)生競爭，可表示為：（4-16）（4-17）（4-18）其中:N—種群數(shù)量；k—[1，N]的隨機(jī)整數(shù)；a1，a2—[0,2]之間的常數(shù)ipFit—第i只鳥的適應(yīng)度值；sumFit—種群的適應(yīng)度和；Meanj—種群平均適應(yīng)度值。鳥兒會定期飛到另一個地點。當(dāng)飛到另一個地點時，鳥類可能經(jīng)常在生產(chǎn)和覓食之間切換。覓食最多的鳥是生產(chǎn)者，而覓食最少的鳥是乞食者。其他兩者之間的鳥類會隨機(jī)選擇生產(chǎn)和覓食。當(dāng)?shù)竭_(dá)另一地點后，它們會重新覓食。一些作為生產(chǎn)者的鳥開始尋找食物，其他鳥跟隨生產(chǎn)者尋覓食物?？捎上率奖硎荆海?-19）（4-20）生產(chǎn)者積極尋找食物，乞食者隨機(jī)跟隨一位生產(chǎn)者尋找食物。整個算法的流程圖如圖所示：圖4-2鳥群算法流程圖4.3算例分析4.3.1算例數(shù)據(jù)本文選取某地區(qū)2019年的電網(wǎng)公司的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行定價分析，數(shù)據(jù)中的一部分源于35kv和10kv的電網(wǎng)節(jié)點，約占供電量的5%。使用該算例的目的是計算出根據(jù)電能質(zhì)量分級電價的配電電價。該算例數(shù)據(jù)如下所示：（1）算例中所需要的固定資產(chǎn)數(shù)據(jù)如表4-3所示。 表4-3某地區(qū)的實際資產(chǎn)數(shù)據(jù)目錄初值（萬元）當(dāng)年折舊（萬元）折舊率凈值（萬元）土地建筑物房屋廠房住房非實際生產(chǎn)設(shè)備與器具運輸設(shè)備生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備維護(hù)檢修設(shè)備配電線路相關(guān)設(shè)備(1)10kv以下(2)等級為10kv(3)等級為35kv自動化控制設(shè)備輸電線路(1)等級為110kv(2)等級為220kv625.2024076.4058878.921412.1711811.811085.853638.921190.58928.33612726493203.3113430.6319930.2210949.2152759.8323828.3131132.8201800.872650.5863.6163529.163135.618559.227144.295.09369580.457065.661014.641490.07435.1882324.051016.131457.9200.79210.04750.04750.04750.13560.15830.13560.07930.07930.07930.07930.07930.04160.04750.04750.0475625.2018974.344507.91034.069721.44518.41938.09398.84146.03101222757331076315285.214587.8743158.952521.826054該地區(qū)2019年的費用明細(xì)如表4-4所示表4-4該地區(qū)運行費用項目費用（萬元）12345678總費用購電費用其他材料費用工資折舊成本維修成本其他成本20902015750651115534083632450932478823表4-5配電網(wǎng)各電壓等級容量表電壓等級用戶容量（kVA）配電網(wǎng)容量（kVA）220kV110kV35kV10kV80000751006460064370036000049800211400562220表4-6配電網(wǎng)各電壓等級售電量電壓等級售電量（萬千瓦時）供給電量（萬千瓦時）下級供出電量（萬千瓦時）220kV110kV35kV10kV36058.7130028.4125028.423086640303.87363036.6930047.37236569.673238041.86134380.07528018.80630表4-7各類UPS設(shè)備提高電能質(zhì)量的成本UPS種類臺數(shù)購買費用（元）每臺容量（kVA）年維護(hù)成本（元）SEPTM8143121131211318141211312112070080000060000880000265000550000660000880000880000265000550000660000880000640000257000207000800000880006600039500025300088000026500055000066000088000011000024010020501126080100500240100204505012608020306080100120250300400500130002700090001500001500004.3.2電價計算利用本章中設(shè)計出的分級電價進(jìn)行電價計算，不同的用戶所需要的電能質(zhì)量等級不同，所產(chǎn)生的的費用也不相同。本算例中將電能質(zhì)量分成8個等級。使用UPS設(shè)備的治理電能質(zhì)量當(dāng)使用此供電方案進(jìn)行電能質(zhì)量治理時，可以重點選擇在電壓等級110kv的進(jìn)線部分上安裝治理設(shè)備。實際運行過程中，UPS設(shè)備的冗余系數(shù)η取0.3.表4-8UPS設(shè)備的費用容量運行費用單位容量購買費用33000kVA15%購置成本2180元通過UPS設(shè)備提高電能質(zhì)量，根據(jù)前文模型的介紹，結(jié)合文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)，得到式（4-9）和式（4-10）的系數(shù)，再利用鳥群算法對用戶總成本進(jìn)行優(yōu)化。算法中迭代次數(shù)為50，鳥群規(guī)模為30，維度為1維，鳥類飛行頻率FQ為10，認(rèn)知系數(shù)C和社會加速系數(shù)S均為1.5，參數(shù)a1，a2均為1。運行結(jié)果曲線如圖4-3所示.圖4-3BSA運行結(jié)果圖由圖4-3可知，用戶的總成本最小時為0.1698元/kW·h，根據(jù)算法運行結(jié)果，此時電能質(zhì)量等級S=3.0208，取整S=3，代入式（4-9）得電能質(zhì)量治理成本為0.10996。相關(guān)情況分析如表4-9所示。表4-9UPS設(shè)備治理前后用戶側(cè)成本分析電能質(zhì)量等級用戶總成本（元/kWh）提供電能質(zhì)量治理30.1698沒有電能質(zhì)量治理00.2442再根據(jù)公式（4-5）求出電壓等級110kV下的容量配電費用。其中由表4-5可知，該地區(qū)110kV的配電網(wǎng)容量是498000kVA；由表4-3可知，電壓等級110kV的折舊費用為3591萬元，即110kV的固定費用為3591萬元；220kV分?jǐn)偟?10kV的容量成本為220kV的固定成本減去220kV下用戶容量費用。由此，可得110kV下的容量配電價為0.6534元/kWh，最后求出電價Ps=Uj+Cs=0.6534+0.10996=0.76336元/kWh。使用DVR方案治理電能質(zhì)量同（1）的計算方法，根據(jù)文獻(xiàn)中的相關(guān)數(shù)據(jù)得到式（4-9）和式（4-10）的系數(shù)。DVR設(shè)備的運行費用如表4-10所示。表4-10DVR設(shè)備運行費用容量運行費用單位容量購買費用（元）33000kVA5%的購置費用3000元算法參數(shù)如前文一樣，運行結(jié)果曲線如圖4-4所示.圖4-4BSA運行結(jié)果圖由圖4-4可知，用戶的總成本最小時為0.1398元/kW·h，根據(jù)算法運行結(jié)果，此時電能質(zhì)量等級S=3.4208，取整S=3，代入式（4-9）得電能質(zhì)量治理成本為0.0978。相關(guān)情況分析如表4-9所示。相關(guān)情況如表4-11所示。表4-10DVR設(shè)備治理前后用戶側(cè)成本分析電能質(zhì)量等級用戶總成本（元/kW·h）提供電能質(zhì)量治理30.1398沒有電能質(zhì)量治理00.1914最后求出電價Ps=Uj+Cs=0.6534+0.0978=0.7512元/kWh。4.3.3用戶情況分析假設(shè)該地區(qū)的配電網(wǎng)包括工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)以及居民用電系統(tǒng)，且共有30個負(fù)荷節(jié)點，該模型中的負(fù)荷共14.9481MW。具體負(fù)荷電數(shù)據(jù)如表4-11所示。表4-11負(fù)荷點用電情況負(fù)荷類型負(fù)荷點編號負(fù)荷點個數(shù)電能質(zhì)量需求負(fù)荷平均水平（MW）居民農(nóng)業(yè)工業(yè)商業(yè)辦公1-5,7-1113,14,19,2025-276,12,18,23,2415,16,17,