专利名称：一种供电可靠性成本/效益精益化分析与优化方法
技术领域：
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种供电可靠性成本/效益精益化分析与 优化方法。
背景技术：
由于供电不可靠而造成的电力用户停电，不仅可能会给用户带来严重经济损失 和不良社会影响，还会给供电企业带来由于少售电量和赔偿用户停电损失而产生的经济 效益降低。但对供电企业来讲，提高供电可靠性与提高企业经济效益往往是相互矛盾。 采取哪些措施的合理组合来提高供电可靠性才能以合理的投资成本获得最佳的可靠性水 平；或者应该以多大的投资成本把可靠性提高到何种水平为最佳，这些都需要通过可靠 性成本/效益分析来进行决策。为便于衡量和计算某一供电可靠性水平下电网所产生的社会和经济效益，可以 将可靠性效益用缺电成本，亦即由于电力供给不足或中断引起用户缺电、停电而造成的 经济损失来表示。显然，在单位缺电成本不变的情况下，缺电成本越低，可靠性效益越 高。这样就可以把可靠性改善方案的可靠性成本与可靠性效益统一在电网的经济性上衡 量，便于通过可靠性成本/效益分析进行优化。可靠性成本/效益分析可用边际成本与边际效益概念来说明。可靠性边际成本 定义为为增加一个单位可靠性水平而需增加的投资成本。可靠性边际效益定义为因 增加了一个单位可靠性水平而获得的效益或因此而减少的缺电成本，故也可称为边际缺 电成本。在附图1所示的可靠性成本/效益分析曲线中，UC代表可靠性边际成本曲线； CC代表可靠性边际效益曲线或边际缺电成本曲线；TC为边际供电总成本曲线。由供电 可靠性成本/效益分析的相关理论可知，在可靠性成本/效益分析曲线中，当可靠性边际 成本等于可靠性边际效益时，边际供电总成本最低，这时所对应的可靠性水平Rm为最佳 可靠性水平。附图1中UC和CC曲线对横坐标的积分值即是实际的可靠性投资成本和可 靠性效益。配电网的可靠性成本就是供电企业为使供电可靠性达到一定水平所花费的成 本，包括系统建设与改造的一次投资费用、设备运维与管理费用、以及人工费等，这些 费用的总和就是配电网供电可靠性成本。在实际计算当中，还要考虑货币时间价值的划 分和货币时间价值的转换。此外，由于各类可靠性优化措施往往不仅为提高可靠性服 务，通常还有其他目的(如降低线损、提高服务质量等)，因此，在计算投资时，应考虑 各项投资在不同区域中用于提高可靠性的比重，这样才能更为实际的衡量可靠性投资成 本。供电可靠性成本计算相对容易，但其可靠性效益计算却比较困难，特别是社会 效益较难估算。一般为便于计算，可以把为提高供电可靠性水平而采取的措施所产生的 可靠性效益转化为对缺电成本减少的计算。显然，在单位缺电成本不变的情况下，缺电 成本越低，可靠性效益就越高。影响缺电成本的因素很多，并没有统一的计算方法，一般可采用GDP计算法、按电价倍数计算法，以及按缺电功率、缺电量、缺电持续时间及 缺电频率计算法。虽然供电可靠性成本/效益分析在理论上相对比较成熟，但在配电网规划建设 工程实际当中，我国并未有效运用成本/效益分析和优化理念，而仍是基于供电能力和 N_k指导策略，即预想事故分析指导策略为基础的规划方法，通过一定的规划准则，预 留足够的备用容量，通过线路切换和其他措施，间接地保证供电可靠性。这一方式存在 一定缺陷。究其原因，主要是由于供电可靠性的影响因素有很多(主要可分为网络、设 备、技术、管理四大类，每类中还可进一步细分)，多种因素组合所能产生的可靠性成本 及其可能带来的可靠性效益很难确定，而且不同地区在不同发展阶段下的可靠性成本/ 效益也都不同，致使供电可靠性成本/效益分析理论模型在工程实际当中的可操作性很 差，难以开展实际应用。为此，本专利在传统供电可靠性成本/效益分析理论基础上，进一步结合实际 提出了一种精益化分析与优化方法。通过对各类可靠性改善措施的分析，得到每类措施 单独使用下的可靠性成本/效益分析曲线，之后可利用供电可靠性成本/效益分析理论， 通过一定的优化策略从曲线中选取可靠性优化路径，并可进一步分解成每种措施的实施 规模和投资，最后结合配电网实际情况，将实施措施落实到具体项目方案当中。该方法 可在满足一定可靠性目标(或投资约束)的前提下，使投资(或可靠性)得到优化，从而 提高可靠性效益，且该方法具有很高的实际可操作性。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术的缺陷，提供了一种供电可靠性成本/ 效益精益化分析与优化方法。在进行以提高供电可靠性为目标的配电网规划时，利用本 的方法，通过对各类可靠性改善措施的实际分析，可得到每类措施单独实施下的可靠性 成本/效益分析曲线；之后对多种措施对应的曲线进行组合，再利用经典供电可靠性成 本/效益分析理论，制定出考虑多种措施相结合的可靠性优化策略；利用该策略可从组 合曲线中选取可靠性优化路径(即优化路线图)，并可将该路径进一步分解成每种优化 措施的实际投资，进而可得到每种措施所需实施的规模，最后可结合配电网实际情况， 将实施规模落实到具体项目方案当中。本方法不但能优化区域配电网，还能优化单独 的线路；不但能对给定可靠性目标的投资进行优化，还能对给定投资的可靠性目标进行 优化；本方法还能形成考虑多种措施组合的可靠性优化路线图，用于指导可靠性优化工 作，实现精益化管理。本方法是一种具有很高实际可操作性的配电网供电可靠性优化方 法。本发明的一种供电可靠性成本/效益精益化分析与优化方法，包括以下步骤(1)确定研究对象研究对象包括一个供电区域或若干条配电线路；(2)研究对象现状可靠性分析现状可靠性分析包括基于实际停电事件的统计分析和基于评估模型的预测性评 估，进而明确研究对象的可靠性薄弱环节；(3)可靠性优化措施分解
通过对可靠性影响因素的分析，选择可靠性优化措施组，并进行分解；(4)优化措施敏感度分析首先可以将每类措施对可靠性的影响转化为对可靠性参数的改变，之后就可将 这种改变应用到常规配电网供电可靠性评估模型当中，进行预测性评估，从而可以得到 该措施单独实施后的可靠性改善效果，其边际效益和成本的比值就是效益/成本敏感 度，其值越高表明该措施敏感度越高，其实施效果会越好；(5)优化措施精益化分析把可靠性成本/效益分析曲线中的可靠性边际成本曲线进一步按照不同的优化 措施分解成多条曲线，并将多个措施对应的可靠性边际效益曲线拟定为一条曲线；(6)制定可靠性优化策略针对不同的优化目标优化投资或优化可靠性，采用合理的优化策略，制定出 优化方案，形成工程项目，为实施奠定基础。其中，制定可靠性优化策略的方法如下以确定可靠性下的投资成本优化为目标，其策略制定如下1)利用优化措施精益化分析结果，从可靠性成本/效益分析曲线中找到起始段 距离X轴最近的一条可靠性边际成本曲线，从该曲线起始点开始向后搜索；2)如果与另一条可靠性边际成本曲线相交，则转而从这条新曲线继续向后搜 索，以后类推，直到达到可靠性目标为止；3)分布在搜索路径上的所有线段就连接成了考虑多项优化措施下的可靠性边际 成本优化曲线；该曲线从起始点到目标点之间对可靠率的积分即为相应可靠性水平下的 总投资；4)得到总投资后，即可将该投资按段分解为多种优化措施的投资；对于每种措 施，则可根据投资大小和研究对象的可靠性薄弱环节，制定出优化措施的具体内容和规 模；之后可进一步形成具体的优化方案和工程项目。其中，优化措施精益化分析的方法如下利用不同优化措施下的效益/成本敏感度分析结果，可采用线性、对数和/或指 数的拟合方法，把可靠性成本/效益分析曲线中的可靠性边际成本曲线按照不同的优化 措施分解拟合成多条曲线，每条曲线代表单独使用该措施达到其极限可靠性水平时的可 靠性边际成本，由于在给定区域配电网中提高单位可靠率的效益是一个定值，因此可将 多个措施对应的可靠性边际效益曲线拟定为一条曲线，从而简化分析过程。其中，不同优化措施下的效益/成本敏感度分析的方法如下将每类可靠性优化措施对可靠性的影响转化为对可靠性参数的改变，之后将这 种改变应用到常规配电网供电可靠性评估模型当中，从而得到该措施单独实施后的可靠 性改善效果；为便于分析，可评估在最大可能实施程度下的可靠性变化，这时产生的边 际效益可称为“极限平均边际效益”，所需的成本称为“极限平均边际成本”，其比值 就是效益/成本敏感度，其值越高表明该措施敏感度越高，其实施效果会越好。本发明技术方案的优点是(1)本发明的方法从区域配电网实际出发，不但充分应用了供电可靠性成本/效 益分析理论模型，而且大幅度提高了这一理论模型的实际可操作性，具有很高的工程应用价值。(2)本发明的方法不但能对给定可靠性目标的优化措施及投资进行优化，降低可 靠性优化成本；还能对给定投资约束下的可靠性目标进行优化，提升可靠性水平。(3)运用基于可靠性成本/效益分析曲线提出的优化策略，可形成考虑多种措施 的可靠性优化路径，进而可为供电企业可靠性优化规划项目的分类和优先级设定(即优 化路线图)提供依据。(4)本发明的方法具有较高的适应性，通过应用精益化分析思路，可对单个区域 或单条线路进行分析，能够适应不同层次的分析和优化需求，其实际应用有助于供电企 业实现可靠性精益化管理，并能带来显著效益。
下面结合附图对本发明进一步说明。图1是可靠性成本/效益分析曲线；图2是依据本发明的方法的利用可靠性成本/效益分析曲线进行优化的流程 图；图3是依据本发明的方法的局部放大的可靠性成本/效益分析曲线示例；图4是基于多种措施可靠性成本/效益分析曲线的优化路径示例(蓝色部分)。
具体实施例方式本发明的方法主要针对中压配电网供电可靠性优化，具体实施方案如下。(1)优化措施敏感度分析在同一区域配电网中，不同的可靠性优化措施在提高单位可靠率方面的投资是 不同的，产生的效益也是不同的。因此，首先可以将每类措施对可靠性的影响转化为对 可靠性参数的改变(如永久故障率、故障修复时间、切换时间等)，之后就可将这种改变 应用到常规配电网供电可靠性评估模型当中，进行预测性评估，从而可以得到该措施单 独实施后的可靠性改善效果。对于同一区域配电网，即便是同一措施，其实施程度的差 异对可靠性所带来的影响是不同的，为便于分析，可评估在最大可能实施程度下的可靠 性变化。这时产生的边际效益可称为“极限平均边际效益”，所需的成本称为“极限平 均边际成本”，其比值就是效益/成本敏感度，其值越高表明该措施敏感度越高，其实施 效果会越好。其中，成本和效益的计算可采用“背景技术”中提到的计算方法。(2)优化措施精益化分析利用不同优化措施下的效益/成本敏感度分析结果，把可靠性成本/效益分析曲 线中的UC曲线(即可靠性边际成本曲线)进一步按照不同的优化措施分解成多条曲线， 为区域配电网在不同可靠性优化措施下的精益化分析奠定基础。每种措施所能达到的极 限可靠性水平是不同的，即各曲线的终点不同。其中，每条UC曲线代表单独使用该措 施达到其极限可靠性水平时的可靠性边际成本，其对可靠性水平(X轴)的积分即为该措 施所需的投资成本。由于在给定区域配电网中提高单位可靠率的效益是一个定值，因此可将多个措 施对应的可靠性边际效益曲线拟定为一条曲线，这样便于简化分析过程，同时也更具实
7际可操作性。利用可靠性成本/效益分析曲线进行优化的主要流程如附图2所示，过程如 下1)确定研究对象，可以是一个区域，也可以是若干条配电线路；2)对研究对象进行现状可靠性分析，包括基于实际停电事件的统计分析和基于 评估模型的预测性评估，进而明确研究对象的可靠性薄弱环节；3)通过对主要可靠性影响因素的分析，选择可靠性优化措施组，并进行分解；4)针对每种措施，通过预测性评估，确定其极限平均边际效益(缺电成本)和极 限平均边际成本(投资成本)；5)利用效益/成本敏感度分析，拟合得到成本/效益分析曲线(如附图3所 示)；6)针对不同的优化目标(优化投资或优化可靠性)，采用合理的优化策略，制定 优化方案；(3)可靠性优化策略局部放大的可靠性成本/效益分析曲线示例见附图3。下面通过以确定可靠性目标下的投资成本优化为例，对优化策略进行论述。1)从可靠性成本/效益分析曲线中找到起始段距离X轴最近的一条可靠性边际 成本曲线，如附图3中的“自动化水平”可靠性边际成本曲线，从该曲线起始点开始向 后搜索；2)如果与另一条可靠性边际成本曲线相交(如附图3中红色竖线所示交点)，则 转而从这条曲线继续向后搜索，以后类推，直到达到可靠性目标(如附图3中蓝色竖线所 示位置)；3)分布在搜索路径上的所有线段就连接成了考虑多项优化措施下的可靠性边际 成本优化曲线；该曲线从起始点到目标点之间对可靠率的积分即为相应可靠性水平下的 总投资；曲线上两个相邻交点之间的曲线对可靠率(X轴)的积分即为对应的优化措施所 需要的投资成本；4)附图3中可靠性边际效益曲线与任何一个边际成本曲线的交点，即为单独使 用该项措施时所对应的最佳可靠性水平；5)得到总投资后，即可将该投资按段分解为多种优化措施的投资；对于每种措 施，则可根据投资大小和研究对象的可靠性薄弱环节，制定出优化措施的具体内容和规 模；之后可进一步形成具体的优化方案和工程项目，为实施奠定基础。采用上述策略形成的基于多种措施的可靠性成本/效益分析曲线的优化路径示 例见附图4。可以看到，如果选择其它任何一条不同的优化路径，其成本都会高于按照上 述优化策略得到的结果。(4)方法的说明与扩展附图3中各可靠性边际成本曲线的交点实质上是各措施下边际供电总成本曲线 TC = CC+UC的交点，优化的目的是力图找到各措施综合应用下的边际供电总成本最低 点，但由于边际效益曲线CC是同一条曲线(见前文)，所以各措施下TC曲线的交点就 是UC曲线的交点，故可将边际供电总成本曲线省去。
由于配电网最佳可靠性优化方案的理论求解过程非常复杂，可操作性很低。本 方法所得到的方案未必是理论最优结果，但却具有很强的可操作性，同时由于该方法包 含有一定的启发式优化思路在内，因此其结果具有较高的合理性。事实上，由于一次网架的建设和优化是配电网运行的基础，因此，在实际应用 本章所述的分析和优化思路时，一般都会在网络优化的基础上再考虑其他优化措施的选 择，特别对于网架方面存在问题的区域，更为现实和重要。这时，就需要对原优化策略 进行修正，首先从网络优化入手，沿网络优化可靠性边际成本曲线搜索，至与可靠性边 际效益曲线相交点后(如附图3绿色竖线所示交点)，再按照前述思路继续搜索优化路 径，最后的合成路径即为最终优化路径。本方法可以为供电企业可靠性优化规划项目的分类和优先级设定(即优化路线 图)提供依据。如果进一步深入应用精益化分析思路的话，这些规划项目可以细分到单 个分区或单条线路，可见本方法具有较高的适应性，能够适应不同层次的分析和优化需 求，其实际应用可为企业可靠性精益化管理带来效益。此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员 来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施 例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定 义。
权利要求
1.一种供电可靠性成本/效益精益化分析与优化方法，其特征在于包括以下步骤(1)确定研究对象研究对象包括一个供电区域或若干条配电线路；(2)研究对象现状可靠性分析现状可靠性分析包括基于实际停电事件的统计分析和基于评估模型的预测性评估， 进而明确研究对象的可靠性薄弱环节；(3)可靠性优化措施分解通过对可靠性影响因素的分析，选择可靠性优化措施组，并进行分解；(4)优化措施敏感度分析首先可以将每类措施对可靠性的影响转化为对可靠性参数的改变，之后就可将这种 改变应用到常规配电网供电可靠性评估模型当中，进行预测性评估，从而可以得到该措 施单独实施后的可靠性改善效果，其边际效益和成本的比值就是效益/成本敏感度，其 值越高表明该措施敏感度越高，其实施效果会越好；(5)优化措施精益化分析把可靠性成本/效益分析曲线中的可靠性边际成本曲线进一步按照不同的优化措施 分解成多条曲线，并将多个措施对应的可靠性边际效益曲线拟定为一条曲线；(6)制定可靠性优化策略针对不同的优化目标优化投资或优化可靠性，采用合理的优化策略，制定出优化 方案，形成工程项目，为实施奠定基础。
2.如权利要求1所述的分析与优化方法，其特征在于制定可靠性优化策略的方法如下以确定可靠性下的投资成本优化为目标，其策略制定如下1)利用优化措施精益化分析结果，从可靠性成本/效益分析曲线中找到起始段距离X 轴最近的一条可靠性边际成本曲线，从该曲线起始点开始向后搜索；2)如果与另一条可靠性边际成本曲线相交，则转而从这条新曲线继续向后搜索，以 后类推，直到达到可靠性目标为止；3)分布在搜索路径上的所有线段就连接成了考虑多项优化措施下的可靠性边际成本 优化曲线；该曲线从起始点到目标点之间对可靠率的积分即为相应可靠性水平下的总投 资；4)得到总投资后，即可将该投资按段分解为多种优化措施的投资；对于每种措施， 则可根据投资大小和研究对象的可靠性薄弱环节，制定出优化措施的具体内容和规模； 之后可进一步形成具体的优化方案和工程项目。
3.如权利要求2所述的分析与优化方法，其特征在于优化措施精益化分析的方法如下利用不同优化措施下的效益/成本敏感度分析结果，可采用线性、对数和/或指数的 拟合方法，把可靠性成本/效益分析曲线中的可靠性边际成本曲线按照不同的优化措施 分解拟合成多条曲线，每条曲线代表单独使用该措施达到其极限可靠性水平时的可靠性 边际成本，由于在给定区域配电网中提高单位可靠率的效益是一个定值，因此可将多个 措施对应的可靠性边际效益曲线拟定为一条曲线，从而简化分析过程。
4.如权利要求3所述的分析与优化方法，其特征在于不同优化措施下的效益/成本敏 感度分析的方法如下将每类可靠性优化措施对可靠性的影响转化为对可靠性参数的改变，之后将这种改 变应用到常规配电网供电可靠性评估模型当中，从而得到该措施单独实施后的可靠性改 善效果；为便于分析，可评估在最大可能实施程度下的可靠性变化，这时产生的边际效 益可称为“极限平均边际效益”，所需的成本称为“极限平均边际成本”，其比值就是 效益/成本敏感度，其值越高表明该措施敏感度越高，其实施效果会越好。
全文摘要
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种供电可靠性成本/效益精益化分析与优化方法。在进行以提高供电可靠性为目标的配电网规划时，利用本方法，通过对各类可靠性改善措施的实际分析，可得到每类措施单独实施下的可靠性成本/效益分析曲线；之后对多种措施对应的曲线进行组合，再利用经典供电可靠性成本/效益分析理论，制定出考虑多种措施相结合的可靠性优化策略；利用该策略可从组合曲线中选取可靠性优化路径，并可将该路径进一步分解成每种优化措施的实际投资，进而可得到每种措施所需实施的规模，最后可结合配电网实际情况，将实施规模落实到具体项目方案当中。
文档编号G06Q10/00GK102013051SQ20101051945
公开日2011年4月13日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者倪炜, 刘伟, 周莉梅, 崔艳妍, 李子韵, 杨晓梅, 王之伟, 王自桢, 苏剑, 赵大溥, 钱朝阳 申请人:中国电力科学研究院, 江苏省电力公司南京供电公司