一种基于全寿命周期SEC模型的输电网规划方案优选方法与流程

本发明涉及电力系统规划的优选，更具体涉及从安全、效能、全寿命周期成本三个维度判断220千伏及以上输电网规划方案的优选方法。
背景技术：
：输电网规划是电力系统规划的重要组成部分，是保障电力系统安全稳定运行的重要工作。我国的电网规划设计工作在多年实践中，形成了一整套与当时经济社会发展相适应的规划设计方法并沿用至今，但一般只对初始投资进行详细分析计算，而对电网建成后的运营和维护成本考虑不充分，同时，随着用户对电能质量及供电可靠性的要求越来越高，停电损失成本与日俱增。从长远的角度看，规划设计方案的运行维护成本、停电成本甚至会高于它的初始投资成本，因此，初始投资成本最低的方案并不一定是最优方案。资产全寿命周期管理是一种全局性和系统性的理念，其从项目或系统的长期效益出发，通过技术手段和管理方法的创新来统筹规划项目或系统的各个生命阶段，实现成本收益率最大化。对输电网规划方案应用资产全寿命周期管理方法，就是从电力工程项目的整个寿命周期出发，全面考虑项目的规划、建造、购置、安装、运行、维修、更新、改造，直至报废的全过程中，研究分析全寿命周期所需支出费用的总和及效能收益选取最优方案。鲁国起等在现代电力2009,06发表的《全寿命周期成本及其在电网规划中的应用》中建立了以电网全寿命周期成本最小为目标的电网规划模型，并运用遗传-模拟退火算法求解，在此基础上柳璐等在中国电机工程学报2012,22(010)发表的《考虑全寿命周期成本的输电网多目标规划》中针对输电网整体建立了一个三维的LCC层级模型，将费用维度进一步分解为设备级、系统级以及外部环境成本。李龙等在华东电力2012，08发表的《基于模糊数学的电网规划方案LCC模型不确定性分析》一文中针对LCC模型中多个变量的不确定性引入模糊集理论对传统模型中的变量进行模糊化处理，有效地解决了模型中不确定因素的分析和计算，宋春丽等则在电网技术2013，07(014)发表的《基于差异化全寿命周期成本的电网规划经济性评估方法》等论文，通过综合全寿命周期成本理论和灾害经济学中“有无对比”的原理，提出了一套差异化全寿命周期成本效益经济评估体系。分别通过理论及电网实际案例分析，论证了基于全寿命周期成本，建立了LCC层级模型的规划方案优选方法。但是这些模型中依然是从成本的角度出发，安全约束条件不清晰，初始投资成本在方案比选中的权重过大，规划方案在企业成本外的隐性成本与效能回报计算不足，并不能真实全面的反映输电网在全寿命周期内的综合绩效。特别对于规划电网这一应用场景而言，LCC理论有一定局限性：由于电力不能长期储存的自然属性，所以在电网运行时，电网的效能与安全风险相伴而生，仅仅从周期成本最优去指导电网规划，势必会造成较大偏差。因此在2014年国家电网公司又通过内部文件的形式，提出了电网规划安全效能指标(SEC)评价体系，其实质就是在电力公司资产全寿命管理的基础上，通过对资产的安全、效能、周期成本进行综合评价和分析，促进公司资产管理的安全、效能、周期成本三者的综合平衡和有机统一，提高电力公司资产管理水平，并在刘振亚等编著的《企业资产全寿命周期管理》书中，提出了一套SEC资产全寿命周期管理绩效指标体系模型。但是在实际应用中，这套模型研究存在不少问题，例如安全维度指标——六级及以上安全事件数S4、效能维度指标——资本性资金投资保障率E1、成本维度指标——经济增加值率C2，在输电网规划场景中，不仅无法进行量化和采集，而且对规划的网架进行这三个方面的评估意义并不是很明显。因此根据输电网规划实际，重新构建一套科学、全面、易推广的评价模型，确定全新的指标与量化公式，使评价真正能够落地应用将会有重大的意义。技术实现要素：本发明提供了一种基于全寿命周期SEC模型输电网规划方案优选方法，该方法从安全、效能、全寿命周期成本三个维度判断220千伏及以上输电网规划方案的优选方法。本发明的优选方法更加完善、科学，能够真实、客观、准确的计算出各比选方案在资产全寿命周期下的综合成本。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于全寿命周期SEC模型输电网规划方案优选方法，该方法包含下列步骤：a、确定所有参与优选的输电网规划方案；b、确定受输电网规划方案影响的本级电网及下一级电网的区域范围,该范围成为选定范围；c、计算每个输电网规划方案中的短路电流指标S1、N-1指标S2及稳定计算指标S3这三个安全要素；输电网规划方案中只要有一个安全要素未通过，则去除该输电网规划方案；输电网规划方案中的三个安全要素均通过，则令输电网规划方案的安全要素S＝1；d、计算效能要素E：包括选定范围电网的增供电量效益E1、降损效益E2和可靠性效益E3；d1、增供电量效益E1计算第i年增供电量效益值EPiEPi=0...........................(Pi≤PB0)(Pi-PB0)*Tmax*M...(PA0>Pi>PB0)PAo*Tmax*M.........(Pi≥PA0)---(1)]]>式中：i为1到T之间的整数，T为规划方案实施后的运行寿命年限，Pi为第i年的最大负荷，PB0为规划方案实施前选定范围电网的最大供电能力，Tmax为选定范围电网的最大负荷利用小时数，PA0为规划方案实施后选定范围电网的最大供电能力，M为购销电价差值；将第i年增供电量效益值EPi折现成现值：EPi′＝EPi/(1+γ)i(2)计算增供电量效益E1E1=γ*(1+γ)T(1+γ)T-1*Σi=1TEPi′---(3)]]>式中：γ为折现率d2、计算降损效益E2计算第i年降损效益值ELiELi=(PLAi-PLBi)*Tmax*Y......(Pi≤PB0)(PLAi-PLB0)*Tmax*Y......(PA0>Pi>PB0)(PLA0-PLB0)*Tmax*Y......(Pi≥PA0)---(4)]]>式中：PLAi为规划方案实施后选定范围电网的第i年网损值，PLBi为规划方案实施前选定范围电网的第i年网损值，PLB0为规划方案实施前选定范围电网的最大供电能力下的网损值，PLA0为规划方案实施后选定范围电网的最大供电能力下的网损值，Y为购电价；将选定范围电网第i年的降损效益值ELi折现成现值ELi′＝ELi/(1+γ)i(5)计算降损效益E2E2=γ*(1+γ)T(1+γ)T-1*Σi=1TELi′---(6)]]>d3、计算可靠性收益E3计算选定范围电网第i年的可靠性收益值ERiERi=(EENSAi-EENSBi)*Y......(Pi≤PB0)(EENSAi-EENSB0)*Y......(PA0>Pi>PB0)(EENSA0-EENSB0)*Y......(Pi≥PA0)---(7)]]>式中：EENS为电量不足期望值，EENSAi为规划方案实施后选定范围电网第i年的EENS，EENSBi为规划方案实施前选定范围电网第i年的EENS，EENSB0为规划方案实施前选定范围电网最大供电能力下的EENS，EENSA0为规划方案实施后选定范围电网最大供电能力下的EENS；将选定范围电网第i年的可靠性收益值ERi折现成现值ERi′＝ERi/(1+γ)i(8)计算可靠性收益E3E3=γ*(1+γ)T(1+γ)T-1*Σi=1TERi′---(9)]]>d4、按下式计算得到效能要素EE＝E1+E2+E3(10)e、计算全寿命周期成本要素C：包括设备投资成本C1、运行成本C2、检修维护成本C3、故障费用C4和设备退役处置费C5；e1、计算设备投资成本C1计算设备投资成本值C1C1＝L*a+S*b(11)式中：L为项目工程中线路的长度，a为线路单位造价，S为变电站容量，b为变电站单位容量造价；e2、计算运行成本C2计算选定范围电网第i年的运行成本COiCOi＝PLAi*Tmax*Y(12)将选定范围电网第i年的运行成本COi折现成现值COi′＝COi/(1+γ)i(13)计算运行成本C2C2=γ*(1+γ)T(1+γ)T-1*Σi=1TCOi′---(14)]]>e3、计算检修维护成本C3计算选定范围电网第i年的检修维护成本CMiCMi＝ai*C1(15)式中：ai为选定范围电网第i年的检修维护成本占设备投资成本现值的比例系数；将选定范围电网第i年的检修维护成本CMi折现成现值CMi′＝CMi/(1+γ)i(16)再按下式计算检修维护成本C3C3=γ*(1+γ)T(1+γ)T-1*Σi=1TCMi′---(17)]]>e4、计算故障费用C4计算选定范围电网第i年的故障费用CFiCFi＝EENSAi*Y(18)将选定范围电网第i年的故障费用CFi折现成现值CFi′＝CFi/(1+γ)i(19)再按下式计算故障费用C4C4=γ*(1+γ)T(1+γ)T-1*Σi=1TCFi′---(20)]]>e5、计算设备退役处置费C5计算选定范围电网第i年的设备退役处置费CDiCDi=(d-c)*C1(1+γ)T---(21)]]>式中：d为报废资产管理费用占设备投资成本现值得系数，c为残值率；计算选定范围电网的设备退役处置费C5C5=γ*(1+γ)T(1+γ)T-1*CDi---(22)]]>e6、按下式计算全寿命周期成本要素CC＝C1+C2+C3+C4+C5(23)f、按下式计算SEC值SEC＝S*C/E(24)g、将所有输电网规划方案中SEC值最小的方案作为推荐方案。其中，Pi、PB0、PA0、M均由电力公司调查给出，γ、Tmax采用电力公司通用值，PLAi、PLBi、PLB0、PLA0、Y、，L、a、S、b均由电力公司给出。其中，EENS值可通过如下方法取得：在可靠性计算模型中，将输电线路故障率设定为线路统计故障率，负荷为预测的确定值或期望值，电源故障率为0，即可计算出规划周期T年内各年输电网因故障而造成的电量不足期望值EENS。线路统计故障率以及负荷预测值由电力公司提供。短路电流指标S1是指电网在无故障、无元件功能受损或受限的情况下，遭遇可能的最大负荷及可能的最严重负荷分布情况时的短路电流情况。N-1指标S2是指在所研究的潮流方式基础上，逐个无故障断开线路、变压器等单一元件,再进行潮流计算，获得N-1开断后的潮流分布,确认开断后设备不过载、系统母线电压不越限。稳定计算指标S3是对规划电网稳定特性的度量，采用定性的[0,1]指标。电力系统稳定性主要包括静态稳定性和暂态稳定性。静态稳定性是指电力系统受到小扰动后，不发生非周期性的失步，能自动恢复到初始运行状态的能力。属小扰动功角稳定性的一种类型。暂态稳定性指正常运行的电力系统受到较大的扰动，它的平衡受到相当大的波动时，将过渡到一种新的运行状态或回到原来的运行状态，继续保持同步运行的能力。本发明具有以下优点：1、本方法以资产全寿命周期为期限来分析方案的经济性、安全性，相比以往的比选方案更加完善、科学。通过安全、效能、成本三个维度、11个指标，能够真实、客观、准确的计算出各比选方案在资产全寿命周期下的综合成本。2、本方法通过结合工程实际对11项数学指标进行固化，形成固定计算公式及计算方法，可以对比选方案进行标准化处理，能够更好的适应电网的推广使用。附图说明图1例一的相关电网区域图图2例二的相关电网区域图具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步的说明。实施例一例一如图1所示。本方法通过对新建220千伏输变电工程在选定的相关电网区域内，对不同路径选择方案进行SEC定量化的分析，以SEC＝S*C/E作为参与比较的计算结果，选取结果最小的方案作为推荐方案。方案比选中使用的主要技术参数见表1和表2。表1相关参数取值表2检修维护成本占比系数ai取值表该方法包含下列步骤：a、确定所有参与优选的输电网规划方案。从原拟定方案中选取的参与SEC比选的方案如下：方案1：将节点2.2-节点2.4两回220千伏线路π入节点2.3。其中，I回π进线路长约2×0.8km，导线型号为LGJ-2×400；II回π进线路长约2×2km，导线型号为LGJ-2×400。方案2：将节点2.2-节点2.4I回220千伏线路π入节点2.3，新建线路长约2×0.8km，导线型号为LGJ-2×400。b、确定受输电网规划方案影响的本级电网及下一级电网的区域范围。项目电网范围选定为独立供电区域内电网，包含节点2.1-节点2.6以及相关联的1.1、1.2。c、计算每个输电网规划方案中的短路电流指标S1、N-1指标S2及稳定计算指标S3这三个安全要素。通过PSASP综合程序对网架进行计算，可以得到规划的目标网架均能通过安全校核，即S1＝1，S2＝1,S3＝1，可由公式S＝1/(S1*S2*S3)得到，S＝1。d、计算效能要素E：包括增供电量效益E1、降损效益E2和可靠性效益E3。d1、增供电量效益E1计算第i年增供电量效益值EPiEPi=0,.........··,............··(Pi≤PB0)(Pi-PB0)*Tmax*M...(PA0>Pi>PB0)PAO*Tmax*M.........(Pi≥PA0)]]>式中：i为1到T之间的整数，T为规划方案实施后的运行寿命年限，Pi为第i年的最大负荷，PB0为规划方案实施前选定范围电网的最大供电能力，Tmax为选定范围电网的最大负荷利用小时数，PA0为规划方案实施后选定范围电网的最大供电能力，M为购销电价差值；将第i年增供电量效益值EPi折现成现值EP：EPi′＝EPi/(1+γ)i计算增供电量效益E1E1=γ*(1+γ)T(1+γ)T-1*Σi=1TEPi′]]>式中：γ为折现率通过计算，方案一与方案二的增供电量效益E1均为10391.1万元。d2、计算降损效益E2计算第i年降损效益值ELiELi=(PLAi-PLBi)*Tmax*Y......(Pi≤PB0)(PLAi-PLB0)*Tmax*Y......(PA0>Pi>PB0)(PLA0-PLB0)*Tmax*Y......(Pi≥PA0)]]>式中：PLAi为项目投产后选定范围内电网的第i年网损值，PLBi为项目投产前选定范围内电网的第i年网损值，PLB0为项目投产前选定范围内电网的最大供电能力下的网损值，PLA0为项目投产后选定范围内电网的最大供电能力下的网损值，Y为购电价；将第i年降损效益值ELi折现成现值ELi′＝ELi/(1+γ)i计算降损效益E2E2=γ*(1+γ)T(1+γ)T-1*Σi=1TELi′]]>通过计算，方案一的降损效益E2为66.61万元，方案二的降损效益E2为-30.48万元。d3、计算可靠性收益E3计算选定范围电网第i年的可靠性收益值ERiERi=(EENSAi-EENSBi)*Y......(Pi≤PB0)(EENSAi-EENSB0)*Y......(PA0>Pi>PB0)(EENSA0-EENSB0)*Y......(Pi≥PA0)]]>式中：EENS为电量不足期望值，EENSAi为规划方案实施后选定范围电网第i年的EENS，EENSBi为规划方案实施前选定范围电网第i年的EENS，EENSB0为规划方案实施前选定范围电网最大供电能力下的EENS，EENSA0为规划方案实施后选定范围电网最大供电能力下的EENS；将选定范围电网第i年的可靠性收益值ERi折现成现值ERi′＝ERi/(1+γ)i计算可靠性收益E3E3=γ*(1+γ)T(1+γ)T-1*Σi=1TERi′]]>通过计算，方案一的可靠性效益E3为9.53万元，方案二的降损效益E3为5.03万元。d4、按下式计算得到效能要素EE＝E1+E2+E3通过计算，方案一的效能要素E为10467.24万元，方案二的效能要素E为10365.65万元。e、计算全寿命周期成本要素C：包括设备投资成本C1、运行成本C2、检修维护成本C3、故障费用C4和设备退役处置费C5；e1、计算设备投资成本C1计算设备投资成本值C1C1＝L*a+S*b式中：L为项目工程中线路的长度，a为线路单位造价，S为变电站容量，b为变电站单位容量造价；通过计算，方案一的初始投资费用C1为701.03万元，方案二的初始投资费用C1为640.62万元。e2、计算运行成本C2计算选定范围电网第i年的运行成本COiCOi＝PLAi*Tmax*Y将选定范围电网第i年的运行成本COi折现成现值COi′＝COi/(1+γ)i计算运行成本C2C2=γ*(1+γ)T(1+γ)T-1*Σi=1TCOi′]]>通过计算，方案一的运行成本费用C2为501.56万元，方案二的运行成本费用C2为598.65万元。e3、计算检修维护成本C3计算选定范围电网第i年的检修维护成本CMiCMi＝ai*C1式中：ai为选定范围电网第i年的检修维护成本占设备投资成本现值的比例系数；将选定范围电网第i年的检修维护成本CMi折现成现值CMi′＝CMi/(1+γ)i再按下式计算检修维护成本C3C3=γ*(1+γ)T(1+γ)T-1*Σi=1TCMi′]]>通过计算，方案一的检修维护成本费用C3为296.53万元，方案二的检修维护成本费用C3为248.15万元。e4、计算故障费用C4计算选定范围电网第i年的故障费用CFiCFi＝EENSAi*Y将选定范围电网第i年的故障费用CFi折现成现值CFi′＝CFi/(1+γ)i再按下式计算故障费用C4C4=γ*(1+γ)T(1+γ)T-1*Σi=1TCFi′]]>通过计算，方案一的故障费用C4为31.51万元，方案二的故障费用C4为36.01万元。e5、计算设备退役处置费C5计算选定范围电网第i年的设备退役处置费CDiCDi=(d-c)*C1(1+γ)T]]>式中：d为报废资产管理费用占设备投资成本现值得系数，c为残值率；计算选定范围电网的设备退役处置费C5C5=γ*(1+γ)T(1+γ)T-1*CDi]]>通过计算，方案一的设备退役处置费C5为-0.70万元，方案二的设备退役处置费C5为-0.64万元。e6、按下式计算全寿命周期成本要素CC＝C1+C2+C3+C4+C5通过计算，方案一的全寿命周期成本要素C为1529.93万元，方案二的全寿命周期成本要素C为1522.79万元。f、按下式计算SEC值，得到的各分量和SEC综合计算结果如表3所示。SEC＝S*C/E表3SEC计算结果表项目方案一方案二S判据值11增供电量效益E110391.110391.1降损效益E266.61-30.48可靠性收益E39.535.03初始投资费用C1701.03640.62运行成本C2501.56598.65检修维护成本C3296.53248.15故障费用C431.5136.01设备退役处置费C5-0.70-0.64SEC值0.14620.1469g、将所有输电网规划方案中SEC值最小的方案作为推荐方案。根据计算结果，方案一SEC值更小，因此，建议选择方案一作为推荐方案。实施例二本方法通过对新建220千伏输变电工程在选定的相关电网区域内，对不同增容方案进行SEC定量化的分析，以附图2所示电网区域为例，说明本发明的实际应用过程。具体步骤如下：a、确定相关电网区域范围以及比选中使用的主要技术参数，项目电网范围选定为独立供电区域内电网，包含节点1-节点4。b、从原拟定方案中选取的参与SEC比选的方案如下：方案一：新建节点5，如附图2所示，π接到节点2-节点4双回线路中，其中节点5至π接点距离为1.5km，其容量为480MVA(2×240MVA)，同时连接节点3和节点5一回线路，距离为10km；方案二：新建节点5，π接到节点2-节点4双回线路中，节点5至π接点距离为1.5km，其容量为480MVA(2×240MVA)；表4相关参数取值表5检修维护成本占比系数ai取值表c、通过采用模版的SEC计算，得到的各分量和SEC综合计算结果如表5所示。表6SEC计算结果表项目方案一方案二S判据值11增供电量效益E179497949降损效益E2-190-215可靠性收益E34744初始投资费用C113151211运行成本C2728753检修维护成本C3960884故障费用C471101设备退役处置费C5-1.7-1.6SEC值0.3935820.378941d、根据计算结果，方案二SEC综合评价结果更小，因此，建议选择方案二作为推荐方案。经案例证明，本发明能够从安全、效能、全寿命周期成本三个维度实现对输电网新建工程规划方案进行可量化的方案优选。当前第1页1 2 3