一种导体技术经济评估系统及其评估方法与流程

本发明属于电力系统导体评估领域，具体涉及一种导体技术经济评估系统及其评估方法，以从技术经济评估角度关注导体大量使用后的规模效应。

背景技术：

导体的评估可以分为两层，第一层为导体元件层，关注的是导体自身的性能，由导体的绝缘性、可靠性、载流量以及成本等导体元件本身的特性指标来反映。第二层为系统-元件层，需从技术经济评估角度关注导体大量使用后的规模效应。

现阶段对于导体的研究评估主要集中在导体元件层，如文献：铝合金导体性能评价方法铝合金导体性能评价方法[d].吴振江.合肥工业大学,2015.公开的研究评价铝合金导体蠕变性能的方法、评价铝合金导体连接性能的方法、评价铝合金导体腐蚀性能的方法均只从导体本身的物理特性出发，进行一系列实验和验证；文献：电接触金镀层质量评估[d].张凡.北京邮电大学,2012.通过厚度、微孔率、附着力、耐磨性等各个指标对其进行检测评估；中国专利：申请公布号cn102928101a、申请公布日2012年10月31日的10kv三芯电缆导体温度的评估方法基于实测的电缆表皮温度进行导体温度推算。从技术经济评估角度对导体进行评价的研究暂无有效的研究成果。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术存在的无法从技术经济评估角度对导体进行有效评价的问题，提供一种科学全面、切实有效的导体技术经济评估系统及其评估方法。

为实现以上目的，本发明的技术方案如下：

一种导体技术经济评估系统，包括负荷需求子系统、变电容量供给子系统以及基于导体决策的系统计划投资容量模块，其中，

所述负荷需求子系统、变电容量供给子系统用于采集得到待评估导体和其他导体在不同时段的变电容量、容载比和运行容量增长速率；

所述基于导体决策的系统计划投资容量模块用于根据负荷需求子系统和变电容量供给子系统得到的参数计算评估待评估导体和其他导体的基于导体可靠性的分配决策评估参数、基于导体技术经济成本的扩容决策评估参数，并对待评估导体和其他导体在不同故障率下的系统故障严重程度指标和单位输电成本指标进行分析评估。

所述基于导体决策的系统计划投资容量模块的具体模型为：

式中，bi∈{b1,b2}，b1代表基于待评估导体的变电项目，b2代表基于其他导体的变电项目，t为时间变量，为t时段bi的计划投资容量，l(t)为t时段的负荷需求，αt为t时段的电网扩容系数，为t时段bi的分配系数，为t时段bi的投运变电容量，为t时段bi的扩容系数；

所述基于导体可靠性的分配决策评估参数包括电网扩容系数αt、电网可靠性指标p、导体分配系数由以下公式计算得到：

式中，δt为t时段的容载比，δrel为期望容载比，为bi的可靠性系数，为bi的期望可靠性概率；

所述基于导体技术经济成本的扩容决策评估参数包括导体单位输电成本导体扩容系数导体全寿命周期运行维护成本导体故障损失成本由以下公式计算得到：

式中，为t时段bi的扩容系数，为bi的单位输电成本，is为变电系统边际输电成本，δθ为单位输电成本变化速率，为t时段bi的输电成本，δl(t)为t时段的负荷增长率，h为最大运行时间，为t时段bi的故障损失成本，为t时段bi的全寿命周期运行维护成本，ξ1为单位电量损失成本，为基于bi故障的电量不足期望，为t-1时段bi的全寿命周期运行维护成本，为bi的使用寿命，为bi的单位容量运行成本，φt为t时段的变电投运速率，ξ2为单位导体容量的设计成本，ξ3为社会折现率，为bi的故障修复时间，为bi的故障率，是一个随机变量；

所述系统故障严重程度指标由以下公式计算得到：

式中，sid为系统故障严重程度指标，eensd为基于导体故障的电量不足期望，d为供电量，pd为导体期望可靠性概率。

所述负荷需求子系统的具体模型为：

l(t)＝l(t-1)+δl(t)

δl(t)＝l(t)×εgdp×ε1×ep^ε2

式中，l(t)为t时段的负荷需求，l(t-1)为t-1时段的负荷需求，δl(t)为t时段的负荷增长率，εgdp为gdp增长率，ε1、ε2分别为电力弹性系数和价格弹性系数，ep为销售电价；

所述变电容量供给子系统的具体模型为：

式中，φ为变电投运速率，为t时段bi在建的变电容量，t0为在建的变电容量所花费的时间。

一种导体技术经济评估系统的评估方法，依次包括以下步骤：

步骤1、建立负荷需求子系统、变电容量供给子系统以及基于导体决策的系统计划投资容量模块；

步骤2、所述负荷需求子系统、变电容量供给子系统采集得到待评估导体和其他导体在不同时段的变电容量、容载比和运行容量增长速率；

步骤3、所述基于导体决策的系统计划投资容量模块根据步骤2得到的参数计算评估待评估导体和其他导体的基于导体可靠性的分配决策评估参数、基于导体技术经济成本的扩容决策评估参数；

步骤4、所述基于导体决策的系统计划投资容量模块对待评估导体和其他导体在不同故障率下的系统故障严重程度指标和单位输电成本指标进行分析评估。

步骤3中，所述基于导体决策的系统计划投资容量模块的具体模型为：

式中，bi∈{b1,b2}，b1代表基于待评估导体的变电项目，b2代表基于其他导体的变电项目，t为时间变量，为t时段bi的计划投资容量，l(t)为t时段的负荷需求，αt为t时段的电网扩容系数，为t时段bi的分配系数，为t时段bi的投运变电容量，为t时段bi的扩容系数；

所述基于导体可靠性的分配决策评估参数包括电网扩容系数αt、电网可靠性指标p、导体分配系数由以下公式计算得到：

式中，δt为t时段的容载比，δrel为期望容载比，为bi的可靠性系数，为bi的期望可靠性概率；

所述基于导体技术经济成本的扩容决策评估参数包括导体单位输电成本导体扩容系数导体全寿命周期运行维护成本导体故障损失成本由以下公式计算得到：

式中，为t时段bi的扩容系数，为bi的单位输电成本，is为变电系统边际输电成本，δθ为单位输电成本变化速率，为t时段bi的输电成本，δl(t)为t时段的负荷增长率，h为最大运行时间，为t时段bi的故障损失成本，为t时段bi的全寿命周期运行维护成本，ξ1为单位电量损失成本，为基于bi故障的电量不足期望，为t-1时段bi的全寿命周期运行维护成本，为bi的使用寿命，为bi的单位容量运行成本，φt为t时段的变电投运速率，ξ2为单位导体容量的设计成本，ξ3为社会折现率，为bi的故障修复时间，为bi的故障率，是一个随机变量；

步骤4中，所述系统故障严重程度指标由以下公式计算得到：

式中，sid为系统故障严重程度指标，eensd为基于导体故障的电量不足期望，d为供电量，pd为导体期望可靠性概率。

步骤2中，

所述负荷需求子系统的具体模型为：

l(t)＝l(t-1)+δl(t)

式中，l(t)为t时段的负荷需求，l(t-1)为t-1时段的负荷需求，δl(t)为t时段的负荷增长率，εgdp为gdp增长率，ε1、ε2分别为电力弹性系数和价格弹性系数，ep为销售电价；

所述变电容量供给子系统的具体模型为：

式中，φ为变电投运速率，为t时段bi在建的变电容量，t0为在建的变电容量所花费的时间。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种分导体技术经济评估系统及其评估方法包括负荷需求子系统、变电容量供给子系统以及基于导体决策的系统计划投资容量模块，负荷需求子系统、变电容量供给子系统用于采集得到待评估导体和其他导体在不同时段的变电容量、容载比和运行容量增长速率，基于导体决策的系统计划投资容量模块用于根据负荷需求子系统和变电容量供给子系统得到的参数计算评估待评估导体和其他导体的基于导体可靠性的分配决策评估参数、基于导体技术经济成本的扩容决策评估参数，并对待评估导体和其他导体在不同故障率下的系统故障严重程度指标和单位输电成本指标进行分析评估，该设计从系统-元件层提出了对导体进行评价的系统模型，对导体的自身性能和导体的经济效益进行了综合评价，且采用了基于导体可靠性的分配决策评估参数、基于导体技术经济成本的扩容决策评估参数、系统故障严重程度指标、单位输电成本指标等量化指标，实现了对导体大量使用后规模效应的科学全面、切实有效的评估。因此，本发明方法实现了对导体大量使用后规模效应的科学全面、切实有效的评估。

2、本发明一种导体技术经济评估系统及其评估方法中基于导体可靠性的分配决策评估参数采用电网扩容系数、电网可靠性指标、导体分配系数，基于导体技术经济成本的扩容决策评估参数采用导体单位输电成本、导体扩容系数、导体全寿命周期运行维护成本、导体故障损失成本，该设计选用能全面反映导体运行性能的评估指标，从多维角度进行评估，保证了评估的精准度。因此，本发明具有较高的精准度。

附图说明

图1为本发明实施例1中不同导体在不同时段的随机故障率图。

图2为本发明实施例1中不同导体在不同时段的变电容量、容载比、运行容量增长速率图。

图3为本发明实施例1中不同时段的电网扩容系数、系统可靠性指标、导体分配系数图。

图4为本发明实施例1中不同导体在不同时段的单位输电成本、扩容系数、全寿命周期运行维护成本、故障损失成本图。

图5为本发明实施例1中当导体期望可靠性概率不同时不同导体在不同时段的系统故障严重程度指标和单位输电成本指标图。

图6为本发明实施例1中当导体期望可靠性概率相同时不同导体在不同时段的系统故障严重程度指标和单位输电成本指标图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种导体技术经济评估系统，包括负荷需求子系统、变电容量供给子系统以及基于导体决策的系统计划投资容量模块，其中，

所述负荷需求子系统、变电容量供给子系统用于采集得到待评估导体和其他导体在不同时段的变电容量、容载比和运行容量增长速率；

所述基于导体决策的系统计划投资容量模块用于根据负荷需求子系统和变电容量供给子系统得到的参数计算评估待评估导体和其他导体的基于导体可靠性的分配决策评估参数、基于导体技术经济成本的扩容决策评估参数，并对待评估导体和其他导体在不同故障率下的系统故障严重程度指标和单位输电成本指标进行分析评估。

所述基于导体决策的系统计划投资容量模块的具体模型为：

式中，bi∈{b1,b2}，b1代表基于待评估导体的变电项目，b2代表基于其他导体的变电项目，t为时间变量，为t时段bi的计划投资容量，l(t)为t时段的负荷需求，αt为t时段的电网扩容系数，为t时段bi的分配系数，为t时段bi的投运变电容量，为t时段bi的扩容系数；

所述基于导体可靠性的分配决策评估参数包括电网扩容系数αt、电网可靠性指标p、导体分配系数由以下公式计算得到：

式中，δt为t时段的容载比，δrel为期望容载比，为bi的可靠性系数，为bi的期望可靠性概率；

所述基于导体技术经济成本的扩容决策评估参数包括导体单位输电成本导体扩容系数导体全寿命周期运行维护成本导体故障损失成本由以下公式计算得到：

式中，为t时段bi的扩容系数，为bi的单位输电成本，is为变电系统边际输电成本，δθ为单位输电成本变化速率，为t时段bi的输电成本，δl(t)为t时段的负荷增长率，h为最大运行时间，为t时段bi的故障损失成本，为t时段bi的全寿命周期运行维护成本，ξ1为单位电量损失成本，为基于bi故障的电量不足期望，为t-1时段bi的全寿命周期运行维护成本，为bi的使用寿命，为bi的单位容量运行成本，φt为t时段的变电投运速率，ξ2为单位导体容量的设计成本，ξ3为社会折现率，为bi的故障修复时间，为bi的故障率，是一个随机变量；

所述系统故障严重程度指标由以下公式计算得到：

式中，sid为系统故障严重程度指标，eensd为基于导体故障的电量不足期望，d为供电量，pd为导体期望可靠性概率。

所述负荷需求子系统的具体模型为：

l(t)＝l(t-1)+δl(t)

式中，l(t)为t时段的负荷需求，l(t-1)为t-1时段的负荷需求，δl(t)为t时段的负荷增长率，εgdp为gdp增长率，ε1、ε2分别为电力弹性系数和价格弹性系数，ep为销售电价；

所述变电容量供给子系统的具体模型为：

式中，φ为变电投运速率，为t时段bi在建的变电容量，t0为在建的变电容量所花费的时间。

一种导体技术经济评估系统的评估方法，依次包括以下步骤：

步骤1、建立负荷需求子系统、变电容量供给子系统以及基于导体决策的系统计划投资容量模块；

步骤2、所述负荷需求子系统、变电容量供给子系统采集得到待评估导体和其他导体在不同时段的变电容量、容载比和运行容量增长速率；

步骤3、所述基于导体决策的系统计划投资容量模块根据步骤2得到的参数计算评估待评估导体和其他导体的基于导体可靠性的分配决策评估参数、基于导体技术经济成本的扩容决策评估参数；

步骤4、所述基于导体决策的系统计划投资容量模块对待评估导体和其他导体在不同故障率下的系统故障严重程度指标和单位输电成本指标进行分析评估。

步骤3中，所述基于导体决策的系统计划投资容量模块的具体模型为：

式中，bi∈{b1,b2}，b1代表基于待评估导体的变电项目，b2代表基于其他导体的变电项目，t为时间变量，为t时段bi的计划投资容量，l(t)为t时段的负荷需求，αt为t时段的电网扩容系数，为t时段bi的分配系数，为t时段bi的投运变电容量，为t时段bi的扩容系数；

所述基于导体可靠性的分配决策评估参数包括电网扩容系数αt、电网可靠性指标p、导体分配系数由以下公式计算得到：

式中，δt为t时段的容载比，δrel为期望容载比，为bi的可靠性系数，为bi的期望可靠性概率；

所述基于导体技术经济成本的扩容决策评估参数包括导体单位输电成本导体扩容系数导体全寿命周期运行维护成本导体故障损失成本由以下公式计算得到：

式中，为t时段bi的扩容系数，为bi的单位输电成本，is为变电系统边际输电成本，δθ为单位输电成本变化速率，为t时段bi的输电成本，δl(t)为t时段的负荷增长率，h为最大运行时间，为t时段bi的故障损失成本，为t时段bi的全寿命周期运行维护成本，ξ1为单位电量损失成本，为基于bi故障的电量不足期望，为t-1时段bi的全寿命周期运行维护成本，为bi的使用寿命，为bi的单位容量运行成本，φt为t时段的变电投运速率，ξ2为单位导体容量的设计成本，ξ3为社会折现率，为bi的故障修复时间，为bi的故障率，是一个随机变量；

步骤4中，所述系统故障严重程度指标由以下公式计算得到：

式中，sid为系统故障严重程度指标，eensd为基于导体故障的电量不足期望，d为供电量，pd为导体期望可靠性概率。

步骤2中，

所述负荷需求子系统的具体模型为：

l(t)＝l(t-1)+δl(t)

δl(t)＝l(t)×εgdp×ε1×ep^ε2

式中，l(t)为t时段的负荷需求，l(t-1)为t-1时段的负荷需求，δl(t)为t时段的负荷增长率，εgdp为gdp增长率，ε1、ε2分别为电力弹性系数和价格弹性系数，ep为销售电价；

所述变电容量供给子系统的具体模型为：

式中，φ为变电投运速率，为t时段bi在建的变电容量，t0为在建的变电容量所花费的时间。

本发明的原理说明如下：

本发明从技术经济评估角度，提出了一套适用于导体的技术经济评估指标，并采用系统动力学原理构建了导体的技术经济评估系统模型，该模型依托系统层面的供需互动，兼顾导体内生及外生激励决策，能实现全过程动态评估，为导体技术经济评估提供了一种新的思路。

本发明所采用的各指标说明如下：

运行容量增长速率：运行容量增长速率＝(本时段的运行容量-上一时段的运行容量)/(本时段-上一时段)。

导体期望可靠性概率pd：该指标表示导体在满足电网某可靠性水平下，所应该具有的最低可靠性概率。

系统故障严重程度指标sid：该指标表示导体故障对用户的冲击程度。

导体输电成本cd：该指标反映了导体的经济效益，其包括全寿命周期运行维护成本(即导体的规划设计成本、采购及工程建设成本、导体运行和检修维护成本)和故障损失成本(即导体故障时的输电损失成本)。

导体单位输电成本作为导体经济效益的量化指标，其能有效反映导体输电成本和输电效益之间的关系。

导体故障率本发明采用的是一个随机变量，随机故障概率的引入使得导体评估过程计及了不确定性故障的影响，从而促使导体评估过程更加符合实际运行过程。

负荷需求子系统：用来描述负荷的自然增长规律。电力需求作为社会和经济发展的基础，也反过来受到经济和社会发展的影响，因此一方面受负荷需求要考虑电价等因素的影响；另一方面，电力需求需要考虑为保证国民生产总值的影响。

变电容量供给子系统：一方面，电力负荷变化直接反映到变电项目的建设中，由于变电项目从投资到建设需要一个过程，因此变电容量供给子系统是一个延时投产过程；另一方面，以变电项目中采用的导体类型不同，又分为基于待评估导体的变电容量和基于其他类型导体的变电容量。

基于导体决策的系统计划投资容量模块：变电计划投资容量一方面来自未来供电需求增长的外部扩容需求，另一方面又有内在运行效益等带来的增容需求。对于导体而言，如何决策变电计划投资容量中使用何种类型的导体是评估过程中的关键和难点。为此，本发明提出了基于导体决策的计划投资容量模块。

实施例1：

一种导体技术经济评估系统，该系统以有机绝缘管型绝缘母线(简称绝缘管母)为评估目标，立足省级电网内绝缘管型母线全寿命周期，设置其时间步长为0.25年，包括负荷需求子系统、变电容量供给子系统以及基于导体决策的系统计划投资容量模块，其中，

所述负荷需求子系统的具体模型为：

l(t)＝l(t-1)+δl(t)

δl(t)＝l(t)×εgdp×ε1×ep^ε2

式中，l(t)为t时段的负荷需求，l(t-1)为t-1时段的负荷需求，δl(t)为t时段的负荷增长率，εgdp为gdp增长率，ε1、ε2分别为电力弹性系数和价格弹性系数，ep为销售电价；

所述变电容量供给子系统的具体模型为：

式中，φ为变电投运速率，为t时段bi在建的变电容量，t0为在建的变电容量所花费的时间；

所述基于导体决策的系统计划投资容量模块的具体模型为：

式中，bi∈{b1,b2}，b1代表基于待评估导体的变电项目，b2代表基于其他导体的变电项目，t为时间变量，为t时段bi的计划投资容量，l(t)为t时段的负荷需求，αt为t时段的电网扩容系数，为t时段bi的分配系数，为t时段bi的投运变电容量，为t时段bi的扩容系数；

所述基于导体可靠性的分配决策评估参数包括电网扩容系数αt、电网可靠性指标p、导体分配系数由以下公式计算得到：

式中，δt为t时段的容载比，δrel为期望容载比，为bi的可靠性系数，为bi的期望可靠性概率；

所述基于导体技术经济成本的扩容决策评估参数包括导体单位输电成本导体扩容系数导体全寿命周期运行维护成本导体故障损失成本由以下公式计算得到：

式中，为t时段bi的扩容系数，为bi的单位输电成本，is为变电系统边际输电成本，δθ为单位输电成本变化速率，为t时段bi的输电成本，δl(t)为t时段的负荷增长率，h为最大运行时间，为t时段bi的故障损失成本，为t时段bi的全寿命周期运行维护成本，ξ1为单位电量损失成本，为基于bi故障的电量不足期望，为t-1时段bi的全寿命周期运行维护成本，为bi的使用寿命，为bi的单位容量运行成本，φt为t时段的变电投运速率，ξ2为单位导体容量的设计成本，ξ3为社会折现率，为bi的故障修复时间，为bi的故障率，是一个随机变量；

所述系统故障严重程度指标由以下公式计算得到：

式中，sid为系统故障严重程度指标，eensd为基于导体故障的电量不足期望，d为供电量，pd为导体期望可靠性概率。

一种导体技术经济评估系统的评估方法，依次按照以下步骤进行：

步骤1、采用vensim软件，建立负荷需求子系统、变电容量供给子系统以及基于导体决策的系统计划投资容量模块，具体参数为：初始电量需求150mw、期望容载比1.9、电力需求弹性系数-0.3、电力弹性系数为0.34、gpd年增长率0.07、电价1.2元/kwh、平均建设周期1.4年，其他导体参数见表1；

表1导体部分参数

根据各自导体的运行特点，由于绝缘管型母线的使用寿命要大于其他类型导体，因此在10年范围内绝缘管母的最大运行时间大于其他类型导体的运行时间，同时由于绝缘管母更加易于安装，因此其修复时间也相对较小，但是运行维护成本要稍高于其他类型的导体。

步骤2、目前认为绝缘管母推广使用最大的阻碍在于其暂时的短时高故障率会带来较差的技术经济性，为此，本实施例设置绝缘管母和其他类型导体的期望可靠性分别为0.86和0.96，在此基础上基于导体决策的系统计划投资容量模块对比各导体的随机故障率，结果参见图1，绝缘管母的故障率要明显大于其他类型的导体。

步骤3、所述负荷需求子系统、变电容量供给子系统采集得到待评估导体和其他导体在不同时段的变电容量、容载比和运行容量增长速率，结果参见图2：

2016年基于绝缘管母的变电初始容量为10mw，基于其他类型的变电容量为20mw，此时系统的容载比远低于期望的容载比，随着负荷需求的增加，各类型导体在不断增长，当容载比达到1后，基于绝缘管母的变电运行容量的增长速率远大于基于其他类型的变电运行容量的增长速率，2024年左右系统容载比达到期望容载比，此时基于绝缘管母的运行容量将超过负荷需求，此时基于绝缘管母的供电将成为主流趋势。

步骤4、所述基于导体决策的系统计划投资容量模块根据步骤3得到的参数计算评估电网扩容系数、系统可靠性指标、待评估导体和其他导体的分配系数，结果参见图3：

系统将在2023年8月达到期望的系统容载比，此时从电网发展层面的扩容需求将结束，也即电网扩容系数达到0，在此期间，由于绝缘管母设定的期望可靠型概率小于其他类型导体，因此绝缘管母的分配系数小于其他类型导体。

步骤5、所述基于导体决策的系统计划投资容量模块根据步骤3得到的参数计算评估导体单位输电成本、导体扩容系数、导体全寿命周期运行维护成本、导体故障损失成本，结果参见图4：

绝缘管母在2023年后的成本将大于其他类型的导体成本，但是结合图2可知，导体成本的增加主要是由于绝缘管母的基数增大造成的成本增加，从导体单位输电成本指标来看，绝缘管母的输电成本指标远小于其他类型导体，因此其扩容系数将大于其他类型导体。

上述分析表明，即使在绝缘管母可靠性低于其他类型导体的情况下，从单一维度角度(可靠性)，进行评估会得到较为片面的决策，而从综合技术经济评估角度，绝缘管母在满足电网可靠性的同时还能更好的提高电网的输电效率。

步骤6、所述基于导体决策的系统计划投资容量模块对待评估导体和其他导体在不同故障率下的系统故障严重程度指标和单位输电成本指标进行分析评估，结果参见图5、6：

当绝缘管母和其他类型导体的期望可靠性分别为0.86和0.96时，绝缘管母在后期大规模使用后，由于其可靠性水平小于其他类型导体，其系统故障严重程度指标要大于其他类型导体的系统故障严重程度指标，但是指标值并未超过si指标的限定范围。由于绝缘管母导体的单位传输成本一直小于其他类型导体的单位传输成本，而单位传输成本越低，其传输效益越高，因此采用绝缘管母能有效提高系统的运行效益。随着绝缘管母技术的进一步发展，其可靠性水平可以达到现有其他类型导体的水平。

当两类导体可靠性水平一样时，绝缘管母的故障严重程度指标将会下降，绝缘管母的性能优势将进一步显现。

本实施例结果表明：一方面，本实施例所采用的导体技术经济评估指标能全面反映导体的运行性能，对于指导绝缘管母的推广及使用具有重要参考意义；另一方面，本方法表明绝缘管母推广阶段暂时的较高故障率并不会影响绝缘管母长时间尺度的技术性能发挥。