一种基于全寿命周期模型的配电网节能效益评测方法技术

本发明专利技术公布了一种基于全寿命周期模型的配电网节能效益评测方法，从全寿命周期成本角度出发，运用现金流量法建立配电变压器改造、配电线路改造、增设无功补偿装置三种配电网节能改造措施的全寿命周期成本模型，并分析负荷时序特性对配电网运行成本的影响，提出计及负荷时序特性的配电网节能改造全寿命周期成本模型。采用实际配电网节能改造算例进行分析，结果表明，配电网节能改造初期设备购置安装成本较小，负荷时序特性对配电网运行成本的影响随着投运时间的增长逐渐增大。因此，配电网节能改造应考虑整个项目的全寿命周期成本，并须计及负荷时序特性的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于全寿命周期模型的配电网节能效益评测方法，属于电力系统监测、分析和控制
技术背景为应对日趋紧张的能源形势，节约能源，打造绿色生态环境，我国正积极开展各项配电网节能改造工作。配电网节能改造常采用增设无功补偿装置、更换节能输变电设备等措施，改造成本不仅包括更换配电变压器、导线、增设无功补偿装置等设备费用，还包括场地、人工费用，成本计算较为复杂，且实际配电网改造工程一般会受到资金的限制，而配电网改造项目往往更重视技术，对经济性分析研究重视程度不够。因此，需要对各项改造成本进行分析，为改造方案的决策提供依据。针对配电网改造工程成本分析问题，目前已有一些研究。文献“基于改进层次分析法的配电网中压改造项目迫切度分析”针对配电网改造资金不足的问题，提出10kV馈线的改造迫切度概念，为科学有效安排改造项目优先次序提供依据，但只考虑了初始投资成本，而配电网改造项目投运时间长，相比与初始投资成本，在运行期间的费用一般会占有不可忽视的比重；文献“基于灰关联加权的配电网紧凑型节能改造投资规划”为充分利用改造资金,采用灰关联加权分析方法，建立改造投资分配的粗规划模型，但没有对各项改造措施成本进行具体分析，没有建立具体的配电网节能改造成本模型；文献“配电网节能改造优化建模研究”建立了导线更换和中低压无功配置协同优化的配电网节能改造优化模型，在成本计算中，计及了设备更换或增设的初始投资成本以及配电网的年网损费用，但是没有考虑改造后投入使用过程中产生的检修成本及最终的报废处置成本；文献“基于LCC的配电网电压偏差治理措施的优化”从全寿命周期的角度，考虑了配电网改造的各项成本，但是计算导线的运行损耗成本时，采用额定电流来估算损耗的方法，没有考虑负荷水平对运行成本的影响。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对现有技术所需解决的技术问题提供一种基于全寿命周期模型的配电网节能效益评测方法。技术方案：本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：一种基于全寿命周期模型的配电网节能效益评测方法，包括以下步骤：1)引入设备购置安装成本、设备运行成本、设备检修成本、设备报废处置成本的概念，建立配电网改造的全寿命周期成本模型；2)运用现金流量法，将每项成本都转化为现值计算，建立基于资金时间价值的配电网改造成本模型；3)引入配电变压器运行损耗和配电线路运行损耗，并根据负荷的季节特性以及配电变压器、配电线路损耗的计算公式建立的配电变压器和配电线路年运行损耗数学模型；4)引入改造措施的设备购置安装成本、设备运行成本、设备检修成本具体的计算模型，并将此三个模型代入配电网改造的全寿命周期成本模型，得到配电变压器改造、配电线路改造和增设无功补偿装置三种配电网改造措施的全寿命周期成本。作为优化，所述步骤1)中：配电网改造的全寿命周期成本费用包括设备购置安装成本、设备运行成本、设备检修成本、设备报废处置成本四个部分，综合考虑项目从规划设计、建设、运行直至报废的一系列费用，用式(1)表示；其中，设备购置安装成本包括设备购置费用和安装费用；设备运行成本为电能损耗费用；设备检修成本是检修人工费用和材料费用；设备报废处置成本为设备达到使用寿命时，除去设备残值的报废清理费用，由于配电设备的残值很大，设备报废处置成本往往为负值；LCC＝CI+CO+CM+CD(1)式中，LCC为配电网改造全寿命周期成本；CI为配电网改造设备购置安装成本；CO为配电网改造设备运行成本；CM为配电网改造设备检修成本；CD为配电网改造设备报废处置成本。作为优化，所述步骤2)包括：在实际配电网改造中，设备购置安装成本在改造初始时期产生，设备运行成本、设备检修成本发生在整个设备使用过程中，报废处置成本发生在设备寿命终止时；几项成本发生时间跨度较大，为方便分析比较不同时间产生的成本，运用现金流量法，将每项成本都转化为现值计算；基于资金时间价值的配电网改造全寿命周期成本为：式中，CI是设备购置安装成本，为现值；COa是设备运行成本的等年值；CMa是设备检修成本等年值；CDf是设备报废处置成本，为未来值；i为贴现率；n为设备使用寿命。作为优化，所述步骤3)中：配电变压器损耗由空载损耗和负载损耗两部分构成，受负荷水平影响的为负载损耗；配电线路有功损耗主要和线路电阻及负荷水平相关，线路电阻则由线路型号和线路长度决定；配电变压器运行损耗的计算公式为：式中，ΔPT为配电变压器的运行损耗；Pf为配电变压器的空载损耗；ΔPCu为配电变压器的负载损耗；β为配电变压器的负载率；ΔPCuN为配电变压器在额定电流下工作的铜损；配电线路运行损耗的计算公式为：式中，ΔPL为配电线路的运行损耗；P为配电线路上的有功负荷；Q为配电线路上的无功负荷；U为线路电压；r为线路电阻；ρ为线路电阻率；L为线路长度；依据负荷的季节特性以及配电变压器、配电线路损耗的计算公式，从四季中分别取一天的典型日负荷，首先计算每个季节典型日的配电变压器、配电线路的运行损耗，再根据四季在一年中占时，对计算结果进行加权求和，得出一年的运行损耗，最后乘以上网电价，得出一年的运行损耗成本；建立的配电变压器和配电线路年运行损耗数学模型为：式中，ΔPTa，ΔPLa分别为配电变压器和配电线路的年运行损耗；i为四季的序号，1为春季，2为夏季，3为秋季，4为冬季；αi为季节权重；ΔPTi，ΔPLi分别为对应季节典型日的配电变压器和配电线路一天损耗；一年取为365天。作为优化，所述步骤4)中：配电变压器改造具体措施为更换损耗过大的配电变压器，配电线路改造的具体措施为扩大架空导线线径，增设无功补偿装置的具体措施为增设并联电容器，进行中压侧集中补偿；配电变压器改造和导线改造的设备购置安装成本计算都是在购置成本的基础上，乘以相应的附件投资和施工费用的系数，而并联电容器设备购置安装成本则取为20元/kVar，具体如式(6)所示：式中，CTI、CLI、CQI分别为配电变压器改造、配电线路改造、增设无功补偿装置的投资成本；CTIP为配电变压器的购置成本；120％为计入附件投资和施工费用的系数；L为更换的导线长度，PL为导线的单价；161％为计入附件投资和施工费用的系数；Sc为并联电容器容量；配电变压器检修周期基本固定，且每次检修费用基本相近，采用年检修次数乘以平均每次的检修费用计算其年检修费用，与配电变压器的型号，检修难易程度相关；而10kV配电线路则采用年检修费用为3000元/km的经验模型，并联电容器的检修成本不单独计算，归到配电网其他元器件的检修成本中，具体如式(7)所示：式中，CTMa、CLMa、CQMa分别为配电变压器改造、配电线路改造、增设无功补偿装置的检修成本；NM为配电变压器每年的检修次数；Ca为平均每次的检修费用；配电网改造的运行成本考虑负荷的时序特性，配电变压器改造和导线改造的年运行成本是在年运行损耗的基础上，乘以上网电价得到；而并联电容器在正常运行的情况下，损耗可以忽略不计，所以运行成本计为零，具体如式(8)所示：式中，CTOa、CLOa、CQOa分别为配电变压器改造、配电线路改造、增设无功补偿装置的运行成本；CPE上网电价；设备的报废处置成本方面取为负值，为设备购置安装成本的5％。则式(2)可以改写为：将式(6)、(7)、(8)代入式(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于全寿命周期模型的配电网节能效益评测方法，其特征在于：包括以下步骤：1)引入设备购置安装成本、设备运行成本、设备检修成本、设备报废处置成本的概念，建立配电网改造的全寿命周期成本模型；2)运用现金流量法，将每项成本都转化为现值计算，建立基于资金时间价值的配电网改造成本模型；3)引入配电变压器运行损耗和配电线路运行损耗，并根据负荷的季节特性以及配电变压器、配电线路损耗的计算公式建立的配电变压器和配电线路年运行损耗数学模型；4)引入改造措施的设备购置安装成本、设备运行成本、设备检修成本具体的计算模型，并将此三个模型代入配电网改造的全寿命周期成本模型，得到配电变压器改造、配电线路改造和增设无功补偿装置三种配电网改造措施的全寿命周期成本。

【技术特征摘要】
1.一种基于全寿命周期模型的配电网节能效益评测方法，其特征在于：包括以下步骤：1)引入设备购置安装成本、设备运行成本、设备检修成本、设备报废处置成本的概念，建立配电网改造的全寿命周期成本模型；2)运用现金流量法，将每项成本都转化为现值计算，建立基于资金时间价值的配电网改造成本模型；3)引入配电变压器运行损耗和配电线路运行损耗，并根据负荷的季节特性以及配电变压器、配电线路损耗的计算公式建立的配电变压器和配电线路年运行损耗数学模型；4)引入改造措施的设备购置安装成本、设备运行成本、设备检修成本具体的计算模型，并将此三个模型代入配电网改造的全寿命周期成本模型，得到配电变压器改造、配电线路改造和增设无功补偿装置三种配电网改造措施的全寿命周期成本。2.根据权利要求1所述的基于全寿命周期模型的配电网节能效益评测方法，其特征在于：所述步骤1)中：配电网改造的全寿命周期成本费用包括设备购置安装成本、设备运行成本、设备检修成本、设备报废处置成本四个部分，综合考虑项目从规划设计、建设、运行直至报废的一系列费用，用式(1)表示；其中，设备购置安装成本包括设备购置费用和安装费用；设备运行成本为电能损耗费用；设备检修成本是检修人工费用和材料费用；设备报废处置成本为设备达到使用寿命时，除去设备残值的报废清理费用，由于配电设备的残值很大，设备报废处置成本往往为负值；LCC＝CI+CO+CM+CD(1)式中，LCC为配电网改造全寿命周期成本；CI为配电网改造设备购置安装成本；CO为配电网改造设备运行成本；CM为配电网改造设备检修成本；CD为配电网改造设备报废处置成本。3.根据权利要求1所述的基于全寿命周期模型的配电网节能效益评测方法，其特征在于：所述步骤2)包括：在实际配电网改造中，设备购置安装成本在改造初始时期产生，设备运行成本、设备检修成本发生在整个设备使用过程中，报废处置成本发生在设备寿命终止时；几项成本发生时间跨度较大，为方便分析比较不同时间产生的成本，运用现金流量法，将每项成本都转化为现值计算；基于资金时间价值的配电网改造全寿命周期成本为：LCC=CI+(COa+CMa)×(1+i)n-1i(1+i)n+CDf(1+i)n---(2)]]>式中，CI是设备购置安装成本，为现值；COa是设备运行成本的等年值；CMa是设备检修成本等年值；CDf是设备报废处置成本，为未来值；i为贴现率；n为设备使用寿命。4.根据权利要求1所述的基于全寿命周期模型的配电网节能效益评测方法，其特征在于：所述步骤3)中：配电变压器损耗由空载损耗和负载损耗两部分构成，受负荷水平影响的为负载损耗；配电线路有功损耗主要和线路电阻及负荷水平相关，线路电阻则由线路型号和线路长度决定；配电变压器运行损耗的计算公式为：ΔPT=Pf+ΔPCuΔPCu=β2ΔPCuN---(3)]]>式中，ΔPT为配电变压器的运行损耗；Pf为配电变压器的空载损耗；ΔPCu为配电变压器的负载损耗；β为配电变压器的负载率；ΔPCuN为配电变压器在额定电流下工作的铜损；配电线路运行损耗的计算公式为：ΔPL=P2+Q2U2rr=ρL---(4)]]>式中，ΔPL为配电线路的运行损耗；P为配电线路上的有功负荷；Q为配电线路上的无功负荷；U为线路电压；r为线路电阻；ρ为线路电阻率；L为线路长度；依据负荷的季节特性以及配电变压器、配电线路损耗的计算公式，从四季中分别取一天的典型日负荷，首先计算每个季节典型日的配...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱泽晶，陈小飞，余昆，陈星莺，徐书洋，廖迎晨，
申请(专利权)人：南瑞武汉电气设备与工程能效测评中心，河海大学，国网江苏省电力公司，南京南瑞集团公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42