一种电力需求侧项目经济分析方法及系统与流程

本发明涉及电力系统运行与控制领域，具体涉及一种电力需求侧项目经济分析方法及系统。

背景技术：

目前，电网企业配电网节能工作取得了不俗的成绩，电力输配能效稳步提高，不但间接促进了电力生产减排，而且为国家贡献了巨额的经济效益。但目前对于企业内部常见的电力需求侧整改项目，如更换低损导线、更换高效变压器、投切无功补偿装置等，大多采用实施后量测的方法估算节能效果，前期的投资评估大多依靠经验且精确度低。因此缺少一种能够合理预估节能量且对投资有指导作用的经济性分析方法，迫切需要广泛开展配电网节能相关新技术与新产品的研发。

技术实现要素：

本发明提供的技术方案是：

一种电力需求侧项目经济分析方法，包括：

根据获取的改造内容及运行约束条件选择出备选设备，通过对所述备选设备进行枚举制定改造方案；

分别将各改造方案的设备铭牌参数替换原有的设备参数，利用前推回代潮流计算方法，确定各改造方案在同一时间维度内的节能量；

根据所有改造方案的节能量和预先计算的投资成本构造节能量投资成本函数关系式，并根据所述节能量投资成本函数关系式确定最优的改造方案。

优选的，所述改造内容的获取，包括：

基于计划被改造出线的拓扑结构、设备参数和用电量数据，确定电力需求侧项目改造实施的位置和改造内容。

优选的，所述基于计划被改造出线的拓扑结构、设备参数和用电量数据，确定电力需求侧项目改造实施的位置和改造内容，包括：

基于获取架拓扑结构及各条线路、各台变压器的值参数和被改造出线的母线接点的有功功率和无功功率确定需要进行更换的导线和变压器，或需要加装无功补偿装置的节点。

优选的，所述根据获取的改造内容及运行约束条件选择出备选设备，通过对所述备选设备进行枚举制定改造方案，包括：

根据所述改造内容，确定改造的整体数量；

基于所述改造的整体数量和负载容量、电压、电流约束条件确定每一项改造内容备选方案，得到改造项目所有的改造方案。

优选的，所述投资成本的计算：包括

基于获取的改造内容的定额基价、改造内容的安装人工费、改造内容的设备购置费、改造内容的维修费用和预先构建的改造项目的前期投资成本计算模型，计算预先制定的每一个改造方案的投资成本。

优选的，所述改造项目的前期投资成本计算模型如下式所示：

式中，cbac_i——第i个改造内容的定额基价，表示按照正常的施工条件在施工过程中耗费的构成工程实体的各项费用，包括人工费、设备购置费和施工机械使用费；

clab_i——第i个改造内容的安装人工费，由基本工资、工资性补贴、辅助工资、生产工人劳动保护费等构成，可根据《20kv及以下配电网工程建设预算编制与计算标准》中对各项费用的费率规定计算安装人工费用；

cfac_i——第i个改造内容的设备购置费，主要由设备费、设备运杂费、设备材料配送费等费用构成，可根据《20kv及以下配电网工程建设预算编制与计算标准》中对各项费用的费率规定计算设备购置费用；

crep_i——第i个改造内容的维修费用，当进行项目短期经济性评估时可以不进行考虑。

优选的，所述分别将各改造方案的设备铭牌参数替换原有的设备参数，利用前推回代潮流计算方法，确定各改造方案在同一时间维度内的节能量，包括：

根据各个改造方案选择的设备，将设备铭牌参数转换为等值参数，替代被更换设备铭牌参数转换等值参数，根据前推回代潮流计算方法估算改造完成后在同一用电水平下的有功功率损耗；

通过改造前后在相同运行条件产生的有功功率损耗，计算节能量。

优选的，所述根据所有改造方案的节能量和总体投资成本构造节能量投资成本函数关系式，包括：

将每一种改造方案对应的投资成本和节能量作为离散点放置在二维的平面图中，根据列文伯格马夸尔特法对图像进行拟合，得到该项目的节能量投资成本函数关系式。

优选的，所述根据所述节能量投资成本函数关系式确定最优的改造方案，包括：

基于所述节能量投资成本函数关系式计算每一个离散点上的导数；

每一个离散点的导数与设定阈值比较，当离散点的导数小于预先设定的阈值时，所述离散点为最优的改造方案。

优选的，所述阈值按下式计算：

一种电力需求侧项目经济分析系统，包括：

制定模块，用于根据获取的改造内容及运行约束条件选择出备选设备，通过对所述备选设备进行枚举制定改造方案；

计算模块，用于分别将各改造方案的设备铭牌参数替换原有的设备参数，利用前推回代潮流计算方法，确定各改造方案在同一时间维度内的节能量；

确定模块，用于根据所有改造方案的节能量和预先计算的投资成本构造节能量投资成本函数关系式，并根据所述节能量投资成本函数关系式确定最优的改造方案。

优选的，所述制定模块，包括：改造内容块获取子模块、改造方案确定子模块；

所述改造内容块获取子模块，用于基于获取架拓扑结构及各条线路、各台变压器的值参数和被改造出线的母线接点的有功功率和无功功率确定需要进行更换的导线和变压器，或需要加装无功补偿装置的节点；所述改造方案确定子模块，用于基于所述改造的整体数量和负载容量、电压、电流约束条件确定每一项改造内容备选方案，得到改造项目所有的改造方案。

优选的，所述计算模块，包括：投资成本计算子模块、节能量计算子模块。

所述投资成本计算子模块，用于根据获取的改造内容的定额基价、改造内容的安装人工费、改造内容的设备购置费、改造内容的维修费用和预先构建的改造项目的前期投资成本计算模型，计算预先制定的每一个改造方案的投资成本；

其中，改造项目的前期投资成本计算模型如下式所示：

式中，cbac_i——第i个改造内容的定额基价，表示按照正常的施工条件在施工过程中耗费的构成工程实体的各项费用，包括人工费、设备购置费和施工机械使用费；

clab_i——第i个改造内容的安装人工费，由基本工资、工资性补贴、辅助工资、生产工人劳动保护费等构成，可根据《20kv及以下配电网工程建设预算编制与计算标准》中对各项费用的费率规定计算安装人工费用；

cfac_i——第i个改造内容的设备购置费，主要由设备费、设备运杂费、设备材料配送费等费用构成，可根据《20kv及以下配电网工程建设预算编制与计算标准》中对各项费用的费率规定计算设备购置费用；

crep_i——第i个改造内容的维修费用，当进行项目短期经济性评估时可以不进行考虑。

所述节能量计算子模块，用于通过根据各个改造方案选择的设备，将设备铭牌参数转换为等值参数，替代被更换设备铭牌参数转换等值参数，根据前推回代潮流计算方法估算改造完成后在同一用电水平下的有功功率损耗计算节能量。

优选的，所述确定模块，包括：图像拟合子模块和确定最优改造方案子模块；

所述图像拟合子模块，用于将每一种改造方案对应的投资成本和节能量作为离散点放置在二维的平面图中，根据列文伯格马夸尔特法对图像进行拟合，得到该项目的节能量投资成本函数关系式；

所述确定最优改造方案子模块，用于基于所述节能量投资成本函数关系式计算每一个离散点上的导数；

每一个离散点的导数与设定阈值比较，当离散点的导数小于预先设定的阈值时，所述离散点为最优的改造方案。

其中，所述阈值按下式计算：

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、一种电力需求侧项目经济分析方法，包括：根据获取的改造内容及运行约束条件选择出备选设备，通过对所述备选设备进行枚举制定改造方案；分别将各改造方案的设备铭牌参数替换原有的设备参数，利用前推回代潮流计算方法，确定各改造方案在同一时间维度内的节能量；根据所有改造方案的节能量和预先计算的投资成本构造节能量投资成本函数关系式，并根据所述节能量投资成本函数关系式确定最优的改造方案。本发明提供的技术方案提高了节能量计算的精确度，并为节能技改的前期计划制定提供了科学依据。

2、本发明提供的技术方案可以清晰地分析各个改造方案的经济性，帮助电力企业选择其中最符合投资预期的改造方案，评价流程简单且易于推广。

附图说明

图1为本发明的一种电力需求侧项目经济分析方法流程示意图；

图2为本发明的函数关系式拟合流程图；

图3为本发明的实施例具体流程图；

图4为本发明的实施例简单配电网

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

实施例1：

如图1所示一种电力需求侧项目经济分析方法，包括：

s1根据获取的改造内容及运行约束条件选择出备选设备，通过对所述备选设备进行枚举制定改造方案；

s2分别将各改造方案的设备铭牌参数替换原有的设备参数，利用前推回代潮流计算方法，确定各改造方案在同一时间维度内的节能量；

s3根据所有改造方案的节能量和预先计算的投资成本构造节能量投资成本函数关系式，并根据所述节能量投资成本函数关系式确定最优的改造方案。

s1根据获取的改造内容及运行约束条件选择出备选设备，通过对所述备选设备进行枚举制定改造方案；

步骤(1)：采集一条10kv出线的拓扑结构、元件参数及用电量数据，确定电力需求侧项目改造实施的位置及改造内容。

步骤(2)：根据改造内容及运行约束条件选择所有合适的备选设备，通过枚举备选设备制定不同改造方案。

优选地，步骤(1)中：

针对某一区域电网，获取该区域电网的网架拓扑结构及各条线路、各台变压器的等值参数。通过线路或变压器的智能电表采集装置获得监测时段内的有功、无功数据，在一个采样点时间内，记录pi、qi，i＝1，2，3，…，n，其中pi、qi表示第i个母线节点的有功功率和无功功率值，n表示母线节点个数。以t表示采样的总体时间跨度，以h表示采样点的个数，以a表示两次相隔的采样点间的时间跨度，即为采样频率，其中a＝t/h。一般的，取t为一年或更长时间为宜，取a为一天或12个小时为宜。随后，确定需要需求侧改造项目实施的具体内容和位置，即选定需要进行更换的导线和变压器，或需要加装无功补偿装置的节点。

优选地，步骤(2)中：

目前电网企业在中低配网上采取的常规需求侧改造项目有更换低损配电线路、高效变压器更换、加装无功补偿等，根据步骤(1)中选定的改造内容，确定改造的整体数量m：

m＝ml+mt+ms+mo

其中：

ml——需要进行更换的线路数量；

mt——需要进行更换的变压器台数；

ms——需要加装无功补偿装置的数量；

mo——进行其他改造项目的数量。

进一步地，针对每一项改造内容，根据负载容量、电压、电流等约束条件确定其备选方案ui(即假设需要改造一条导线，那么将所有能够满足现有运行条件的在售型号导线都作为一种备选方案)，则对于改造项目整体可以产生s个满足运行条件的改造方案：

s2分别将各改造方案的设备铭牌参数替换原有的设备参数，利用前推回代潮流计算方法，确定各改造方案在同一时间维度内的节能量；

步骤(3)：基于改造项目的前期投资成本计算模型，选择各类改造项目的定额基价及设备采购费用，计算每一个改造方案的总体投资成本。

步骤(4)：根据设备的铭牌参数替换原有的元件参数，利用前推回代潮流计算方法，基于采集的用电量数据计算在同一时间维度内该条10kv出线产生的节能量。

优选地，步骤(3)中：

根据《20kv及以下配电网工程建设预算编制与计算标准》中规定的工程造价计算规程，节能改造项目的投资成本主要由定额基价、设备安装人工费、设备购置费用、维修费用等构成，一个改造方案的整体投资cinvest可以表示为：

其中：

cbac_i——第i个改造内容的定额基价，表示按照正常的施工条件在施工过程中耗费的构成工程实体的各项费用，包括人工费、材料费和施工机械使用费，可依据《20kv及以下配电网工程预算定额(2016版)》查取；

clab_i——第i个改造内容的安装人工费，由基本工资、工资性补贴、辅助工资、生产工人劳动保护费等构成，可根据《20kv及以下配电网工程建设预算编制与计算标准》中对各项费用的费率规定计算安装人工费用；

cfac_i——第i个改造内容的设备购置费，主要由设备费、设备运杂费、设备材料配送费等费用构成，可根据《20kv及以下配电网工程建设预算编制与计算标准》中对各项费用的费率规定计算设备购置费用；

crep_i——第i个改造内容的维修费用，当进行项目短期经济性评估时可以不进行考虑。

进一步地，通过对不同改造方案的各项费用查取计算，可以得到s个改造方案的前期投资cinvest_a(a∈s)(万元)。

优选地，步骤(4)中：

为准确计算改造完成产生的节约电力，依据ipmvp(国际节能效果测量与验证规程)中“能耗-影响因素”相关理论方法，设计了一种适用于配网节能效果评估的节能量计算方法。

根据步骤(1)中收集的拓扑结构及用电量数据，计算在采样周期t这段时间内整条10kv出线产生的有功功率损耗ea：

ea＝∫tδpdt＝∫t(p1-∑pi)dt

其中：

t——为时间长度，一般选年为单位；

δp——为某一采样时间点下所述配电系统的有功损耗；

p1——为某一采样时间点下所述配网中根节点(10kv出线端)的注入有功功率；

∑pi——为某一采样时间点下所述配网中各个负荷节点消耗有功功率之和；

进一步地，根据各个改造方案选择的设备，将设备铭牌参数转换为等值参数，替代被更换部分的等值参数，控制各个负荷节点用电量仍为步骤(1)中采集的用电数据，根据前推回代潮流计算方法估算改造完成后在同一用电水平下的有功功率损耗eb：

eb＝∫tδplossdt

其中：

δploss——为改造完成后，在某一采样时间点下所述配电系统的有功损耗；

进一步地，通过改造前后在相同运行条件产生的有功功率损耗，计算时间t内产生的节能量es：

es＝ea-eb

进一步地，为介绍eb中在某一采样时间下产生的有功损耗计算方法，以如图4所示的简单配电网为例，在已知首端电压和末端功率的前提下计算损耗：

第一步，从离电源点最远的末梢节点2开始，利用线路额定电压，按功率传输逆方向依次计算各段线路的功率损耗和功率分布：

第二步，利用第一步求得功率s0和给定的电压u0，从节点0开始沿着功率传输的方向，依次计算各段的电压降落，求得各节点电压：

通过以上步骤完成一轮计算，重复以上步骤直至满足收敛精度为止。

在满足收敛条件后，可以得到各条支路的功率损耗δszi以及网络整体功率损耗：

其中：

m——为网络的支路数；

s3根据所有改造方案的节能量和预先计算的投资成本构造节能量投资成本函数关系式，并根据所述节能量投资成本函数关系式确定最优的改造方案。

步骤(5)：根据不同改造方案的节约电力及投资成本构造“节能量投资成本”函数关系式，采用l-m算法进行曲线拟合，根据拟合得到的函数分析投资的饱和度及最佳节能效果。

优选地，步骤(5)中：

通过步骤(3)和步骤(4)的计算结果，得到步骤(2)中提到的每一种改造方案对应的投资成本cinvest_a及节能量esaving_a(a∈s)。

进一步地，将这s个离散点(投资成本，节能量)放置在二维的平面图中，根据levenberg-marquardt算法对图像进行拟合，得到该项目的“节能量投资成本”函数关系式cinvest_a＝f(esaving_a)。

如图2所示进一步地，为介绍关系式拟合方法，结合流程图讲述levenberg-marquardt算法的拟合步骤：

1)对于函数关系y＝f(x，θ)，选取任意初始常数θ0，阻尼因子λ0＞0，增长因子υ＞1，迭代次数k＝0，ε为终止控制常数；

2)计算误差函数εk＝(y-f(x，θk))^t(y-f(x，θk))，计算jacobi矩阵jk，计算过渡矩阵qk＝(jk)^tjk+λki；

3)构造增量正规方程qk·δk＝(jk)^tεk，求解方程得到修正量δk；

4)计算θk+1＝θk+δk，εk+1＝(y-f(x，θk+1))^t(y-f(x，θk+1))；判断(δk)^tδk＜ε，若满足，终止迭代，输出θk+1，否则跳转步骤5)；

5)判断εk+1＜εk，如果是，令λk+1＝λk/υ，跳转到步骤2)；否则，λk+1＝λkυ，跳转到步骤3)重新求解修正方程；

进一步地，得到该项目“节能量投资成本”函数关系之后，求取该函数在每一个离散点上的导数f(e′s_a)，当其小于某一个设定阈值ε时，可以认为选择降损效果更好的方案带来的成本增加是不必要的，该点即为最优的改造方案，一般可取

进一步地，随着投资的增加，降损电量不可能一直上升，一般可以认为节能量最大的点即为现有技术条件下实施该种电力需求侧项目所能达到的最大节能效果。

实施例2：基于同一种发明构思，本发明还提供了一种电力需求侧项目经济分析系统，包括：

制定模块，用于根据获取的改造内容及运行约束条件选择出备选设备，通过对所述备选设备进行枚举制定改造方案；

计算模块，用于分别将各改造方案的设备铭牌参数替换原有的设备参数，利用前推回代潮流计算方法，确定各改造方案在同一时间维度内的节能量；

确定模块，用于根据所有改造方案的节能量和预先计算的投资成本构造节能量投资成本函数关系式，并根据所述节能量投资成本函数关系式确定最优的改造方案。

所述制定模块，包括：改造内容块获取子模块、改造方案确定子模块；

所述改造内容块获取子模块，用于基于获取架拓扑结构及各条线路、各台变压器的值参数和被改造出线的母线接点的有功功率和无功功率确定需要进行更换的导线和变压器，或需要加装无功补偿装置的节点；所述改造方案确定子模块，用于基于所述改造的整体数量和负载容量、电压、电流约束条件确定每一项改造内容备选方案，得到改造项目所有的改造方案。

所述计算模块，包括：投资成本计算子模块、节能量计算子模块。

所述投资成本计算子模块，用于根据获取的改造内容的定额基价、改造内容的安装人工费、改造内容的设备购置费、改造内容的维修费用和预先构建的改造项目的前期投资成本计算模型，计算预先制定的每一个改造方案的投资成本；

其中，改造项目的前期投资成本计算模型如下式所示：

式中，cbac_i——第i个改造内容的定额基价，表示按照正常的施工条件在施工过程中耗费的构成工程实体的各项费用，包括人工费、设备购置费和施工机械使用费；

clab_i——第i个改造内容的安装人工费，由基本工资、工资性补贴、辅助工资、生产工人劳动保护费等构成，可根据《20kv及以下配电网工程建设预算编制与计算标准》中对各项费用的费率规定计算安装人工费用；

cfac_i——第i个改造内容的设备购置费，主要由设备费、设备运杂费、设备材料配送费等费用构成，可根据《20kv及以下配电网工程建设预算编制与计算标准》中对各项费用的费率规定计算设备购置费用；

crep_i——第i个改造内容的维修费用，当进行项目短期经济性评估时可以不进行考虑。

所述节能量计算子模块，用于通过根据各个改造方案选择的设备，将设备铭牌参数转换为等值参数，替代被更换设备铭牌参数转换等值参数，根据前推回代潮流计算方法估算改造完成后在同一用电水平下的有功功率损耗计算节能量。

所述确定模块，包括：图像拟合子模块和确定最优改造方案子模块；

所述图像拟合子模块，用于将每一种改造方案对应的投资成本和节能量作为离散点放置在二维的平面图中，根据列文伯格马夸尔特法对图像进行拟合，得到该项目的节能量投资成本函数关系式；

所述确定最优改造方案子模块，用于基于所述节能量投资成本函数关系式计算每一个离散点上的导数；

每一个离散点的导数与设定阈值比较，当离散点的导数小于预先设定的阈值时，所述离散点为最优的改造方案。

其中，所述阈值按下式计算：

实施例3

本发明的一种基于精确节能量计算的电力需求侧项目经济分析方法的基本流程可以包括：首先，利用gis系统、scada系统等采集拓扑结构、元件参数及用电量等数据，并确定需要进行改造的位置；其次，根据运行条件约束选择每项改造内容的备选方案，枚举所有符合条件的改造方案；随后，根据不同改造内容的投资成本计算模型，计算每一个改造方案的总投资成本；然后将改造后的参数代入前推回代潮流计算中，计算每一个改造方案的节能量；最后，将各个方案的成本及节能量进行拟合求得该改造项目的“节能量投资成本”函数关系，分析最优改造方案及目前发展水平的最优节能效果。

具体地，如图3所示，本发明的一种基于精确节能量计算的电力需求侧项目经济分析方法包括步骤：

步骤(1)：采集一条10kv出线的拓扑结构、元件参数及用电量数据，确定节能改造实施的位置及改造内容。

步骤(2)：根据改造内容及运行约束条件选择所有合适的备选设备，通过枚举备选设备制定不同改造方案。

步骤(3)：基于改造项目的前期投资成本计算模型，选择各类改造项目的定额基价及设备采购费用，计算每一个改造方案的总体投资成本。

步骤(4)：根据设备的铭牌参数替换原有的元件参数，利用前推回代潮流计算方法，基于采集的用电量数据计算在同一时间维度内该条10kv出线产生的节能量。

步骤(5)：根据不同改造方案的节约电力及投资成本构造“节能量投资成本”函数关系式，采用l-m算法进行曲线拟合，根据拟合得到的函数分析投资的饱和度及最佳节能效果。

数据采集一般在一条10kv出线下进行，通过gis系统采集该条出线的拓扑结构，通过scada系统及设备台账记录获取各条支路的真实参数及各个负荷节点的电量记录，监测时间为1年或更长，采样时间每一天或每12个小时采集一次，记录每个时间点的输出有功功率、无功功率。将采集得到的拓扑结构信息、有功功率和无功功率作为输入，计算不同改造方案实施后在1年内产生的节约电力，进而与投资成本相拟合，实现对某一电力需求侧项目的经济性分析及最大节能效果计算。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。