2021年03月01日，國家電網(wǎng)有限公司響應(yīng)國家“雙碳”政策，發(fā)布了《國家電網(wǎng)公司“碳達(dá)峰、碳中和”行動方案》，該方案旨在構(gòu)建現(xiàn)代新型電力系統(tǒng)體系，從而推動低碳零碳目標(biāo)的實現(xiàn)。提升新能源發(fā)電占比、提高新能源發(fā)電在終端消費中的比重是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要保證。

有文獻(xiàn)從技術(shù)層面出發(fā)，提出新型電力系統(tǒng)規(guī)劃模型與調(diào)頻標(biāo)準(zhǔn)，為新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供參考。但由于新型電力系統(tǒng)影響因素涉及廣泛，因此需要從能源、環(huán)境等多角度對新型電力系統(tǒng)的影響因素進(jìn)行分析。有文獻(xiàn)分別從能源、環(huán)境、技術(shù)與設(shè)備維護(hù)角度對新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性的影響因素進(jìn)行敘述，為新型電力系統(tǒng)的影響因素分析提供參考。

但上述文獻(xiàn)主要是對新型電力系統(tǒng)單個方面影響因素展開分析，針對新型電力系統(tǒng)多個方面混合影響因素之間的影響關(guān)系缺乏相應(yīng)的闡述。有文獻(xiàn)從負(fù)荷、報價和容量等方面分析影響因素對電價的影響，但未針對多個影響因素之間的層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的探討。

本文將能源、環(huán)境、用戶、產(chǎn)業(yè)作為新型電力系統(tǒng)的影響因素集，并利用解釋結(jié)構(gòu)模型分析方法，對新型電力系統(tǒng)影響因素之間的關(guān)聯(lián)性與層次性進(jìn)行分析。首先對新型電力系統(tǒng)影響因素展開分析并通過影響因素之間的相互影響關(guān)系獲得鄰接矩陣，其次利用推移論對鄰接矩陣進(jìn)行計算，得出可達(dá)矩陣，最后利用可達(dá)矩陣得出層次清晰、脈絡(luò)清楚的結(jié)構(gòu)層次圖。

1 解釋結(jié)構(gòu)模型

對新型電力系統(tǒng)而言，由于構(gòu)成的復(fù)雜性，其影響因素之間必然存在復(fù)雜且強烈耦合關(guān)系，因此本文利用解釋結(jié)構(gòu)模型對新型電力系統(tǒng)進(jìn)行研究。解釋結(jié)構(gòu)模型是通過梳理將復(fù)雜且具有強烈耦合關(guān)系的系統(tǒng)分解為多個子系統(tǒng)，然后通過對子系統(tǒng)內(nèi)部各影響因素之間的聯(lián)系性進(jìn)行分析，得出影響因素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系并利用有向圖來揭示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。解釋結(jié)構(gòu)模型建立過程如圖1所示，具體分為以下五個步驟。

圖1 解釋結(jié)構(gòu)模型建立過程

確定要素集與意識模型

依據(jù)新型電力系統(tǒng)所涉及的專業(yè)知識和實際運行約束條件，對新型電力系統(tǒng)的影響因素展開分析，將其分解為多個子系統(tǒng)，根據(jù)子系統(tǒng)生成影響要素集，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的意識模型。

建立鄰接矩陣

式中，I為單位矩陣。該計算方法將矩陣A與I相加后進(jìn)行同矩陣相乘，直至乘積矩陣保持不變，此時乘積矩陣為可達(dá)矩陣。

構(gòu)造結(jié)構(gòu)層次圖

采用規(guī)范方法與實用方法，利用步驟3）所求出的可達(dá)矩陣，建立結(jié)構(gòu)層次圖，觀察整個新型電力系統(tǒng)影響因素之間對應(yīng)的層次關(guān)系。

構(gòu)建解釋結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)相關(guān)理論知識和實踐經(jīng)驗，分析結(jié)構(gòu)層次圖從而得到解釋結(jié)構(gòu)模型。比較解釋結(jié)構(gòu)模型和現(xiàn)有經(jīng)驗意識模型，如有嚴(yán)重不符則返回步驟1）對相關(guān)因素及其影響關(guān)系進(jìn)行修正。

2 新型電力系統(tǒng)影響因素解釋結(jié)構(gòu)模型

新型電力系統(tǒng)通過多類型能源之間的互相轉(zhuǎn)化與補充，實現(xiàn)多系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)配合，從而提高綜合能源系統(tǒng)的有效性、靈活性和安全性。因此，在新型電力系統(tǒng)規(guī)劃構(gòu)建過程中應(yīng)綜合考慮對新型電力系統(tǒng)的供電可靠性、電能質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、負(fù)荷種類等有直接或間接影響的因素，形成如圖2所示的影響因素知識模型。

圖2 新型電力系統(tǒng)影響因素知識模型

本文研究的對象是新型電力系統(tǒng)，記為因素S0；通過圖2所示的知識模型，確定能源、環(huán)境、用戶、產(chǎn)業(yè)為新型電力系統(tǒng)的主要影響因素集。影響因素集中主要包括清潔能源種類、能源總利用效率、氣候類型、日照時間及光照強度、負(fù)荷特性曲線、各類產(chǎn)業(yè)比例結(jié)構(gòu)等14個主要影響因素，分別記為因素S1～S14。另外，系統(tǒng)的供電可靠性記為因素S15，系統(tǒng)的電能質(zhì)量記為因素S16，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益記為因素S17，系統(tǒng)的負(fù)荷大小記為因素S18。

新型電力系統(tǒng)發(fā)展過程中，供電可靠性、電能質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益及負(fù)荷大小是衡量新型電力系統(tǒng)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，直接受新型電力系統(tǒng)影響。此外清潔能源種類及分布與所處地區(qū)日照、產(chǎn)業(yè)規(guī)模直接相關(guān)，因此將日照時間及光照強度S6與產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值S13作為清潔能源種類及分布S1的直接影響因素，依此類推，最終確定19個因素之間的相互關(guān)系見表1。

表1 影響因素之間的相互關(guān)系

根據(jù)表1所列新型電力系統(tǒng)影響因素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，構(gòu)建鄰接矩陣A，利用式（2）、式（3）對鄰接矩陣A進(jìn)行計算，得出的可達(dá)矩陣M見表2。

表2 可達(dá)矩陣M

從表2可以發(fā)現(xiàn)，新型電力系統(tǒng)的所有影響因素一共可以劃分為7個層次，所有的影響因素都通過不同的角度對新型電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響。其中，每一層影響因素只對上層影響因素有直接影響，而對下層影響因素沒有直接影響。

根據(jù)可達(dá)矩陣M，運用解釋結(jié)構(gòu)模型的規(guī)范法與實用法建立新型電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次圖，如圖3所示。

圖3 新型電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次圖

從圖3可以發(fā)現(xiàn)，以新型電力系統(tǒng)為核心，所有的影響因素交叉影響，最終構(gòu)成了一個密不可分的系統(tǒng)。因此在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建過程中必須把這些影響因素看做一個整體，并制定全面的系統(tǒng)構(gòu)建計劃，才能保證系統(tǒng)的成功構(gòu)建。

在圖3中，日照時間及光照強度（因素S6）、氣候類型（因素S8）、常住人口總量及人口構(gòu)成百分比（因素S10）等影響因素處于最低層，只對其他影響因素產(chǎn)生影響而不會受到其他因素的影響，將其稱為新型電力系統(tǒng)的輸入，它們是新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)。因此，為了保證所構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的真實有效性，需要對用戶與環(huán)境因素進(jìn)行系統(tǒng)的分析與研究。

根據(jù)圖3所示新型電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次圖，確立相應(yīng)的新型電力系統(tǒng)解釋結(jié)構(gòu)模型，利用層次分析法或古林法對影響因素進(jìn)行量化，并以此為基礎(chǔ)建立新型電力系統(tǒng)影響因素結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型，為我國新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建提供參考。

3 結(jié)論

本文分析新型電力系統(tǒng)的影響因素并總結(jié)了影響因素集，利用系統(tǒng)分析方法構(gòu)建了一種適用于新型電力系統(tǒng)影響因素分析的解釋結(jié)構(gòu)模型，得到了層次清晰、脈絡(luò)清楚的新型電力系統(tǒng)影響因素結(jié)構(gòu)模型，為后期新型電力系統(tǒng)的定量分析提供理論基礎(chǔ)。此外，對于新型電力系統(tǒng)而言，能源、環(huán)境、產(chǎn)業(yè)、用戶等諸多影響因素互相影響形成一個整體，在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建過程中必須充分考慮它們之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，從而保證新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的有效性與實用性。

本文編自2022年第7期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“新型電力系統(tǒng)的影響因素分析”，作者為丁俊、王欣怡 等。