特高压柔性直流输电装备全寿命周期成本评估方法与流程

本发明涉及特高压柔性直流输电领域，特别涉及一种特高压柔性直流输电装备全寿命周期成本评估方法，具体涉及一种±800kv特高压模块化多电平柔性直流输电装备全寿命周期评估方法。

背景技术：

特高压电网在我国国家电网中是指由特高压骨干网架，包括1000kv级交流输电系统和800kv及以上直流输电网组成的超巨型电网。特高压电网以其输送能力特大、输送距离特远、线路上电阻损耗特低、占地走廊特少等特点在电力线路系统上、改善电力能源的传输问题上有突出优势。随着特高压电网的发展，我国电网的资源优化配置规模和能力都在不断提高，极大的推进我国能源的高效开发利用，带动我国电力系统的高效运行，并为解决世界复杂电力系统的架构和运营问题提供了范例，我国特高压输电技术已经处于世界领先水平，特高圧电网在引领全球电网发展潮流。

随着特高压输电网络的建设发展，特高压柔性直流输电的经济性和可靠性得到研究和论证，特高压柔性直流输电技术得到发展壮大，有必要在特高压柔性直流输电线路的研究中获得新的成果来减少输电线路在远距离输电上的损耗，从工程项目全寿命周期的角度研究控制特高压输电线路的成本，平衡特高压建设和使用成本，获得最大限度的特高压柔性直流输电投资回报。针对特高压柔性直流输电线路建设和使用过程中，如何以全寿命周期理论为指导进行各阶段的成本控制进行分析研究，以体现全寿命周期成本管理理论在特高压柔性直流输电线路成本管理中的正确性和指导意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种特高压柔性直流输电装备全寿命周期成本评估方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明通过工程估算法来估算换流阀全寿命周期成本。一般情况下，可先将换流阀在各个寿命周期的成本全部折算到投运时后的现值后，最后再对换流阀等额年回收成本进行计算。基于这个思想，换流阀全寿命周期成本可以分解为初始投入成本、运行维护成本、故障成本、退役成本。在论证、建设、运行、维护、故障、检修直至报废的全生命过程，统筹考虑各个过程中影响成本因素的敏感性指标，结合变压器运行过程的特点，可将变压器全寿命周期成本分解为以下几个阶段并对其进行建模，变压器全寿命周期成本可分为一次投资成本、运行成本、检修维护成本、停电损失成本、退役处置成本。结合特高圧输电线路工程项目成本管理思想，将特高压输电线路工程的全寿命周期的主要工序按先后顺序可以化分为下四个阶段：一、科研及标准，二、工程设计，三、工程建设，四、运行维护。输电线路全寿命周期成本可分为投资成本、运行成本、中断供电损失成本、电晕电阻损耗成本、报废成本。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

特高压柔性直流输电装备全寿命周期成本评估方法，先将换流阀、变压器、特高压输电线路工程的全寿命周期成本折算现值后，再对换流阀变压器、特高压输电线路工程的等额年回收成本进行计算，具体步骤如下：

1)换流阀全寿命周期成本计算公式如下：

lcc＝ci+co+cf+cd

式中：lcc为全寿命周期成本，ci为初始投入成本，co为运行维护成本，cf为故障成本，cd为退役处置成本；

2)变压器全寿命周期成本计算公式如下：

lcc＝ci+co+cm+cf+cd

式中：cm为检修维护成本；

3)特高压输电线路工程全寿命周期成本计算公式如下：

lcc＝ic+oc+fc+lc+dc

式中：ic为一次投资成本，oc为运行成本，fc为中断供电损失成本，lc为电晕电阻损失消耗，dc为报废成本。

所述的换流阀全寿命周期成本的计算方法是：

1.1)初始投入成本

换流阀的初始投入成本为换流阀投产使用前的所用费用，包括购入费用﹑安装费用﹑调试费用；采用工程法对各项费用逐项叠加进行估算，其费用估算模型如下：

ci＝cie+cii+cio

式中：cie为设备购置费，cii为安装调试费，cio为其它费用；

1.2)运行维护成本

换流阀的运行维护成本是指换流阀在整个寿命期间内所花费用的总和，其估算模型如下：

co＝co1+co2

式中：co1为换流阀的能耗费用，co2为换流阀的运行维护费用；

1.3)故障成本

在换流阀的全寿命周期成本中，换流阀的故障成本不考虑故障的风险，仅包括停电损失成本和故障修复成本两部分；

若实施检修策略，役龄为tn的换流阀费用模型如下：

式中：b为单位电量售电利润；sn为换流阀额定容量；β为平均负载率；cosφ为平均功率因数；λ为设备实施检修策略前年平均故障数；cm为故障修复成本，为购置成本的3％；t为设备平均修复时间；

1.4)退役成本

换流阀的退役成本是指退役时处置的人工﹑设备费用以及运输费和设备退役处理时的环保费用并减去设备退役时的残值，可由如下模型来得到：

式中，cd为退役处置成本，即报废成本；cdt为退役处理费；cdr为设备退役时的残值；te为换流阀运行的年限；

所述的变压器全寿命周期成本的计算方法是：

2.1)一次投资成本

变压器的一次投资成本即资产原值，是指该设备在设计、论证、购买、调试、土建及运输过程所消耗的费用；

2.2)运行成本

变压器的的运行成本是指变压器在运行年限间，为保证电力网络的供电可靠性，对设备做出的常规维护和日常检查所耗费的人工成本、机械成本及材料成本总和；

建立以灰色关联分析为理论基础，可得出变压器所对应的运行成本的最佳经验分布函数值；

mc(t)＝mc×f(t)

式中：mc为变压器运行初期费用；f(t)为分布函数；

2.3)检修维护成本

检修维护成本是指电气设备在使用周期内由于故障进行检修所消耗的费用，目前，输变电设备有两种检修方式，状态检修及定期检修，考虑到运行过程和检修过程时间的一致性，将其合并建模；

建立变压器的故障成本如下所示：

fc＝αwt+λ×rc×mttr+pc

式中：αwt为故障后断电损失成本；α为平均售电价格；w为变压器最大输电能力；t为故障持续时间；λ×rc×mttr为故障后的修复成本；λ为变压器的年平均故障数；rc为变压器故障平均修复成本；mttr为变压器平均修复时间；pc为赔偿停电给用户造成的经济损失产生的赔偿成本；

2.4)停电损失成本

考虑到变压器故障的实际费用发生情况以及设备故障后用户的损失情况，将变压器的故障成本分解为三个部分，一是变压器发生故障后未能及时检修造成的电量损失成本；二是在发生故障后，电网检修人员对变压器进行抢修发生的修复成本，包含人工成本、机械成本以及修复所用到的材料成本；三是综合考虑到变压器发生故障给用户带来的停电不便，为赔偿停电给用户造成的经济损失，引起的供电企业需支付给用户的停电损失成本；

2.5)退役处置成本

变压器的退役处置成本又称报废成本，综合考虑电气设备的由于提前退役造成的损失成本、设备在报废处置过程中造成的成本以及残值回收，将变压器的报废成本分解为三方面，如下式所示，其中设备的残值回收表现为负值，

dc＝dc1+dc2-dc3

式中：dc1为变压器提前退役损失成本；dc2为变压器资产报废处置成本；dc3为变压器残值收入成本。

所述的特高压输电线路工程全寿命周期成本计算：特高压输电线路工程的全寿命周期成本由一次投资成本、运行成本、故障引起的中断供电损失成本、电晕电阻损失消耗和报废成本几部分组成；

3.1)投资成本

一次投资成本就是指一次性成本，发生在特高压输电线路投入运行之前的建设和调试期间内，对于特高压输电线路来说，其投资成本计算公式如下所示：

ic＝ic1+ic2+l+icm

3.2)运行成本

特高压输电线路的运行成本，就是指特高压输电线路运行期间所花费的一切费用，包括人工费、能耗费及维护保养费和环境费用，检修成本的估算方法如公式所示：

oc＝λ1c1+λ2c2+l+λmcm

其中，c1、c2、...、cm既可以看成是己运行输电线路各部分的历史费用，也可以看成是影响各费用的参数值，如数量、单位价格、面积；同样，λ既可以看成是新建输电线路和己经输电线路各费用的比拟系数，亦可以看成是费用参数的费用系数；

3.3)中断供电损失成本

年中断供电损失成本的计算公式如下所示，由多个因素共同影响着的故障引起的中断供电损失成本；

fc＝αwt+λ×rc×mttr

式中：λ为设备平均故障数；t为年故障中断供电时间；w为故障中断供电功率；rc为设备故障平均修复成本；mttr为设备平均修复时间；α为相关用户平均中断供电电量价值，随用户的性质、用户所在地区的不同而变化；αwt为断电成本；λ×rc×mttr为修复成本；

3.4)电晕电阻损耗成本

每年百公里电阻、电晕损耗计算的公式如下所示：

lc＝(δlz+δly)×100×p

式中：δlz为电阻损耗；δly为电晕损耗；p为电价；

3.5)报废成本

报废成本指项目工程生命周期结束后，清理、报废该工程所支付的费用：报废成本的核算一般参考历史数据进行，这部分成本根据项目建设和运维成本具体情况不同，数值可正、可负、也可为零。

本发明的有益效果在于：本发明结合现实条件，应用全寿命周期成本计算模型，根据特高压换流阀、变压器和输电线路的建设成本、运行维护费用及电能损耗等相关数据，建立全寿命周期成本模型，提出一种特高压输电线路全寿命周期成本计算的有效方法。从工程项目全寿命周期的角度研究控制特高压换流阀、变压器和输电线路的成本，平衡特高压建设和使用成本，获得最大限度的特高压柔性直流输电投资回报。针对特高压柔性直流输电线路建设和使用过程中，如何以全寿命周期理论为指导进行各阶段的成本控制进行分析研究，以体现全寿命周期成本管理理论在特高压柔性直流输电线路成本管理中的正确性和指导意义。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的工程周期分段示意图；

图2为本发明的变压器周期成本分解图；

图3为本发明的输电线路全寿命周期成本构成结构图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图3所示，本发明涉及的全寿命成本(life-cyclecost，lcc)，又称全寿命费用，是指工程项目在全寿命周期内的规划、设计、建造、运行、老化及废除等阶段发生的所有成本的总和，根据不同的性质可具有不同的划分。根据资金投放方式不同，它可分为直接成本和间接成本：前者指全寿命期限内因建设、维持项目的发展所支出的所有比较直观的、可具体统计的成本；后者指项目在全寿命期限内由于项目本身的原因造成的其它方面的损失，一般比较难以具体地统计，主要包括了项目因功能变化造成的效益损失、对社会、环境造成影响的折算成本等。

参见图1所示，生命周期成本一般包括建设费用、运行维护费用、报废处理费用等，有时还要包括前期费用，输电系统的生命周期成本所需的基本数据在下文中详细列出。

参见图1至图3所示，本发明的特高压柔性直流输电装备全寿命周期成本评估方法，先将换流阀、变压器、特高压输电线路工程的全寿命周期成本折算现值后，再对换流阀变压器、特高压输电线路工程的等额年回收成本进行计算，具体步骤如下：

1)换流阀全寿命周期成本计算公式如下：

lcc＝ci+co+cf+cd

式中：lcc为全寿命周期成本，ci为初始投入成本，co为运行维护成本，cf为故障成本，cd为退役处置成本；

2)变压器全寿命周期成本计算公式如下：

lcc＝ci+co+cm+cf+cd

式中：cm为检修维护成本；

3)特高压输电线路工程全寿命周期成本计算公式如下：

lcc＝ic+oc+fc+lc+dc

式中：ic为一次投资成本，oc为运行成本，fc为中断供电损失成本，lc为电晕电阻损失消耗，dc为报废成本。

所述的换流阀全寿命周期成本的计算方法是：

1.1)初始投入成本

换流阀的初始投入成本为换流阀投产使用前的所用费用，包括购入费用﹑安装费用﹑调试费用等；采用工程法对各项费用逐项叠加进行估算，其费用估算模型如下：

ci＝cie+cii+cio

式中：cie为设备购置费，cii为安装调试费，cio为其它费用；

1.2)运行维护成本

换流阀的运行维护成本是指换流阀在整个寿命期间内所花费用的总和，其估算模型如下：

co＝co1+co2

式中：co1为换流阀的能耗费用，co2为换流阀的运行维护费用，例如人工费、环境费用、检修费等；

1.3)故障成本

在换流阀的全寿命周期成本中，换流阀的故障成本不考虑故障的风险，仅包括停电损失成本和故障修复成本两部分；

若实施检修策略，役龄为tn的换流阀费用模型如下：

式中：b为单位电量售电利润；sn为换流阀额定容量；β为平均负载率；cosφ为平均功率因数；λ为设备实施检修策略前年平均故障数(次/年)；cm为故障修复成本，根据专家经验为购置成本的3％；t为设备平均修复时间(小时)，在此取24小时；

1.4)退役成本

换流阀的退役成本主要是指退役时处置的人工﹑设备费用以及运输费和设备退役处理时的环保费用并减去设备退役时的残值，可由如下模型来得到：

式中，cd为退役处置成本，即报废成本；cdt为退役处理费；cdr为设备退役时的残值；te为换流阀运行的年限；设备退役时的残值一般由购置费一定的比例来取值。

所述的变压器全寿命周期成本的计算方法是：

2.1)一次投资成本

变压器的一次投资成本即资产原值，是指该设备在设计、论证、购买、调试、土建及运输过程所消耗的费用；

2.2)运行成本

变压器的的运行成本是指变压器在运行年限间，为保证电力网络的供电可靠性，对设备做出的常规维护和日常检查所耗费的人工成本、机械成本及材料成本总和；

建立以灰色关联分析为理论基础，可得出变压器所对应的运行成本的最佳经验分布函数值；

mc(t)＝mc×f(t)

式中：mc为变压器运行初期费用；f(t)为分布函数；

2.3)检修维护成本

检修维护成本是指电气设备在使用周期内由于故障进行检修所消耗的费用，目前，输变电设备有两种检修方式，状态检修及定期检修，考虑到运行过程和检修过程时间的一致性，将其合并建模；

建立变压器的故障成本如下所示：

fc＝αwt+λ×rc×mttr+pc

式中：αwt为故障后断电损失成本；α为平均售电价格；w为变压器最大输电能力；t为故障持续时间；λ×rc×mttr为故障后的修复成本；λ为变压器的年平均故障数；rc为变压器故障平均修复成本；mttr为变压器平均修复时间；pc为赔偿停电给用户造成的经济损失产生的赔偿成本；

2.4)停电损失成本

考虑到变压器故障的实际费用发生情况以及设备故障后用户的损失情况，将变压器的故障成本分解为三个部分，一是变压器发生故障后未能及时检修造成的电量损失成本；二是在发生故障后，电网检修人员对变压器进行抢修发生的修复成本，包含人工成本、机械成本以及修复所用到的材料成本；三是综合考虑到变压器发生故障给用户带来的停电不便，为赔偿停电给用户造成的经济损失，引起的供电企业需支付给用户的停电损失成本；

2.5)退役处置成本

变压器的退役处置成本又称报废成本，综合考虑电气设备的由于提前退役造成的损失成本、设备在报废处置过程中造成的成本以及残值回收，将变压器的报废成本分解为三方面，如下式所示，其中设备的残值回收表现为负值，

dc＝dc1+dc2-dc3

式中：dc1为变压器提前退役损失成本；dc2为变压器资产报废处置成本；dc3为变压器残值收入成本。

所述的特高压输电线路工程全寿命周期成本计算：特高压输电线路工程的全寿命周期成本由一次投资成本、运行成本、故障引起的中断供电损失成本、电晕电阻损失消耗和报废成本几部分组成；

3.1)投资成本

一次投资成本就是指一次性成本，发生在特高压输电线路投入运行之前的建设和调试期间内，对于特高压输电线路来说，其投资成本计算公式如下所示：

ic＝ic1+ic2+l+icm

3.2)运行成本

特高压输电线路的运行成本，就是指特高压输电线路运行期间所花费的一切费用，包括人工费、能耗费及维护保养费和环境费用等，检修成本的估算方法如公式所示：

oc＝λ1c1+λ2c2+l+λmcm

其中，c1、c2、...、cm既可以看成是己运行输电线路各部分的历史费用，也可以看成是影响各费用的参数值，如数量、单位价格、面积等；同样，λ既可以看成是新建输电线路和己经输电线路各费用的比拟系数，亦可以看成是费用参数的费用系数；

3.3)中断供电损失成本

年中断供电损失成本的计算公式如下所示，由多个因素共同影响着的故障引起的中断供电损失成本；

fc＝αwt+λ×rc×mttr

式中：λ为设备平均故障数；t为年故障中断供电时间；w为故障中断供电功率；rc为设备故障平均修复成本；mttr为设备平均修复时间；α为相关用户平均中断供电电量价值，随用户的性质、用户所在地区的不同而变化；αwt为断电成本；λ×rc×mttr为修复成本；

3.4)电晕电阻损耗成本

每年百公里电阻、电晕损耗计算的公式如下所示：

lc＝(δlz+δly)×100×p

式中：δlz为电阻损耗；δly为电晕损耗；p为电价；

3.5)报废成本

报废成本指项目工程生命周期结束后，清理、报废该工程所支付的费用：报废成本的核算一般参考历史数据进行，这部分成本根据项目建设和运维成本等具体情况不同，数值可正、可负、也可为零。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。