图4交直流混合微电网的结构2
表1电源容量分配方案
从图3、4可以看出,2个结构的差别在于,结构2中2个直流微网母线是通过DC开关相连接的,促使2个微网的电气距离变小,负荷转移能力增强。
4.1.2基础数据的计算
根据微网的结构1和结构2以及benchmark微网系统的结构,计算网络结构水平的各二级指标值。每个交流微网的负荷总功率为116.4kW,每个直流微网的负荷总功率为118.4kW,结合表1中电源容量的分配方案,计算电源配置合理性和系统备用水平的各二级指标值。根据图5,列出2种结构的邻接矩阵,求出特征值,进而得到自然连通度。计算微网1的元件合格率时,由于其各子微网没有直接连通,导致变压器或整流器故障或切除后,该微网无法得到主网或其它微网的备用支持,有6个元件会导致这种情况,因此元件合格率为60/66,同理微网3的元件合格率为64/66。通过计算得到的原始数据如表2所示,基准值与状态值见附录。
图5 2种结构的图
表2指标的原始数据
4.2权重计算
对各二级指标进行主成分分析时,取累计贡献率超过85%时前p个主成分可体现所有指标。经计算,各微电网的一级指标状态值如表3所示。
4.3计算结果及分析
经计算,各微网的一级指标状态值、权重及总得分如表4所示。可以看出,对于网络结构水平,微网3较低,主要由于其所加支路导致关键节点分布距离比和关键支路分布距离比变小;对于电源配置合理性,微网1较低,因为容量方案1相对方案2的合理性更低;对于系统联络程度,结构2所加支路促使微网3的联络程度更高;对于系统备用水平,方案2的备用容量更大,使微网2和3的备用水平更高;对于故障自愈能力,结构2的支路更多,负荷可转移路径更多,因此自愈能力更强。对比各一级指标的权重,可以得出,电源配置合理性对坚强度的影响最大,其次是网络结构水平。
观察总得分可知,微网3的得分最高,微网2次之,微网1最低,微网2和微网3的网络坚强度处于较高水平,微网1则处于中等水平。因为容量方案2相对于方案1在电源配置合理性和系统备用水平上有优势;结构2相对于结构1在系统联络程度和故障自愈能力上有优势,但在网络结构水平下的关键节点分布距离比和关键支路分布距离比上有劣势。因此,微网1相对于微网2和微网3,坚强度较低;微网3相对于微网2,坚强度略高。根据以上分析,评估结果与理论分析一致,所以该评估方法可有效评估某交直流混合微电网的坚强度,具有一定的可信度。
若单一地用网络结构水平说明网络坚强度,微网1和微网2的水平一致,且比微网3大,与各微网的整体水平不符,且不能区分微网1和微网2;若单一地用系统备用水平说明网络坚强度,则不能体现三者结构对坚强度的影响,因此,本评价体系更加客观、全面。
4.4抗毁能力的对比
以图5中支路0-1、1-2、2-3、3-4、4-5和6-7为例,从0-1开始对支路进行故障处理,计算故障支路数为1到6时各微网的得分变化率,结果如
图6所示。得分变化率可以体现系统的抗毁能力,得分变化率越小,抗毁能力越好。
可以观察到,微网3的得分变化率始终最小,
图6随故障支路数变化的各微网的得分变化率
微网1在多数情况下得分变化率最高,说明微网3相对微网1和微网2的抗毁能力较强。因此,坚强度越高,系统的结构与容量合理性越强,其抗毁能力越强。
4.5独立信息熵权法的优势
表5熵权法和独立信息熵权法的权重
Tab.5Entropyweightandindependentinformation-entropyweight
电源配置合理性和系统备用水平存在一定的相关性,而EW权重中两者的权值较大,并不合理。通过计算独立信息水平对其矫正,其独立信息比率较小,使两者的IIE权重变小。因此,独立信息熵权法的权重更加合理,其拥有现有线性客观赋权法的所有优点,可同时依据数据的独立信息和变异程度进行评价。指标数据所提供的独立信息越多,权重越大;指标信息的波动程度越大,权重越大。该方法可充分体现现有数据的特点,丰富当前客观评价体系。
5结语
本文基于结构和容量的合理性,根据坚强度的各需求层次建立了交直流混合微电网的网络坚强度评估指标体系。并运用基于IIE-AHP-PCA的分层组合评价法,对构建的三个交直流混合微电网进行坚强度评估。通过算例分析得到以下结论：
1）该指标体系可对交直流混合微电网进行有效评估,各指标可系统地体现网络坚强度的不同特征,相对于单一用网络结构水平或系统备用水平来说明网络坚强度,该方法更加客观、全面。
2）电源配置合理性对网络坚强度的影响最大,其次是网络结构水平。
3）网络坚强度越高,系统的结构与容量合理性越强,其抗毁能力越强。
4）独立信息熵权法可同时体现数据的波动程度和独立程度,使权重更加合理。
