一種架空輸電線路最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間評(píng)估方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種輸電線路最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間的評(píng)估方法。輸變電設(shè)備故障率預(yù)測(cè)結(jié)果的誤差和全壽命周期成本部分參數(shù)粗略計(jì)算的主觀性使得采用定值計(jì)算的經(jīng)濟(jì)壽命結(jié)果有一定的偏差。本發(fā)明利用模糊綜合評(píng)價(jià)法和層次分析法分別計(jì)算各指標(biāo)隸屬度和權(quán)重；接著，通過最小二乘支持向量機(jī)結(jié)合輸電線路的役齡、外部運(yùn)行環(huán)境和自身質(zhì)量狀況相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)輸電線路的三種故障率分別進(jìn)行訓(xùn)練輸出和誤差計(jì)算，得到輸電線路的故障率預(yù)測(cè)模型；最后，將區(qū)間分析法引入到全壽命周期成本理論中，最終得到輸電線路的最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間。本發(fā)明充分考慮了輸電線路野外運(yùn)行環(huán)境惡劣、地域跨度大等特點(diǎn)，同時(shí)解決了不同類型輸電線路難以給出統(tǒng)一壽命終止標(biāo)準(zhǔn)的問題。
【專利說(shuō)明】一種架空輸電線路最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間評(píng)估方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種架空輸電線路最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間評(píng)估方法。

【背景技術(shù)】
[0002]作為電網(wǎng)的重要組成部分，輸電線路長(zhǎng)期處于環(huán)境惡劣的野外且運(yùn)行工況復(fù)雜多樣，因此在未達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)壽命之前就有可能出現(xiàn)故障率偏高、部件更換頻繁等情況。對(duì)具有一定役齡的輸電線路進(jìn)行壽命評(píng)估，可以有效避免因過高的故障率或頻繁的維護(hù)修理而造成的大量直接經(jīng)濟(jì)損失，并且在減少停電造成的電網(wǎng)高風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)行后果和間接經(jīng)濟(jì)損失方面更有不可估量的作用。在電網(wǎng)的全壽命周期資產(chǎn)管理中，輸電線路壽命預(yù)測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備間的壽命匹配，提高設(shè)備利用率，減少電力企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本。此外，隨著我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，合理的輸電線路退役時(shí)間還可用于指導(dǎo)未來(lái)電網(wǎng)的規(guī)劃、升級(jí)和改造。
[0003]以往基于威布爾分布或指數(shù)分布的故障率預(yù)測(cè)模型僅僅將役齡作為主變量，并沒有考慮其他因素對(duì)故障率的影響，而且對(duì)故障后果的嚴(yán)重程度不加以區(qū)分，難以精細(xì)化計(jì)算故障成本和維修成本。
[0004]輸變電設(shè)備故障率預(yù)測(cè)結(jié)果的誤差和全壽命周期成本部分參數(shù)粗略計(jì)算的主觀性使得采用定值計(jì)算的經(jīng)濟(jì)壽命結(jié)果有一定的偏差，進(jìn)而對(duì)指導(dǎo)輸變電設(shè)備退役造成影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種架空輸電線路最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間評(píng)估方法，其充分考慮不確定信息對(duì)線路經(jīng)濟(jì)壽命評(píng)估結(jié)果的影響，以提高結(jié)果的可信度和合理性。
[0006]為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:一種架空輸電線路最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間評(píng)估方法，其特征在于，
[0007]首先，根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)資料，整理和分類輸電線路外部運(yùn)行環(huán)境和自身質(zhì)量狀況評(píng)估指標(biāo)，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法和層次分析法分別計(jì)算各指標(biāo)隸屬度和權(quán)重；
[0008]接著，根據(jù)故障后果嚴(yán)重程度將故障分為一般故障(線路缺陷、設(shè)備異常、輕微故障)、較大故障(造成七到八級(jí)電網(wǎng)事故或同等嚴(yán)重故障)和嚴(yán)重故障(造成一到六級(jí)電網(wǎng)事故或同等嚴(yán)重故障)三種類型，通過最小二乘支持向量機(jī)結(jié)合輸電線路的役齡、外部運(yùn)行環(huán)境和自身質(zhì)量狀況相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)輸電線路的三種故障率分別進(jìn)行訓(xùn)練輸出和誤差計(jì)算，得到輸電線路的故障率預(yù)測(cè)模型；
[0009]最后，將區(qū)間分析法引入到全壽命周期成本理論中，由待評(píng)估線路故障率區(qū)間計(jì)算故障成本和維修成本并將各成本指標(biāo)區(qū)間化，以年均成本最小為目標(biāo)求解最優(yōu)的輸電線路退役時(shí)間范圍，消除單一定值的偏差，最終得到輸電線路的最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間。
[0010]利用本發(fā)明判斷出的線路最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間，可以制定線路退役標(biāo)準(zhǔn)。如果線路運(yùn)行時(shí)間超過最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間，則線路退役；如果未超過最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間，則線路繼續(xù)運(yùn)行。
[0011]本發(fā)明充分考慮了輸電線路野外運(yùn)行環(huán)境惡劣、地域跨度大等特點(diǎn)，同時(shí)解決了不同類型輸電線路難以給出統(tǒng)一壽命終止標(biāo)準(zhǔn)的問題。
[0012]本發(fā)明采用以下具體步驟:
[0013]步驟I)，輸電線路外部運(yùn)行環(huán)境和自身質(zhì)量狀況評(píng)估因素集、指標(biāo)集和評(píng)語(yǔ)集的建立，
[0014]將因素集及各下層指標(biāo)均分為4個(gè)評(píng)語(yǔ)等級(jí)，即評(píng)語(yǔ)集為V= {Vl, V2, V3, v4} = {良好，尚好，一般，不良};
[0015]步驟2)，輸電線路外部運(yùn)行環(huán)境和自身質(zhì)量狀況評(píng)估指標(biāo)隸屬度和權(quán)重的計(jì)算，
[0016]指標(biāo)隸屬度的計(jì)算如下:通過制作評(píng)價(jià)表給各位專家，根據(jù)專家的評(píng)定情況計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的隸屬度，指標(biāo)隸屬度的計(jì)算公式如下:

【權(quán)利要求】
1.一種架空輸電線路最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間評(píng)估方法，其特征在于， 首先，根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)資料，整理和分類輸電線路外部運(yùn)行環(huán)境和自身質(zhì)量狀況評(píng)估指標(biāo)，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法和層次分析法分別計(jì)算各指標(biāo)隸屬度和權(quán)重； 接著，根據(jù)故障后果嚴(yán)重程度將故障分為一般故障、較大故障和嚴(yán)重故障三種類型，通過最小二乘支持向量機(jī)結(jié)合輸電線路的役齡、外部運(yùn)行環(huán)境和自身質(zhì)量狀況相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)輸電線路的三種故障率分別進(jìn)行訓(xùn)練輸出和誤差計(jì)算，得到輸電線路的故障率預(yù)測(cè)模型；最后，將區(qū)間分析法引入到全壽命周期成本理論中，由待評(píng)估線路故障率區(qū)間計(jì)算故障成本和維修成本并將各成本指標(biāo)區(qū)間化，以年均成本最小為目標(biāo)求解最優(yōu)的輸電線路退役時(shí)間范圍，消除單一定值的偏差，最終得到輸電線路的最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的架空輸電線路最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間評(píng)估方法，其特征在于，它采用以下具體步驟: 步驟I)，輸電線路外部運(yùn)行環(huán)境和自身質(zhì)量狀況評(píng)估因素集、指標(biāo)集和評(píng)語(yǔ)集的建立，將因素集及各下層指標(biāo)均分為4個(gè)評(píng)語(yǔ)等級(jí)，即評(píng)語(yǔ)集為V= {Vl, V2, V3, V4I = {良好，尚好，一般，不良}; 步驟2)，輸電線路外部運(yùn)行環(huán)境和自身質(zhì)量狀況評(píng)估指標(biāo)隸屬度和權(quán)重的計(jì)算， 指標(biāo)隸屬度的計(jì)算如下:通過制作評(píng)價(jià)表給各位專家，根據(jù)專家的評(píng)定情況計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的隸屬度，指標(biāo)隸屬度的計(jì)算公式如下:
^ij ? PtotaI 式中，Pu表示認(rèn)為因素集中第i指標(biāo)屬于評(píng)語(yǔ)\的專家人數(shù)，Ptotal表示參加評(píng)定的專家總?cè)藬?shù)，i = 1,2,..., u, u為因素集中的指標(biāo)個(gè)數(shù)，j = 1-4,在求得指標(biāo)集的隸屬度之后，可得因素集模糊隸屬度矩陣R ； 指標(biāo)權(quán)重的確定采用層次分析法中的“9分度法”，經(jīng)過專家排序計(jì)算后，可得因素集各指標(biāo)權(quán)重向量W ； 步驟3)，外部運(yùn)行環(huán)境和自身質(zhì)量狀況的綜合評(píng)估及評(píng)分，其模糊綜合評(píng)估向量B的計(jì)算公式如下:
B = WoR 式中，R為因素集模糊隸屬度矩陣，W為因素集各指標(biāo)權(quán)重向量，“ο”為運(yùn)算符，代表合成運(yùn)算，采用M(.，+)算子，SP
U 式中，bj為因素集對(duì)評(píng)語(yǔ)Vj的隸屬度，Wi為因素集中第i指標(biāo)的權(quán)重，r.j為指標(biāo)隸屬度； 計(jì)算得到因素集的模糊綜合評(píng)估向量后，依照最大隸屬度原則，則因素集的綜合評(píng)估結(jié)果為最大隸屬度所對(duì)應(yīng)評(píng)語(yǔ)U假設(shè)評(píng)語(yǔ)集對(duì)應(yīng)的評(píng)分集為S ==即相應(yīng)的評(píng)語(yǔ)等級(jí)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的評(píng)分，則綜合評(píng)估結(jié)果為評(píng)語(yǔ)Vj的因素集評(píng)分力*^,；步驟4)，樣本線路歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練和誤差分析: 將階段役齡T、運(yùn)行環(huán)境評(píng)分5^ &2和質(zhì)量狀況評(píng)分相同的輸電線路定義為同類線路，并分析同類線路在階段役齡T期間的歷史數(shù)據(jù)，分別統(tǒng)計(jì)出三類故障率作為一個(gè)樣本， 同類線路階段役齡的年故障率λ計(jì)算公式如下，單位為次/年?百公里，
式中,
為5年內(nèi)同類線路故障的總故障次數(shù)，一般故障、較大故障、嚴(yán)重故障分別統(tǒng)計(jì)
為5年末同類線路長(zhǎng)度和； 輸電線路故障率預(yù)測(cè)模型中，樣本線路數(shù)據(jù)為線路基本信息向量Xm =(Xml，xm2.xm3.xm4.Xm5)和線路實(shí)際故障率向量 Xm= Uml，Xm2，Xm3)，其中，m = 1,2,…，M+N, M+N為樣本數(shù)量；Xnil，xm2, Xm3, Xm4, Xm5分別表示樣本線路的階段役齡T和因素集評(píng)分SEi SE2, Sm &2; λπ1，λπ2，λπ3分別為樣本線路的一般故障、較大故障和嚴(yán)重故障的故障率；采用M組樣本做訓(xùn)練，N組樣本做驗(yàn)算，誤差的計(jì)算公式如下:
式中，Ke為用作驗(yàn)算的樣本線路故障率實(shí)際統(tǒng)計(jì)值，Xf"為用作驗(yàn)算的樣本線路故障率預(yù)測(cè)值，N為用作驗(yàn)算的樣本數(shù)量，ε為誤差平均值； 步驟5)，待評(píng)估線路的故障率區(qū)間預(yù)測(cè): 對(duì)待評(píng)估線路進(jìn)行故障率預(yù)測(cè)時(shí)，該條線路的運(yùn)行環(huán)境因素集評(píng)分^^和Se按投運(yùn)后線路走廊歷年環(huán)境狀況來(lái)判定，質(zhì)量狀況因素集評(píng)分按照線路歷年運(yùn)行檢修記錄和狀態(tài)評(píng)估結(jié)果來(lái)評(píng)定； 步驟6)，線路全壽命周期成本分析: 當(dāng)輸電線路運(yùn)行至第L年退役時(shí)，其年平均成本如下:
式中，L為輸電線路的運(yùn)行年數(shù)，NFl為輸電線路運(yùn)行L年的年平均成本，IC表示初始投入成本，r為社會(huì)貼現(xiàn)率，廢棄成本DC為收入型成本，R為人工材料費(fèi)用增長(zhǎng)率,OC0MC0FCt分別為輸電線路第t年的運(yùn)行成本、維修成本和故障成本； 步驟7)，線路成本區(qū)間化計(jì)算: 線路建成投運(yùn)后，一次性投入成本IC是固定的，運(yùn)行成本OC在運(yùn)行計(jì)劃確定的情況下，每年的支出在一個(gè)區(qū)間內(nèi)浮動(dòng)；線路退役后，廢棄成本計(jì)算公式如下: DC = pXIC 式中，P為廢棄成本百分比區(qū)間； 求得各類成本區(qū)間之后，通過尋找年平均費(fèi)用N匕最小時(shí)的運(yùn)行年數(shù)范圍，可得輸電線路的最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的架空輸電線路最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間評(píng)估方法，其特征在于，步驟5)中，假設(shè)輸電線路最長(zhǎng)能運(yùn)行至階段役齡Tmax，將待評(píng)估線路的階段役齡按“I”到“Tmax”依次代入，求出該線路各階段役齡的三類年故障率；然后，進(jìn)行階段役齡年故障率向?qū)嶋H役齡年故障率的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程如下:輸電線路各階段役齡上下限年數(shù)取平均值，將階段役齡年故障率分別定為線路運(yùn)行3年、8年、……、5Tmax-2年時(shí)的年故障率，采用三次樣條插值，計(jì)算得到輸電線路運(yùn)行l(wèi)_5Tmax年的年故障率；最后，根據(jù)誤差ε將故障率區(qū)間化，計(jì)算三類故障的故障率范圍，故障率區(qū)間化公式如下:
λρη、Xfax分別為第t年線路故障率的下限和上限，λ t為插值運(yùn)算后第t年線路故障率預(yù)測(cè)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的架空輸電線路最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間評(píng)估方法，其特征在于，步驟6)中，輸電線路第t年所需的維修成本MCt和故障成本FCt與故障率有關(guān)，計(jì)算公式如下:
下標(biāo)k = 1，2，3分別表示一般故障、較大故障、嚴(yán)重故障，λ k(t)為線路故障率，I為輸電線路長(zhǎng)度，Mk為輸電線路每次故障的平均部件更換費(fèi)用和人工維修費(fèi)用，F(xiàn)k為輸電線路故障造成的平均綜合損失。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的架空輸電線路最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間評(píng)估方法，其特征在于，步驟6)中，社會(huì)貼現(xiàn)率r、維修成本Mk、故障成本Fk、人工材料費(fèi)用增長(zhǎng)率R均采用區(qū)間數(shù)表/Jn ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的架空輸電線路最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間評(píng)估方法，其特征在于，步驟4)中，對(duì)輸電線路故障率進(jìn)行訓(xùn)練計(jì)算時(shí)，采用相同電壓等級(jí)的輸電線路數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的架空輸電線路最佳經(jīng)濟(jì)壽命區(qū)間評(píng)估方法，其特征在于，步驟4)中，以線路初始投入年月為基準(zhǔn)進(jìn)行役齡統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)時(shí)以5年為單位計(jì)算階段役齡T，假設(shè)某線路已投運(yùn)Z年，則其階段役齡為T = [Z/5]，其中「]為上取整符號(hào)。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104166788SQ201410350656
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】杜振東, 王慧芳, 許巍, 蘭洲, 孫飛飛, 戴攀 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 浙江浙電經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院