一种基于全寿命周期模型的配电网节能效益评测方法与流程

技术特征：

1.一种基于全寿命周期模型的配电网节能效益评测方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)引入设备购置安装成本、设备运行成本、设备检修成本、设备报废处置成本的概念，建立配电网改造的全寿命周期成本模型；

2)运用现金流量法，将每项成本都转化为现值计算，建立基于资金时间价值的配电网改造成本模型；

3)引入配电变压器运行损耗和配电线路运行损耗，并根据负荷的季节特性以及配电变压器、配电线路损耗的计算公式建立的配电变压器和配电线路年运行损耗数学模型；

4)引入改造措施的设备购置安装成本、设备运行成本、设备检修成本具体的计算模型，并将此三个模型代入配电网改造的全寿命周期成本模型，得到配电变压器改造、配电线路改造和增设无功补偿装置三种配电网改造措施的全寿命周期成本。

2.根据权利要求1所述的基于全寿命周期模型的配电网节能效益评测方法，其特征在于：所述步骤1)中：

配电网改造的全寿命周期成本费用包括设备购置安装成本、设备运行成本、设备检修成本、设备报废处置成本四个部分，综合考虑项目从规划设计、建设、运行直至报废的一系列费用，用式(1)表示；其中，设备购置安装成本包括设备购置费用和安装费用；设备运行成本为电能损耗费用；设备检修成本是检修人工费用和材料费用；设备报废处置成本为设备达到使用寿命时，除去设备残值的报废清理费用，由于配电设备的残值很大，设备报废处置成本往往为负值；

LCC＝C_I+C_O+C_M+C_D (1)

式中，LCC为配电网改造全寿命周期成本；C_I为配电网改造设备购置安装成本；C_O为配电网改造设备运行成本；C_M为配电网改造设备检修成本；C_D为配电网改造设备报废处置成本。

3.根据权利要求1所述的基于全寿命周期模型的配电网节能效益评测方法，其特征在于：所述步骤2)包括：

在实际配电网改造中，设备购置安装成本在改造初始时期产生，设备运行成本、设备检修成本发生在整个设备使用过程中，报废处置成本发生在设备寿命终止时；几项成本发生时间跨度较大，为方便分析比较不同时间产生的成本，运用现金流量法，将每项成本都转化为现值计算；

基于资金时间价值的配电网改造全寿命周期成本为：

$\begin{array}{c}LCC=C_I+(C_{Oa}+C_{Ma})\×\\ \frac{{\left(1+i\right)}^n-1}{i{\left(1+i\right)}^n}+\frac{C_{Df}}{{(1+i)}^n}\end{array}---\left(2\right)$

式中，C_I是设备购置安装成本，为现值；C_Oa是设备运行成本的等年值；C_Ma是设备检修成本等年值；C_Df是设备报废处置成本，为未来值；i为贴现率；n为设备使用寿命。

4.根据权利要求1所述的基于全寿命周期模型的配电网节能效益评测方法，其特征在于：所述步骤3)中：

配电变压器损耗由空载损耗和负载损耗两部分构成，受负荷水平影响的为负载损耗；配电线路有功损耗主要和线路电阻及负荷水平相关，线路电阻则由线路型号和线路长度决定；

配电变压器运行损耗的计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}_T=P_f+{\mathrm{\ΔP}}_{Cu}\\ {\mathrm{\ΔP}}_{Cu}={\mathrm{\β}}^2{\mathrm{\ΔP}}_{CuN}\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中，ΔP_T为配电变压器的运行损耗；P_f为配电变压器的空载损耗；ΔP_Cu为配电变压器的负载损耗；β为配电变压器的负载率；ΔP_CuN为配电变压器在额定电流下工作的铜损；

配电线路运行损耗的计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}_L=\frac{P^2+Q^2}{U^2}r\\ r=\mathrm{\ρ}L\end{array}\right.---\left(4\right)$

式中，ΔP_L为配电线路的运行损耗；P为配电线路上的有功负荷；Q为配电线路上的无功负荷；U为线路电压；r为线路电阻；ρ为线路电阻率；L为线路长度；

依据负荷的季节特性以及配电变压器、配电线路损耗的计算公式，从四季中分别取一天的典型日负荷，首先计算每个季节典型日的配电变压器、配电线路的运行损耗，再根据四季在一年中占时，对计算结果进行加权求和，得出一年的运行损耗，最后乘以上网电价，得出一年的运行损耗成本；

建立的配电变压器和配电线路年运行损耗数学模型为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}_{Ta}=365\×\underset{i}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i{\mathrm{\ΔP}}_{Ti}\\ {\mathrm{\ΔP}}_{La}=365\×\underset{i}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i{\mathrm{\ΔP}}_{Li}\end{array}\right.---\left(5\right)$

式中，ΔP_Ta，ΔP_La分别为配电变压器和配电线路的年运行损耗；i为四季的序号，1为春季，2为夏季，3为秋季，4为冬季；α_i为季节权重；ΔP_Ti，ΔP_Li分别为对应季节典型日的配电变压器和配电线路一天损耗；一年取为365天。

5.根据权利要求1所述的基于全寿命周期模型的配电网节能效益评测方法，其特征在于：所述步骤4)中：

配电变压器改造具体措施为更换损耗过大的配电变压器，配电线路改造的具体措施为扩大架空导线线径，增设无功补偿装置的具体措施为增设并联电容器，进行中压侧集中补偿；

配电网改造的设备购置安装成本采用工程经验模型，配电变压器改造和导线改造的设备购置安装成本计算都是在购置成本的基础上，乘以相应的附件投资和施工费用的系数，而并联电容器设备购置安装成本则取为20元/kVar，具体如式(6)所示：

$\left\{\begin{array}{c}{C}_{TI}=C_{TIP}\×120\%\\ C_{LI}=P_{L}L\×161\%\\ C_{QI}=20S_c\end{array}\right.---\left(6\right)$

式中，C_TI、C_LI、C_QI分别为配电变压器改造、配电线路改造、增设无功补偿装置的投资成本；C_TIP为配电变压器的购置成本；120％为计入附件投资和施工费用的系数；L为更换的导线长度，P_L为导线的单价；161％为计入附件投资和施工费用的系数；S_c为并联电容器容量；

设备检修成本方面也采用工程经验模型，其中配电变压器检修周期基本固定，且每次检修费用基本相近，采用年检修次数乘以平均每次的检修费用计算其年检修费用，与配电变压器的型号，检修难易程度相关；而10kV配电线路则采用年检修费用为3000元/km的经验模型，并联电容器的检修成本不单独计算，归到配电网其他元器件的检修成本中，具体如式(7)所示：

$\left\{\begin{array}{c}{C}_{TMa}=N_M\×C_a\\ C_{LMa}=3000L\\ C_{QMa}=0\end{array}\right.---\left(7\right)$

式中，C_TMa、C_LMa、C_QMa分别为配电变压器改造、配电线路改造、增设无功补偿装置的检修成本；N_M为配电变压器每年的检修次数；C_a为平均每次的检修费用；

配电网改造的运行成本考虑负荷的时序特性，配电变压器改造和导线改造的年运行成本是在年运行损耗的基础上，乘以上网电价得到；而并联电容器在正常运行的情况下，损耗可以忽略不计，所以运行成本计为零，具体如式(8)所示：

$\left\{\begin{array}{c}{C}_{TOa}=365\×C_{PE}\×\underset{i}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i{\mathrm{\ΔP}}_{Ti}\\ C_{LOa}=365\×C_{PE}\×\underset{i}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i{\mathrm{\ΔP}}_{Li}\\ C_{QOa}=0\end{array}\right.---\left(8\right)$

式中，C_TOa、C_LOa、C_QOa分别为配电变压器改造、配电线路改造、增设无功补偿装置的运行成本；C_PE上网电价；

设备的报废处置成本方面依据工程经验取为负值，为设备购置安装成本的5％。则式(2)可以改写为：

$\begin{array}{c}LCC=C_I+(C_{Oa}+C_{Ma})\×\\ \frac{{\left(1+i\right)}^n-1}{i{\left(1+i\right)}^n}-5\%\×\frac{C_I}{{\left(1+i\right)}^n}\end{array}---\left(9\right)$

将式(6)、(7)、(8)代入式(9)即可得到配电变压器改造、配电线路改造和增设无功补偿装置三种配电网改造措施的全寿命周期成本。