一种变电站经济运行年限区间评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种变电站经济运行年限区间的评估方法。以往基于威布尔分布或指数分布的故障率模型仅仅将役龄作为变量，并没有考虑众多影响变电站故障率的因素，因此不适合作为变电站故障率的预测模型。本发明提出从运行环境、质量状况两个方面对变电站进行综合评估，在考虑变电站不同运行时间的情况下，采用最小二乘支持向量机定量分析上述两种因素对变电站缺陷级、失效级和事故级三类故障率的影响，并结合区间分析法和全寿命周期成本理论得到三类故障率变化下变电站的年维修成本区间和故障成本区间，最后将变电站年平均成本最小的运行年数区间作为变电站的经济运行年限区间。本发明能为电网规划、变电站改造等决策提供有益指导。
【专利说明】一种变电站经济运行年限区间评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统领域，具体地说是一种变电站经济运行年限区间评估方法。
【背景技术】
[0002] 从系统的观点看，电网是由变电站和输电线路构成。变电站内设备种类繁多且设 备间寿命匹配状况复杂多样，因此在未达到预期设计寿命之前就可能出现设备故障率偏 1?、更换频繁等情况。对具有一定役龄的变电站进行寿命评估，可以有效避免过1?的故障率 或频繁的维修造成大量直接经济损失，并且在减少停电造成的电网高风险运行后果和间接 经济损失方面更有不可估量的作用。在电网的全寿命周期资产管理中，变电站寿命预测能 够实现电力设备间的寿命匹配，提高设备利用率，减少电力企业运营成本。此外，随着我国 电网规模的不断扩大和电网结构的日益复杂，合理的变电站运行年限还可用于指导未来电 网的规划、升级和改造。因此，对变电站进行运行年限评估具有重要意义。
[0003] 由于不同类型变电站之间设备寿命匹配差异较大以及运行环境多有不同，至今尚 未制定出统一的变电站运行年限评判标准。变电站的经济性评估虽只涉及资金收支，但在 考虑成本等经济性指标时综合了故障率等可靠性指标，故对变电站进行经济运行年限评估 更为可行。根据全寿命周期成本理论，变电站固定初始投入成本的年均值逐年减少，运维成 本随着运行年数的增加不断提高，总成本年均值最小时的运行年数即为变电站的经济运行 年限。由于变电站的维修成本和故障成本与故障率关系密切，所以变电站的故障率预测是 评估变电站经济运行年限的前提。但是，以往基于威布尔分布或指数分布的故障率模型仅 仅将役龄作为变量，并没有考虑众多影响变电站故障率的因素，因此不适合作为变电站故 障率的预测模型。此外，若对故障后果的严重程度不加以区分，则难以精细化计算故障成本 和维修成本。因此，故障率预测结果的误差和全寿命周期成本部分参数粗略计算的主观性 会使得采用单一定值计算的经济寿命结果有较大偏差。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种变电站经 济运行年限区间评估方法，其充分考虑不确定信息对变电站经济运行年限评估结果的影 响，以提高结果的可信度和合理性。
[0005] 为此，本发明采用如下的技术方案：一种变电站经济运行年限区间评估方法，其特 征在于，
[0006] 首先，根据历史统计资料，整理和分类影响变电站故障率的因素，包括变电站外部 运行环境、内部质量状况两类，利用模糊综合评判法和层次分析法分别计算各因素隶属度 和权重；
[0007] 接着，根据故障后果严重程度将故障分为缺陷级故障、失效级故障、事故级故障三 种类型，通过最小二乘支持向量机结合变电站的运行时间、运行环境及质量状况的相关数 据对变电站的三种故障率分别进行训练输出和误差计算，得到变电站的故障率区间模型；
[0008] 最后，将区间分析法引入到全寿命周期成本理论中，由待评估变电站故障率区间 计算故障成本和维修成本并将各成本指标区间化，以年均成本最小为目标求解最优的变电 站运行年限区间。
[0009] 利用本发明判断出的变电站经济运行年限区间，可以制定变电站改造标准。如果 变电站运行时间超过经济运行年限区间，则变电站改造；如果未超过经济运行年限区间，则 变电站继续运行。
[0010] 本发明充分考虑了变电站内设备种类繁多且设备间寿命匹配状况复杂等特点，能 为电网规划、变电站改造等决策提供有益指导。
[0011] 本发明采用以下具体步骤：
[0012] 步骤1)，变电站运行环境和质量状况评估因素集和评语集的建立，将因素集及各 下层指标均分为4个评语等级，即评语集为 V{优异，尚好，一般，不良}= iVl，V2，V3，V4};
[0013] 步骤2)，变电站运行环境和质量状况评估指标隶属度和权重的计算，指标隶属度 的计算如下：
[0014] 定量指标隶属度（即因素隶属度）的计算采用三角形分布法，利用三角形分布函 数，建立因素估分值与相应评估等级的隶属度函数，各因素根据子因素集的指标得分评估 得到相应估分值，估分值的范围为0-100,由子因素集的单指标分值与权重乘积之和求得；
[0015] 定性指标隶属度（即因素隶属度）的计算采用模糊统计试验法，通过专家调查的 形式给出评判对象和评判指标依据，制作评价表给各位专家，根据专家的评定情况计算各 个指标的隶属度，指标隶属度ru的计算公式如下：
【权利要求】
1. 一种变电站经济运行年限区间评估方法，其特征在于， 首先，根据历史统计资料，整理和分类影响变电站故障率的因素，包括变电站外部运行 环境、内部质量状况两类，利用模糊综合评判法和层次分析法分别计算各因素隶属度和权 重； 接着，根据故障后果严重程度将故障分为缺陷级故障、失效级故障、事故级故障三种类 型，通过最小二乘支持向量机结合变电站的运行时间、运行环境及质量状况的相关数据对 变电站的三种故障率分别进行训练输出和误差计算，得到变电站的故障率区间模型； 最后，将区间分析法引入到全寿命周期成本理论中，由待评估变电站故障率区间计算 故障成本和维修成本并将各成本指标区间化，以年均成本最小为目标求解最优的变电站运 行年限区间。
2. 根据权利要求1所述的变电站经济运行年限区间评估方法，其特征在于，它采用以 下具体步骤： 步骤1)，变电站运行环境和质量状况评估因素集和评语集的建立，将因素集及各下层 指标均分为4个评语等级，即评语集为 V{优异，尚好,一般,不良}=iVl，V2，V3，V4}; 步骤2)，变电站运行环境和质量状况评估指标隶属度和权重的计算，指标隶属度的计 算如下： 定量指标隶属度的计算采用三角形分布法，利用三角形分布函数，建立因素估分值与 相应评估等级的隶属度函数，各因素根据子因素集的指标得分评估得到相应估分值，估分 值的范围为0-100,由子因素集的单指标分值与权重乘积之和求得； 定性指标隶属度的计算采用模糊统计试验法，通过专家调查的形式给出评判对象和评 判指标依据，制作评价表给各位专家，根据专家的评定情况计算各个指标的隶属度，指标隶 属度Aj的计算公式如下：
式中，Pu表示认为因素集中第i指标属于评语^的专家人数，Ptotal表示参加评定的专 家总人数，i= 1，2,…，u,u为因素集中的因素个数，j= 1-4 ; 指标权重的确定采用层次分析法中的"9分度法"，得因素集各指标权重向量W; 步骤3)，运行环境和质量状况的综合评估及评分，其模糊综合评估向量B的计算公式如下· ·
式中，R为因素集模糊隶属度矩阵，W为因素集各指标权重向量，"〇"为运算符，代表合 成运算，采用M(·，+)算子，即
式中，h为因素集对评语 '.的隶属度，wi为因素集中第i指标的权重，ru为指标隶属 度； 计算得到因素集的模糊综合评估向量后，依照最大隶属度原贝IJ，则因素 集的综合评估结果为最大隶属度所对应评语％假设评语集对应的评分集为 5. A>3，\} = {1，2,3,4}，即相应的评语等级对应相应的评分，则综合评估结果为评语 Vj的因素集评分为 步骤4)，变电站历史数据训练和误差分析：采用最小二乘支持向量机进行训练，对变 电站故障率的统计以年为时间周期，单位为次/年； 样本为变电站基本信息向量Xi= (χη，Χ?2,xi3)和变电站实际故障率统计值Yi= (yii， 712^3)，其中，1 = 1，2，"*^+1\1，\2，\3分别表示变电站役龄1'，外部运行环境因素集 评分Se，内部质量状况因素集评分SH;yn，yi2,yi3分别为缺陷级故障、失效级故障和事故级 故障的故障率统计值；采用M组样本做训练，N组样本做验算，误差计算公式如下：
式中，JC为用作验算的样本变电站故障率实际统计值，>'Γ为用作验算的样本变电站 故障率预测值，N为用作验算的样本数量，ε为误差平均值； 步骤5)，待评估变电站的故障率区间预测：对待评估变电站进行故障率预测时，该变 电站的运行环境因素集评分&取变电站投运后历史平均水平来判定，质量状况因素集评分 Sh按照变电站投运后运行状况来评定； 步骤6)，变电站全寿命周期成本分析： 当变电站运行至第Z年退役时，其年平均成本如下式所示：
式中，NFz为变电站的年平均费用，Z为变电站的运行年限，r为贴现率，C1为初期投入 成本，Cf、Cf、Cf分别为变电站第t年的运行成本、维修成本和故障成本，cD为废弃成 本，R为人工材料费用增长率； 步骤7)，变电站成本区间化计算，废弃成本Cd的计算公式如下： Cd=pXC1， P为废弃成本百分比区间，C1为初始投入成本， 求得各类成本区间之后，通过寻找年平均费用NFZ最小时的运行年数范围，得变电站的 经济运行年限区间。
3. 根据权利要求2所述的变电站经济运行年限区间评估方法，其特征在于，步骤4)中， 对变电站故障率进行训练计算时，采用相同电压等级的屋外变电站数据。
4. 根据权利要求2所述的变电站经济运行年限区间评估方法，其特征在于，步骤5)中， 假设变电站最长能运行至Tmax年，求得SE、，将待评估变电站的役龄按" 1"到"T_"依 次代入，求得该变电站不同役龄时的三类年故障率；最后，根据误差ε将故障率区间化，计 算三类故障的故障率范围，故障率区间化公式如下：
λΓ、λΓ分别为第t年待评估变电站故障率的下限和上限，λ ^为训练输出后第t年 待评估变电站故障率预测值。
5. 根据权利要求2所述的变电站经济运行年限区间评估方法，其特征在于，步骤6)中， 变电站第t年所需的维修成本和故障成本分别为：
式中，Cf为变电站k类故障的平均维修成本；Cf为变电站k类故障的平均故障成本； 入k(t)为变电站k类故障率，下标k= 1，2, 3分别表示缺陷级故障、失效级故障、事故级故 障。
6. 根据权利要求2所述的变电站经济运行年限区间评估方法，其特征在于，步骤6)中， 社会贴现率r、维修成本Cf、故障成本Cf、人工材料费用增长率R均采用区间数表示。
【文档编号】G06F17/50GK104462718SQ201410820427
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月25日 优先权日:2014年12月25日
【发明者】杜振东, 王慧芳, 许巍, 吴臻, 黄锦华, 兰洲, 孙飞飞, 戴攀, 沈志恒, 李黎, 张婕 申请人:国家电网公司, 国网浙江省电力公司经济技术研究院