GIS组合电器全生命周期成本计算模型的制作方法

本发明涉及电力系统
技术领域：
，特别是一种预估GIS组合电器全生命周期成本的模型。
背景技术：
：电力系统中，传统采购各电气产品时仅考虑单次采购成本，而忽视产品全生命周期的成本和质量问题，造成供应商为谋取中标进行恶性竞价，忽视产品质量问题，造成设备后期运维增大，故障频发。因此，在电力设备招标采购中，引入了设备生命周期成本概念，要求供应商在报价时，列明设备生命周期成本价格，以便于从根本上对电气产品的质量进行控制。GIS组合电器是电力系统中必须用到的集成电气，包括设置在外壳内的断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线以及连接件等，壳体内充满有一定压力的SF6绝缘气体。由于GIS组合电器中的电气设备较多，因此必须对其进行设备全生命周期的质量进行把控，才能保证电力系统的正常运行。技术实现要素：本发明需要解决的技术问题是提供一种GIS组合电器全生命周期成本的计算模型，为选购GIS组合电器提供可靠依据。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。GIS组合电器全生命周期成本计算模型，其特征在于，该计算模型设定GIS组合电器全生命周期为四十年，具体通过以下步骤获得：A.采用模糊数学计算GIS组合电器购买当年的折算率和GIS组合电器运行过程中每年的贴现率；B.建立CI子模型，计算投资费用；C.建立CO子模型，计算GIS组合电器运行过程中的运行费用；D.建立CM子模型，计算GIS组合电器运行过程中的检修维护费用；E.建立CF子模型，计算GIS组合电器运行过程中的故障费用；F.建立CD子模型，计算GIS组合电器的废弃费用；G.依据步骤B～F建立GIS组合电器全生命周期成本的计算模型为：LCC＝CI+CO+CM+CF+CD依据计算模型计算GIS组合电器全生命周期成本。上述GIS组合电器全生命周期成本计算模型，步骤B具体包括以下步骤：B1.以近年来GIS组合电器的设备价格以及供应商市场调研价格为基础，采用灰色预测模型进行GIS组合电器单价的预测；B2.依据电网工程建设预算编制和计算规定，获取GIS组合电器的安装调试费用；B3.依据步骤B1～B2建立CI子模型为：CI＝CI1+CI2式中，CI1为GIS组合电器购置单价，CI2为GIS组合电器安装调试费。上述GIS组合电器全生命周期成本计算模型，步骤C中所述的CO子模型为：CO＝CO1+CO2+CO3式中，CO1为GIS组合电器运行损耗费用，CO2为日常巡视费用，CO3为监测费用。上述GIS组合电器全生命周期成本计算模型，步骤D中所述的CM子模型为：CM＝CM1+CM2+CM3式中，CM1为维护费用，CM2为中修费用，CM3为大修费用。上述GIS组合电器全生命周期成本计算模型，步骤E中所述的CF子模型为：CF＝CFA+CFB+CFC式中，CFA为需要停电可在现场修理的故障费用，CFB为不需要停电、并可在现场修理的故障费用，CFC为需返厂修理的故障费用。上述GIS组合电器全生命周期成本计算模型，步骤F中所述的CD子模型为：式中，x为GIS组合电器实际购置费用，y为安装直接费用，μ为设备折旧率，为设备退役处理费率，σ(40)为GIS组合电器最后运行一年的贴现率。由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。本发明从设备贴现率、投资成本、运行成本、检修成本、故障成本、退役成本六个方面出发，通过整合计算能够准确获得GIS组合电器的全生命周期成本，从而实现对供应商设备全生命周期总成本、各阶段成本构成情况、供应商的报价、商务以及技术评审排名情况等进行综合分析，为招标采购提供决策参考，进一步为保证电力系统的正常运行提供保证。附图说明图1为本发明建立计算模型的流程图；图2为本发明步骤E中所述设备全生命周期浴盆曲线示意图。具体实施方式下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。本发明中，设定GIS组合电器全生命周期为四十年，一种GIS组合电器全生命周期成本计算模型，其流程图如图1所示，具体通过以下步骤获得。A.采用模糊数学计算GIS组合电器购买当年的折算率和GIS组合电器运行过程中每年的贴现率。费用的时间值是费用对时间的变化关系。由于GIS组合电器的使用经历一个较长的时间，在这样一段较长的时间内，货币的价值会发生变化，因此，在进行GIS组合电器全生命周期的费用估算时，必须考虑费用的时间价值，否则会造成很大的误差。考虑费用的时间价值时，要用到利率和通胀率两个参数，一般的做法是将利率和通胀率取成固定值，这种做法没有考虑两个参数随时间的变化，同时，确实的值也不能反映人的主观估计所造成的偏差，因此采用模糊数学来解决这个问题。对费用时间价值的考虑，需选取一个基准财年，然后将各年度费用向基准财年转换。例如将GIS组合电器的购买当年为基准财年，本实施例中将2016年设定为基准财年。费用转换时，将利率与通胀率因素同时予以考虑。处理方法如下：假定每年通胀率为r、利率为i，设各年的r和i均相同，则由基准财年以前各费用发生的年度转换至基准财年的计算公式为：PV＝C*[(1+r)(1+i)]t式1.1PV＝F/[(1+r)(1+i)]t式1.2式中，PV为基准财年购置费用，C为基准财年以前某一年的购置费用，F为未来某年的购置费用。为减少在综合考虑利率和通胀率时的主观估计所造成的偏差，需要运用模糊数学对其进行处理，即将r和i看作模糊数和表示大约为r的模糊数，表示大约为i的模糊数，模糊数的隶属函数取值范围为[0,1]，隶属函数可以采用多种形式。针对本发明的具体问题来说，由于估计值是最可能的取值，越往两边，取值的可能性越小，因此，选取三角形隶属数，则和成为三角模糊数。一个模糊数表示一个区间，三角模糊数可用三个确定的数字(a1，a2，a3)来表示，期隶属函数为：其中，a1、a3按系统模糊性选取，系统越模糊，a1的取值越小，a3的取值越大，a2为a1和a3的中位数。通过定义在α截集下的置信区间，对于可以将三角模糊数表示为：对于水平截集，据式(1.4)可以将模糊数和表示为：对于两个确定三角模糊数的水平截集和则根据模糊数学运算法则，有：根据式1.4和式1.7，对于α水平截集，通过模糊运算，得出：在α水平一定的情况下，应用乐观指标λ来判断满意度，λ代表了决策者的乐观程度，λ值越大，乐观程度越大。用λ把式1.8转化为非模糊PV，即：式中：根据中国人民银行历年公布的基准利率和国家统计局公布的CPI数据，得出2010年至2015年的利率与通胀率，如表1所示。表1年份年利率通胀率20100.0230.0320110.0320.05420120.0330.02620130.0300.02620140.0300.0220150.0230.013对历年贴现率进行模糊处理，获得2010年至2015年的折算率，如表2所示。表2对GIS组合电器未来运行过程中每年的贴现率进行模糊处理，获得2018年至2057年的贴现率，如表3所示。表3序号年份贴现率序号年份贴现率序号年份贴现率120180.9872351520320.4222872820450.184801220190.9412091620330.3966212920460.173248320200.8857391720340.3724613020470.162396420210.8334111820350.3497213120480.152202520220.7840551920360.3283213220490.14263620230.737512020370.3081873320500.133642720240.6936222120380.2892453420510.125204820250.6522482220390.2714283520520.117283920260.6132482320400.2546733620530.109851020270.5764932420410.2389183720540.1028741120280.541862520420.2241063820550.0963291220290.509232620430.2101833920560.090191320300.4784942720440.1970974020570.0844311420310.449546B.建立CI子模型，计算投资费用。本步骤主要包括以下内容。B1.以近年来GIS组合电器的设备价格以及供应商市场调研价格为基础，采用灰色预测模型进行GIS组合电器单价的预测，获得GIS组合电器的购置单价CI1。本步骤进行GIS组合电器单价预测，主要采用灰色预测模型实现。先根据步骤A获得历年折算率，将历年GIS组合电器的中标价格折算到基准财年后，采用灰色预测模型GM(1，1)进行预测。灰色预测模型是基于少量的、不完全的信息，建立数学模型并做出预测的一种预测方法，用灰色数学处理不确定量来使之量化，可以充分利用已知信息寻求系统的运动规律。灰色预测模型GM(1,1)表示灰色理论的灰微分方程模型，即一阶一个变量的灰微分方程模型，其构建过程如下。设有一组非负原始序列x(0)＝(x(0)(1)，x(0)(2)，...，x(0)(n))，对其进行一次累加生成得x(1)＝(x(1)(1)，x(1)(2)，...，x(1)(n))，其中，且k＝1，2，…，n。再对x(1)进行一阶均值生成，得x＝(x(2)，...，x(n))，其中，且k＝2，…，n。设x(1)满足一阶常微分方程求解此微分方程得，式中，参数a与u可由最小二乘法求得，即：其中，则x(1)的灰色预测模型GM(1,1)为：其实际预测值为：本实施例以广州供电局2010年至2015年的历史数据为依据，并对部分GIS组合电器供应商的单价进行市场调研，采集GIS组合电器的样本数据；然后对原始数据进行清洗处理，剔除价格偏低或偏高的样本数据，获得2010年至2015年220kVGIS组合电器价格数据，如图4所示。表4序号2010年单价2011年单价2012年单价2013年单价2014年单价2015年单价12164824.411937500.001944486.912134727.122062710.001897370.7722252500.002261200.002166294.392295354.662062710.002163045.0232217500.001817200.002136276.771941626.132257445.432049627.2842184500.001815200.002206521.172245362.891905983.941844113.7752252500.001920000.002007370.822149977.592087408.031970286.1961937500.002092967.582132633.902237413.341946096.451816650.4372314000.002015367.081831426.541807534.781867251.741862396.9781983500.002023420.111944567.282034609.801992466.621949781.9591958066.062132234.511886065.692128763.512215199.62102162153.042038461.242250827.422271133.57112008844.591821216.452223910.06根据对应的折算率，将各年份220kVGIS组合电器的价格折算到基准财年2016年，获得折算后的220kVGIS组合电器的价格，如表5所示。表5计算每年GIS组合电器折算后的平均单价，采用灰色预测模型GM(1,1)进行2016年220KVGIS组合电器的单价预测，结果显示2016年220KVGIS组合电器的单价为2193209.85元。本实施例利用MATLAB软件实现。B2.依据国家能源局电网工程建设预算编制和计算规定，获取GIS组合电器的安装调试费用CI2，包括220kVGIS组合电器的安装及单体调试费用和20kVGIS组合电器的特殊调试费用，合计为74359元。B3.依据步骤B1～B2建立CI子模型为：CI＝CI1+CI2式中，CI1为GIS组合电器购置单价，CI2为GIS组合电器安装调试费。本实施例中，2016年GIS设备投资成本：CI为＝2193209.85元+74359元＝2267568.85元。C.建立CO子模型，计算GIS组合电器运行过程中的运行费用。本发明中，CO子模型为：CO＝CO1+CO2+CO3式3.1式中，CO1为GIS组合电器运行损耗费用，CO2为日常巡视费用，CO3为监测费用。其中，GIS组合电器的运行损耗费用CO1采用下式计算获得：日常巡视费用采用下式计算获得：监测费用采用下式计算获得：式中，a为设备本体能耗费，b为辅助设备能耗费，c为巡视人工费用/每次·间隔，e为巡视材料费用/每次·间隔，β为每年巡视次数，f为设备年均补气费用，g为监测设备装置费，h为监测设备维护人工费用/每次·间隔，θ为监测设备每年维护次数，σ(t)为折算率。本实施例以国际大电网会议、南方电网电力设备检修规程以及广州供电局变电站历史数据作为数据参考源，如表6所所示。表6本实施例中，将a＝2905.62(元·间隔)/年，b＝876(元·间隔)/年，带入式3.2可得：将c＝123(元·间隔)/次，e＝136(元·间隔)/次，β＝12次/年，f＝615.38(元·间隔)/年，带入式3.3可得：将g＝16623.93元/间隔，h＝123(元·间隔)/次，θ＝12次/年，带入式3.4可得：将计算获得的CO1、CO2、CO3带入式3.1得出GIS组合电器运行过程中的运行费用为：CO＝CO1+CO2+CO3＝64926.47元+131777.4334元+41964.38元＝222045.29元。D.建立CM子模型，计算GIS组合电器运行过程中的检修维护费用。CM子模型为：CM＝CM1+CM2+CM3式4.1式中，CM1为维护费用，CM2为中修费用，CM3为大修费用。其中，维护费用CM1采用下式计算获得：中修费用CM2采用下式计算获得：CM2＝∑l*σ(P)式4.3大修费用CM3采用下式计算获得：CM3＝∑q*σ(N)式4.4式中，j为每年维护费用l为每次中修费用q为每次大修费用σ(N)为大修项目起始年份对应贴现率σ(P)为中修项目起始年份对应贴现率σ(t)为维护年贴现率。本实施例以国际大电网会议、南方电网电力设备检修规程以及广州供电局变电站历史数据作为数据参考源，如表7所所示。表7本实施例中，将j＝202.23元带入式4.2可得：将l＝564.00元带入式4.3可得：CM2＝∑564.00元*σ(P)，P＝6、12、18、24、30、36＝1465.39元；将q＝686096.69元带入式4.4可得：CM3＝∑686096.69*σ(N)，N＝12、24、36＝722041.89元；将CM1、CM2、CM3带入式4.1可得GIS组合电器运行过程中的检修维护费用为：CM＝CM1+CM2+CM3＝41664.94元+1465.39元+722041.89元＝765172.23元。E.建立CF子模型，计算GIS组合电器运行过程中的故障费用。该故障费用，通常由GIS组合电器供应商给出。CF子模型为：CF＝CFA+CFB+CFC式5.1式中，CFA为需要停电可在现场修理的故障费用，CFB为不需要停电、并可在现场修理的故障费用，CFC为需返厂修理的故障费用。其中，需要停电可在现场修理的故障费用CFA也即A类故障费用，采用下式计算获得：不需要停电、并可在现场修理的故障费用CFB也即B类故障费用，采用下式计算获得：需返厂修理的故障费用CFC也即C类故障费用，采用下式计算获得：式中，λA、λB、λC分别为A类故障率、B类故障率、C类故障率，之和λ总为总故障率，由供应商按照浴盆曲线取值，FA、FB、FC分别为A类故障平均修复成本、B类故障平均修复成本、C类故障平均修复成本，由供应商取值，γA、γB、γC分别为A类故障平均停电时间、B类故障平均停电时间、B类故障平均停电时间，由供应商取值，ρ为停电每小时损失电荷数，120000kw/h，ε为单位缺供电损失，取0.95元/度，σ(t)为贴现率，根据历年利率和通胀率计算。由于GIS组合电器在投运后的前几年中设备的故障率较高，随着调试、排除故障的进行，设备运转逐渐正常，故障发生率逐步下降至某一固定值；然后，随着使用时间延长，各部分机件因磨损、腐蚀、疲劳、材料老化等逐渐加剧而失效，致使设备故障增多，生产效能下降，为排除故障所需时间和排除故障的难度都逐渐增加，维修费用上升。这时应采取不同形式的检修、或进行技术改造，才能恢复生产效能；如果继续使用，就可能造成事故。本实施例中所述的总故障率的取值由供应商根据自身设备的实际运行情况按设备全生命周期浴盆曲线取值，设备全生命周期浴盆曲线如图2所示。本实施例中，以某供应商给出的数据来计算GIS组合电器运行过程中的故障费用，具体如下。其中，λA＝0.0005次/间隔，λB＝0.0005次/间隔，λC＝0次/间隔，FA＝55312.5元/次，FB＝13875元/次，FC＝88333元/次，γA＝96小时，γB＝24小时，γC＝408，分别计算CFA、CFB、CFC。由上述计算得出该供应商所提供的GIS组合电器运行过程中的故障费用为：CF＝CFA+CFB+CFC＝94601.07元+23650.67元+0元＝118251.7元。F.建立CD子模型，计算GIS组合电器的废弃费用。CD子模型为：式中，x为GIS组合电器实际购置费用，y为安装直接费用，根据国际大电网会议、南方电网电力设备检修规程、广州供电局变电站历史数据计提,取值为24664元，μ为设备折旧率，根据国家能源局《电网工程建设预算编制和计算标准使用指南》，取值为5％，为设备退役处理费率，根据国家能源局《电网工程建设预算编制和计算标准使用指南》，取值为32％，σ(40)为GIS组合电器最后运行一年的贴现率。本实施例仍以步骤E中所述的供应商为例，GIS组合电器的实际购置费用为2193209.85元，那么，其废弃费用为：G.依据步骤B～F建立GIS组合电器全生命周期成本的计算模型，并依据计算模型计算GIS组合电器全生命周期成本。GIS组合电器全生命周期成本的计算模型为：LCC＝CI+CO+CM+CF+CD。本实施例中，GIS组合电器全生命周期成本的计算过程为：LCC＝CI+CO+CM+CF+CD＝2267568.85元+222045.29元+765172.23元+118251.7元+8592.38元＝3381630.45元。本发明构建的GIS组合电器全生命周期成本的计算模型，其可运用SAPDashboard研发工具，把模型相关参数固化系统中，设计出LCC自动计算软件，软件会自动计算LCC价格及综合得分，对供应商报价情况进行排名，并自动绘制柱状比较图，以供招标采购决策分析，减少了人工计算的繁琐和重复。当前第1页1 2 3