一種變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限區(qū)間評(píng)估方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限區(qū)間的評(píng)估方法。以往基于威布爾分布或指數(shù)分布的故障率模型僅僅將役齡作為變量，并沒(méi)有考慮眾多影響變電站故障率的因素，因此不適合作為變電站故障率的預(yù)測(cè)模型。本發(fā)明提出從運(yùn)行環(huán)境、質(zhì)量狀況兩個(gè)方面對(duì)變電站進(jìn)行綜合評(píng)估，在考慮變電站不同運(yùn)行時(shí)間的情況下，采用最小二乘支持向量機(jī)定量分析上述兩種因素對(duì)變電站缺陷級(jí)、失效級(jí)和事故級(jí)三類故障率的影響，并結(jié)合區(qū)間分析法和全壽命周期成本理論得到三類故障率變化下變電站的年維修成本區(qū)間和故障成本區(qū)間，最后將變電站年平均成本最小的運(yùn)行年數(shù)區(qū)間作為變電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限區(qū)間。本發(fā)明能為電網(wǎng)規(guī)劃、變電站改造等決策提供有益指導(dǎo)。
【專利說(shuō)明】一種變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限區(qū)間評(píng)估方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限區(qū)間評(píng)估方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 從系統(tǒng)的觀點(diǎn)看，電網(wǎng)是由變電站和輸電線路構(gòu)成。變電站內(nèi)設(shè)備種類繁多且設(shè) 備間壽命匹配狀況復(fù)雜多樣，因此在未達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)壽命之前就可能出現(xiàn)設(shè)備故障率偏 1?、更換頻繁等情況。對(duì)具有一定役齡的變電站進(jìn)行壽命評(píng)估，可以有效避免過(guò)1?的故障率 或頻繁的維修造成大量直接經(jīng)濟(jì)損失，并且在減少停電造成的電網(wǎng)高風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)行后果和間接 經(jīng)濟(jì)損失方面更有不可估量的作用。在電網(wǎng)的全壽命周期資產(chǎn)管理中，變電站壽命預(yù)測(cè)能 夠?qū)崿F(xiàn)電力設(shè)備間的壽命匹配，提高設(shè)備利用率，減少電力企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本。此外，隨著我國(guó) 電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，合理的變電站運(yùn)行年限還可用于指導(dǎo)未來(lái)電 網(wǎng)的規(guī)劃、升級(jí)和改造。因此，對(duì)變電站進(jìn)行運(yùn)行年限評(píng)估具有重要意義。
[0003] 由于不同類型變電站之間設(shè)備壽命匹配差異較大以及運(yùn)行環(huán)境多有不同，至今尚 未制定出統(tǒng)一的變電站運(yùn)行年限評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。變電站的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估雖只涉及資金收支，但在 考慮成本等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)時(shí)綜合了故障率等可靠性指標(biāo)，故對(duì)變電站進(jìn)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限評(píng)估 更為可行。根據(jù)全壽命周期成本理論，變電站固定初始投入成本的年均值逐年減少，運(yùn)維成 本隨著運(yùn)行年數(shù)的增加不斷提高，總成本年均值最小時(shí)的運(yùn)行年數(shù)即為變電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 年限。由于變電站的維修成本和故障成本與故障率關(guān)系密切，所以變電站的故障率預(yù)測(cè)是 評(píng)估變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限的前提。但是，以往基于威布爾分布或指數(shù)分布的故障率模型僅 僅將役齡作為變量，并沒(méi)有考慮眾多影響變電站故障率的因素，因此不適合作為變電站故 障率的預(yù)測(cè)模型。此外，若對(duì)故障后果的嚴(yán)重程度不加以區(qū)分，則難以精細(xì)化計(jì)算故障成本 和維修成本。因此，故障率預(yù)測(cè)結(jié)果的誤差和全壽命周期成本部分參數(shù)粗略計(jì)算的主觀性 會(huì)使得采用單一定值計(jì)算的經(jīng)濟(jì)壽命結(jié)果有較大偏差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種變電站經(jīng) 濟(jì)運(yùn)行年限區(qū)間評(píng)估方法，其充分考慮不確定信息對(duì)變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限評(píng)估結(jié)果的影 響，以提高結(jié)果的可信度和合理性。
[0005] 為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限區(qū)間評(píng)估方法，其特 征在于，
[0006] 首先，根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)資料，整理和分類影響變電站故障率的因素，包括變電站外部 運(yùn)行環(huán)境、內(nèi)部質(zhì)量狀況兩類，利用模糊綜合評(píng)判法和層次分析法分別計(jì)算各因素隸屬度 和權(quán)重；
[0007] 接著，根據(jù)故障后果嚴(yán)重程度將故障分為缺陷級(jí)故障、失效級(jí)故障、事故級(jí)故障三 種類型，通過(guò)最小二乘支持向量機(jī)結(jié)合變電站的運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行環(huán)境及質(zhì)量狀況的相關(guān)數(shù) 據(jù)對(duì)變電站的三種故障率分別進(jìn)行訓(xùn)練輸出和誤差計(jì)算，得到變電站的故障率區(qū)間模型；
[0008] 最后，將區(qū)間分析法引入到全壽命周期成本理論中，由待評(píng)估變電站故障率區(qū)間 計(jì)算故障成本和維修成本并將各成本指標(biāo)區(qū)間化，以年均成本最小為目標(biāo)求解最優(yōu)的變電 站運(yùn)行年限區(qū)間。
[0009] 利用本發(fā)明判斷出的變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限區(qū)間，可以制定變電站改造標(biāo)準(zhǔn)。如果 變電站運(yùn)行時(shí)間超過(guò)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限區(qū)間，則變電站改造；如果未超過(guò)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限區(qū)間，則 變電站繼續(xù)運(yùn)行。
[0010] 本發(fā)明充分考慮了變電站內(nèi)設(shè)備種類繁多且設(shè)備間壽命匹配狀況復(fù)雜等特點(diǎn)，能 為電網(wǎng)規(guī)劃、變電站改造等決策提供有益指導(dǎo)。
[0011] 本發(fā)明采用以下具體步驟：
[0012] 步驟1)，變電站運(yùn)行環(huán)境和質(zhì)量狀況評(píng)估因素集和評(píng)語(yǔ)集的建立，將因素集及各 下層指標(biāo)均分為4個(gè)評(píng)語(yǔ)等級(jí)，即評(píng)語(yǔ)集為 V{優(yōu)異，尚好，一般，不良}= iVl，V2，V3，V4};
[0013] 步驟2)，變電站運(yùn)行環(huán)境和質(zhì)量狀況評(píng)估指標(biāo)隸屬度和權(quán)重的計(jì)算，指標(biāo)隸屬度 的計(jì)算如下：
[0014] 定量指標(biāo)隸屬度（即因素隸屬度）的計(jì)算采用三角形分布法，利用三角形分布函 數(shù)，建立因素估分值與相應(yīng)評(píng)估等級(jí)的隸屬度函數(shù)，各因素根據(jù)子因素集的指標(biāo)得分評(píng)估 得到相應(yīng)估分值，估分值的范圍為0-100,由子因素集的單指標(biāo)分值與權(quán)重乘積之和求得；
[0015] 定性指標(biāo)隸屬度（即因素隸屬度）的計(jì)算采用模糊統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)法，通過(guò)專家調(diào)查的 形式給出評(píng)判對(duì)象和評(píng)判指標(biāo)依據(jù)，制作評(píng)價(jià)表給各位專家，根據(jù)專家的評(píng)定情況計(jì)算各 個(gè)指標(biāo)的隸屬度，指標(biāo)隸屬度ru的計(jì)算公式如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限區(qū)間評(píng)估方法，其特征在于， 首先，根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)資料，整理和分類影響變電站故障率的因素，包括變電站外部運(yùn)行 環(huán)境、內(nèi)部質(zhì)量狀況兩類，利用模糊綜合評(píng)判法和層次分析法分別計(jì)算各因素隸屬度和權(quán) 重； 接著，根據(jù)故障后果嚴(yán)重程度將故障分為缺陷級(jí)故障、失效級(jí)故障、事故級(jí)故障三種類 型，通過(guò)最小二乘支持向量機(jī)結(jié)合變電站的運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行環(huán)境及質(zhì)量狀況的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì) 變電站的三種故障率分別進(jìn)行訓(xùn)練輸出和誤差計(jì)算，得到變電站的故障率區(qū)間模型； 最后，將區(qū)間分析法引入到全壽命周期成本理論中，由待評(píng)估變電站故障率區(qū)間計(jì)算 故障成本和維修成本并將各成本指標(biāo)區(qū)間化，以年均成本最小為目標(biāo)求解最優(yōu)的變電站運(yùn) 行年限區(qū)間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限區(qū)間評(píng)估方法，其特征在于，它采用以 下具體步驟： 步驟1)，變電站運(yùn)行環(huán)境和質(zhì)量狀況評(píng)估因素集和評(píng)語(yǔ)集的建立，將因素集及各下層 指標(biāo)均分為4個(gè)評(píng)語(yǔ)等級(jí)，即評(píng)語(yǔ)集為 V{優(yōu)異，尚好,一般,不良}=iVl，V2，V3，V4}; 步驟2)，變電站運(yùn)行環(huán)境和質(zhì)量狀況評(píng)估指標(biāo)隸屬度和權(quán)重的計(jì)算，指標(biāo)隸屬度的計(jì) 算如下： 定量指標(biāo)隸屬度的計(jì)算采用三角形分布法，利用三角形分布函數(shù)，建立因素估分值與 相應(yīng)評(píng)估等級(jí)的隸屬度函數(shù)，各因素根據(jù)子因素集的指標(biāo)得分評(píng)估得到相應(yīng)估分值，估分 值的范圍為0-100,由子因素集的單指標(biāo)分值與權(quán)重乘積之和求得； 定性指標(biāo)隸屬度的計(jì)算采用模糊統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)法，通過(guò)專家調(diào)查的形式給出評(píng)判對(duì)象和評(píng) 判指標(biāo)依據(jù)，制作評(píng)價(jià)表給各位專家，根據(jù)專家的評(píng)定情況計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的隸屬度，指標(biāo)隸 屬度Aj的計(jì)算公式如下：
式中，Pu表示認(rèn)為因素集中第i指標(biāo)屬于評(píng)語(yǔ)^的專家人數(shù)，Ptotal表示參加評(píng)定的專 家總?cè)藬?shù)，i= 1，2,…，u,u為因素集中的因素個(gè)數(shù)，j= 1-4 ; 指標(biāo)權(quán)重的確定采用層次分析法中的"9分度法"，得因素集各指標(biāo)權(quán)重向量W; 步驟3)，運(yùn)行環(huán)境和質(zhì)量狀況的綜合評(píng)估及評(píng)分，其模糊綜合評(píng)估向量B的計(jì)算公式如下· ·
式中，R為因素集模糊隸屬度矩陣，W為因素集各指標(biāo)權(quán)重向量，"〇"為運(yùn)算符，代表合 成運(yùn)算，采用M(·，+)算子，即
式中，h為因素集對(duì)評(píng)語(yǔ) '.的隸屬度，wi為因素集中第i指標(biāo)的權(quán)重，ru為指標(biāo)隸屬 度； 計(jì)算得到因素集的模糊綜合評(píng)估向量后，依照最大隸屬度原貝IJ，則因素 集的綜合評(píng)估結(jié)果為最大隸屬度所對(duì)應(yīng)評(píng)語(yǔ)％假設(shè)評(píng)語(yǔ)集對(duì)應(yīng)的評(píng)分集為 5. A>3，\} = {1，2,3,4}，即相應(yīng)的評(píng)語(yǔ)等級(jí)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的評(píng)分，則綜合評(píng)估結(jié)果為評(píng)語(yǔ) Vj的因素集評(píng)分為 步驟4)，變電站歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練和誤差分析：采用最小二乘支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練，對(duì)變 電站故障率的統(tǒng)計(jì)以年為時(shí)間周期，單位為次/年； 樣本為變電站基本信息向量Xi= (χη，Χ?2,xi3)和變電站實(shí)際故障率統(tǒng)計(jì)值Yi= (yii， 712^3)，其中，1 = 1，2，"*^+1\1，\2，\3分別表示變電站役齡1'，外部運(yùn)行環(huán)境因素集 評(píng)分Se，內(nèi)部質(zhì)量狀況因素集評(píng)分SH;yn，yi2,yi3分別為缺陷級(jí)故障、失效級(jí)故障和事故級(jí) 故障的故障率統(tǒng)計(jì)值；采用M組樣本做訓(xùn)練，N組樣本做驗(yàn)算，誤差計(jì)算公式如下：
式中，JC為用作驗(yàn)算的樣本變電站故障率實(shí)際統(tǒng)計(jì)值，>'Γ為用作驗(yàn)算的樣本變電站 故障率預(yù)測(cè)值，N為用作驗(yàn)算的樣本數(shù)量，ε為誤差平均值； 步驟5)，待評(píng)估變電站的故障率區(qū)間預(yù)測(cè)：對(duì)待評(píng)估變電站進(jìn)行故障率預(yù)測(cè)時(shí)，該變 電站的運(yùn)行環(huán)境因素集評(píng)分&取變電站投運(yùn)后歷史平均水平來(lái)判定，質(zhì)量狀況因素集評(píng)分 Sh按照變電站投運(yùn)后運(yùn)行狀況來(lái)評(píng)定； 步驟6)，變電站全壽命周期成本分析： 當(dāng)變電站運(yùn)行至第Z年退役時(shí)，其年平均成本如下式所示：
式中，NFz為變電站的年平均費(fèi)用，Z為變電站的運(yùn)行年限，r為貼現(xiàn)率，C1為初期投入 成本，Cf、Cf、Cf分別為變電站第t年的運(yùn)行成本、維修成本和故障成本，cD為廢棄成 本，R為人工材料費(fèi)用增長(zhǎng)率； 步驟7)，變電站成本區(qū)間化計(jì)算，廢棄成本Cd的計(jì)算公式如下： Cd=pXC1， P為廢棄成本百分比區(qū)間，C1為初始投入成本， 求得各類成本區(qū)間之后，通過(guò)尋找年平均費(fèi)用NFZ最小時(shí)的運(yùn)行年數(shù)范圍，得變電站的 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限區(qū)間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限區(qū)間評(píng)估方法，其特征在于，步驟4)中， 對(duì)變電站故障率進(jìn)行訓(xùn)練計(jì)算時(shí)，采用相同電壓等級(jí)的屋外變電站數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限區(qū)間評(píng)估方法，其特征在于，步驟5)中， 假設(shè)變電站最長(zhǎng)能運(yùn)行至Tmax年，求得SE、，將待評(píng)估變電站的役齡按" 1"到"T_"依 次代入，求得該變電站不同役齡時(shí)的三類年故障率；最后，根據(jù)誤差ε將故障率區(qū)間化，計(jì) 算三類故障的故障率范圍，故障率區(qū)間化公式如下：
λΓ、λΓ分別為第t年待評(píng)估變電站故障率的下限和上限，λ ^為訓(xùn)練輸出后第t年 待評(píng)估變電站故障率預(yù)測(cè)值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限區(qū)間評(píng)估方法，其特征在于，步驟6)中， 變電站第t年所需的維修成本和故障成本分別為：
式中，Cf為變電站k類故障的平均維修成本；Cf為變電站k類故障的平均故障成本； 入k(t)為變電站k類故障率，下標(biāo)k= 1，2, 3分別表示缺陷級(jí)故障、失效級(jí)故障、事故級(jí)故 障。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限區(qū)間評(píng)估方法，其特征在于，步驟6)中， 社會(huì)貼現(xiàn)率r、維修成本Cf、故障成本Cf、人工材料費(fèi)用增長(zhǎng)率R均采用區(qū)間數(shù)表示。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104462718SQ201410820427
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】杜振東, 王慧芳, 許巍, 吳臻, 黃錦華, 蘭洲, 孫飛飛, 戴攀, 沈志恒, 李黎, 張婕 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院