CN104462718A - 一种变电站经济运行年限区间评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站经济运行年限区间的评估方法。以往基于威布尔分布或指数分布的故障率模型仅仅将役龄作为变量，并没有考虑众多影响变电站故障率的因素，因此不适合作为变电站故障率的预测模型。本发明提出从运行环境、质量状况两个方面对变电站进行综合评估，在考虑变电站不同运行时间的情况下，采用最小二乘支持向量机定量分析上述两种因素对变电站缺陷级、失效级和事故级三类故障率的影响，并结合区间分析法和全寿命周期成本理论得到三类故障率变化下变电站的年维修成本区间和故障成本区间，最后将变电站年平均成本最小的运行年数区间作为变电站的经济运行年限区间。本发明能为电网规划、变电站改造等决策提供有益指导。

Description

一种变电站经济运行年限区间评估方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体地说是一种变电站经济运行年限区间评估方法。

背景技术

从系统的观点看，电网是由变电站和输电线路构成。变电站内设备种类繁多且设备间寿命匹配状况复杂多样，因此在未达到预期设计寿命之前就可能出现设备故障率偏高、更换频繁等情况。对具有一定役龄的变电站进行寿命评估，可以有效避免过高的故障率或频繁的维修造成大量直接经济损失，并且在减少停电造成的电网高风险运行后果和间接经济损失方面更有不可估量的作用。在电网的全寿命周期资产管理中，变电站寿命预测能够实现电力设备间的寿命匹配，提高设备利用率，减少电力企业运营成本。此外，随着我国电网规模的不断扩大和电网结构的日益复杂，合理的变电站运行年限还可用于指导未来电网的规划、升级和改造。因此，对变电站进行运行年限评估具有重要意义。

由于不同类型变电站之间设备寿命匹配差异较大以及运行环境多有不同，至今尚未制定出统一的变电站运行年限评判标准。变电站的经济性评估虽只涉及资金收支，但在考虑成本等经济性指标时综合了故障率等可靠性指标，故对变电站进行经济运行年限评估更为可行。根据全寿命周期成本理论，变电站固定初始投入成本的年均值逐年减少，运维成本随着运行年数的增加不断提高，总成本年均值最小时的运行年数即为变电站的经济运行年限。由于变电站的维修成本和故障成本与故障率关系密切，所以变电站的故障率预测是评估变电站经济运行年限的前提。但是，以往基于威布尔分布或指数分布的故障率模型仅仅将役龄作为变量，并没有考虑众多影响变电站故障率的因素，因此不适合作为变电站故障率的预测模型。此外，若对故障后果的严重程度不加以区分，则难以精细化计算故障成本和维修成本。因此，故障率预测结果的误差和全寿命周期成本部分参数粗略计算的主观性会使得采用单一定值计算的经济寿命结果有较大偏差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种变电站经济运行年限区间评估方法，其充分考虑不确定信息对变电站经济运行年限评估结果的影响，以提高结果的可信度和合理性。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种变电站经济运行年限区间评估方法，其特征在于，

首先，根据历史统计资料，整理和分类影响变电站故障率的因素，包括变电站外部运行环境、内部质量状况两类，利用模糊综合评判法和层次分析法分别计算各因素隶属度和权重；

接着，根据故障后果严重程度将故障分为缺陷级故障、失效级故障、事故级故障三种类型，通过最小二乘支持向量机结合变电站的运行时间、运行环境及质量状况的相关数据对变电站的三种故障率分别进行训练输出和误差计算，得到变电站的故障率区间模型；

最后，将区间分析法引入到全寿命周期成本理论中，由待评估变电站故障率区间计算故障成本和维修成本并将各成本指标区间化，以年均成本最小为目标求解最优的变电站运行年限区间。

利用本发明判断出的变电站经济运行年限区间，可以制定变电站改造标准。如果变电站运行时间超过经济运行年限区间，则变电站改造；如果未超过经济运行年限区间，则变电站继续运行。

本发明充分考虑了变电站内设备种类繁多且设备间寿命匹配状况复杂等特点，能为电网规划、变电站改造等决策提供有益指导。

本发明采用以下具体步骤：

步骤1)，变电站运行环境和质量状况评估因素集和评语集的建立，将因素集及各下层指标均分为4个评语等级，即评语集为V_{{优异，尚好，一般，不良}}＝{v₁，v₂，v₃，v₄}；

步骤2)，变电站运行环境和质量状况评估指标隶属度和权重的计算，指标隶属度的计算如下：

定量指标隶属度(即因素隶属度)的计算采用三角形分布法，利用三角形分布函数，建立因素估分值与相应评估等级的隶属度函数，各因素根据子因素集的指标得分评估得到相应估分值，估分值的范围为0-100，由子因素集的单指标分值与权重乘积之和求得；

定性指标隶属度(即因素隶属度)的计算采用模糊统计试验法，通过专家调查的形式给出评判对象和评判指标依据，制作评价表给各位专家，根据专家的评定情况计算各个指标的隶属度，指标隶属度r_ij的计算公式如下：

$r_{\mathrm{ij}}=\frac{P_{\mathrm{ij}}}{P_{\mathrm{total}}},$

式中，P_ij表示认为因素集中第i指标属于评语v_j的专家人数，P_total表示参加评定的专家总人数，i＝1，2，…，u，u为因素集中的因素个数，j＝1-4；

指标权重的确定采用层次分析法中的“9分度法”，经过专家排序计算后，可得因素集各指标权重向量W；

步骤3)，运行环境和质量状况的综合评估及评分，其模糊综合评估向量B的计算公式如下：

B＝WoR，

式中，R为因素集模糊隶属度矩阵，W为因素集各指标权重向量，“o”为运算符，代表合成运算，采用M(·,+)算子，即

$b_j=\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{r}_{\mathrm{ij}},$

式中，b_j为因素集对评语v_j的隶属度，w_i为因素集中第i指标的权重，r_ij为指标隶属度；

计算得到因素集的模糊综合评估向量后，依照最大隶属度原则，则因素集的综合评估结果为最大隶属度所对应评语v_j；假设评语集对应的评分集为即相应的评语等级对应相应的评分，则综合评估结果为评语v_j的因素集评分为

步骤4)，变电站历史数据训练和误差分析：采用最小二乘支持向量机进行训练，对变电站故障率的统计以年为时间周期，单位为次/年；

样本为变电站基本信息向量x_i＝(x_i1，x_i2，x_i3)和变电站实际故障率统计值y_i＝(y_i1，y_i2，y_i3)，其中，i＝1，2，…，M+N(M+N组样本)；x_i1，x_i2，x_i3分别表示变电站役龄T，外部运行环境因素集评分S_E，内部质量状况因素集评分S_H；y_i1，y_i2，y_i3分别为缺陷级故障、失效级故障和事故级故障的故障率统计值；本发明采用M组样本做训练，N组样本做验算，误差计算公式如下：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{|y_n^{\mathrm{re}}-y_n^{\mathrm{pre}}|}{y_n^{\mathrm{re}}},$

式中，为用作验算的样本变电站故障率实际统计值，为用作验算的样本变电站故障率预测值，N为用作验算的样本数量，ε为误差平均值；

步骤5)，待评估变电站的故障率区间预测：对待评估变电站进行故障率预测时，该变电站的运行环境因素集评分S_E取变电站投运后历史平均水平来判定，质量状况因素集评分S_H按照变电站投运后运行状况来评定；

步骤6)，变电站全寿命周期成本分析：

当变电站运行至第Z年退役时，其年平均成本如下式所示：

${\mathrm{NF}}_Z=\frac{1}{Z}[C^I+\underset{t=1}{\overset{Z}{\mathrm{\Σ}}}(C_t^O+C_t^M+C_t^F){\left(\frac{1+R}{1+r}\right)}^{t-1}-C^D]$

t＝1,2,…,Z

式中，NF_Z为变电站的年平均费用，Z为变电站的运行年限，r为贴现率，C^I为初期投入成本，分别为变电站第t年的运行成本、维修成本和故障成本，C^D为废弃成本，R为人工材料费用增长率；

步骤7)，变电站成本区间化计算：

变电站完工后，初始投入成本C^I是固定的，运行成本C^O在运行计划确定的情况下，每年的支出基本在一个区间内浮动。变电站改造时，原有站址可以继续使用，且变压器、断路器等设备废弃后仍旧拥有较高剩余价值，故废弃成本C^D一般较高，其计算公式如下：

C^D＝p×C^I，

p为废弃成本百分比区间；

求得各类成本区间之后，通过寻找年平均费用NF_Z最小时的运行年数范围，可得变电站的经济运行年限区间。

进一步，步骤4)中，对变电站故障率进行训练计算时，采用相同电压等级的屋外变电站数据。

进一步，步骤5)中，假设变电站最长能运行至T_max年，求得S_E、S_H后，将待评估变电站的役龄按“1”到“T_max”依次代入，求得该变电站不同役龄时的三类年故障率；最后，根据误差ε将故障率区间化，计算三类故障的故障率范围，故障率区间化公式如下：

$[{\mathrm{\λ}}_t^{\min },{\mathrm{\λ}}_t^{\max }]=[(1-\mathrm{\ϵ}){\mathrm{\λ}}_t,(1+\mathrm{\ϵ}){\mathrm{\λ}}_t],$

分别为第t年待评估变电站故障率的下限和上限，λ_t为训练输出后第t年待评估变电站故障率预测值。

进一步，步骤6)中，变电站第t年所需的维修成本和故障成本分别为：

$C_t^M=\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{C}_k^M{\mathrm{\λ}}_k\left(t\right),$

$C_t^F=\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{C}_k^F{\mathrm{\λ}}_k\left(t\right),$

式中，为变电站k类故障的平均维修成本；为变电站k类故障的平均故障成本；λ_k(t)为变电站k类故障率，下标k＝1,2,3分别表示缺陷级故障、失效级故障、事故级故障。

进一步，步骤6)中，社会贴现率r、维修成本故障成本人工材料费用增长率R均采用区间数表示。

本发明集合了变电站中故障“多因素影响，多后果构成”的复杂特性以及故障率误差分析，与以往单役龄变量的故障率曲线拟合预测模型相比，使得变电站故障率预测结果更加合理。运用区间化方法，并以年均成本最小作为判据求得综合可靠性和经济性指标的变电站经济运行年限，充分考虑了不确定信息对变电站运行年限评估结果的影响，提高了结果的可信度和合理性。本发明充分考虑了变电站内设备种类繁多且设备间寿命匹配状况复杂等特点，能为电网规划、变电站改造等决策提供有益指导。

附图说明

图1为本发明定量因素估分值与隶属度对应的三角形分布函数。

图2a～c为应用例中算例变电站缺陷级故障、失效级故障、事故级故障的故障率曲线，其中图2a为算例变电站缺陷级故障的故障率曲线，图2b为算例变电站失效级故障的故障率曲线，图2c为算例变电站事故级故障的故障率曲线。

图3a～b为应用例中算例变电站年均全寿命周期成本曲线。图3a为算例变电站年均全寿命周期成本上限曲线，图3b为算例变电站年均全寿命周期成本下限曲线。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步说明，本发明包括以下步骤：

步骤1)，变电站运行环境和质量状况评估因素集和评语集的建立。

具体是：

变电站运行环境和质量状况评估因素集如表1～2。

表1运行环境评估因素集E

因素集	子因素说明
		气候E1	温度、湿度、风速
自然灾害E2	雷电、覆冰、台风等自然灾害严重度
		污秽等级E3	影响绝缘受污秽程度
电力需求饱和度E4	电力需求程度和实际供给程度

表2质量状况评估因素集H

因素集	子因素说明
		一次设备H1	变压器、断路器等一次设备质量状况
二次设备H2	保护测量控制等二次设备质量状况
		土建H3	接地网、电缆沟、房屋等建设质量状况
匹配状况H4	一次设备、二次设备、土建之间的匹配

将因素集及各下层指标均分为4个评语等级，即评语集为V_{{优异，尚好，一般，不 良}}＝{v₁，v₂，v₃，v₄}。

步骤2)，变电站运行环境和质量状况评估指标模糊隶属度和权重的计算。具体是：

定量因素隶属度的计算采用三角形分布法。利用三角形分布函数，建立因素估分值与相应评估等级的隶属度函数。三角形分布函数如图1所示。各因素根据子因素集的指标得分评估得到相应估分值。估分值的范围为0-100，由子因素集的单指标分值与权重乘积之和求得。表3示例了运行环境因素中雷电灾害子因素的得分评估情况，表4示例了质量状况子因素集中变压器的得分评估情况。

表3雷电灾害评估

表4变压器评估

定性因素隶属度的计算采用模糊统计试验法。通过专家调查的形式给出评判对象和评判指标依据，制作评价表给各位专家，根据专家的评定情况计算各个指标的隶属度，指标隶属度r_ij的计算公式如下：

$r_{\mathrm{ij}}=\frac{P_{\mathrm{ij}}}{P_{\mathrm{total}}}$

式中，P_ij表示认为因素集中第i指标属于评语v_j的专家人数，P_total表示参加评定的专家总人数，i＝1，2，…，u，u为因素集中的因素个数，j＝1～4。

指标权重的确定采用层次分析法中的“9分度法”，经过专家排序计算后，可得因素集各指标权重向量W。

运行环境和质量状况因素集模糊隶属度矩阵和指标权重向量示例如下所示：

$R_E=\left[\begin{array}{c}{R}_{E_1}\\ R_{E_2}\\ R_{E_3}\\ R_{E_4}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}& r_{14}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}& r_{24}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}& r_{34}\\ r_{41}& r_{42}& r_{43}& r_{44}\end{array}\right]{,R}_H=\left[\begin{array}{c}{R}_{H_1}\\ R_{H_2}\\ R_{H_3}\\ R_{H_4}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}& r_{14}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}& r_{24}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}& r_{34}\\ r_{41}& r_{42}& r_{43}& r_{44}\end{array}\right]$

$W_E=\left[\begin{array}{cccc}{w}_{E_1}& w_{E_2}& w_{E_3}& w_{E_4}\end{array}\right],W_H=\left[\begin{array}{cccc}{w}_{H_1}& w_{H_2}& w_{H_3}& w_{H_4}\end{array}\right]$

步骤3)，运行环境和质量状况的综合评估及评分。具体是：

模糊综合评估向量B的计算公式如下：

B＝WoR

式中，R为因素集模糊隶属度矩阵，W为因素集各指标权重向量，“o”为运算符，代表合成运算，采用M(·,+)算子，即

$b_j=\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{r}_{\mathrm{ij}}$

式中，b_j为因素集对评语v_j的隶属度，w_i为因素集中第i指标的权重，r_ij为指标隶属度；

计算得到因素集的模糊综合评估向量后，依照最大隶属度原则，则因素集的综合评估结果为最大隶属度所对应评语v_j；假设评语集对应的评分集为即相应的评语等级对应相应的评分，则综合评估结果为评语v_j的因素集评分为

步骤4)，变电站历史数据训练和误差分析。具体是：采用最小二乘支持向量机进行训练，对变电站故障率的统计以年为时间周期，单位为次/年。

对变电站故障率进行训练计算时，采用相同电压等级的屋外变电站数据。故障类型说明如表5所示：

表5故障类型说明

故障类型	说明
		缺陷级	变电站设备严重缺陷，无需停电检修
失效级	变电站设备故障停运，但未酿成事故

事故级	变电站设备故障停运，并造成电网事故

变电站故障率预测模型中，样本为变电站基本信息向量x_i＝(x_i1，x_i2，x_i3)和变电站实际故障率统计值y_i＝(y_i1，y_i2，y_i3)。其中，i＝1，2，…，M+N(M+N组样本)；x_i1，x_i2，x_i3分别表示变电站役龄T，外部运行环境因素集评分S_E，内部质量状况因素集评分S_H；y_i1，y_i2，y_i3分别为缺陷级故障、失效级故障和事故级故障的故障率统计值。本模型采用M组样本做训练，N组样本做验算，误差计算公式如下：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{|y_n^{\mathrm{re}}-y_n^{\mathrm{pre}}|}{y_n^{\mathrm{re}}}$

式中，为用作验算的样本变电站故障率实际统计值，为用作验算的样本变电站故障率预测值，N为用作验算的样本数量，ε为误差平均值。

步骤5)，待评估变电站的故障率区间预测。具体是：

对待评估变电站进行故障率预测时，该变电站的运行环境因素集评分S_E取变电站投运后历史平均水平来判定，质量状况因素集评分S_H按照变电站投运后运行状况来评定。

假设变电站最长能运行至T_max年，求得S_E、S_H后，将待评估变电站的役龄按“1”到“T_max”依次代入，求得该变电站不同役龄时的三类年故障率。最后，根据误差ε将故障率区间化，计算三类故障的故障率范围。故障率区间化公式如下：

$[{\mathrm{\λ}}_t^{\min },{\mathrm{\λ}}_t^{\max }]=[(1-\mathrm{\ϵ}){\mathrm{\λ}}_t,(1+\mathrm{\ϵ}){\mathrm{\λ}}_t]$

分别为第t年待评估变电站故障率的下限和上限，λ_t为训练输出后第t年待评估变电站故障率预测值。

步骤6)，变电站全寿命周期成本分析。具体是：

当变电站运行至第Z年退役时，其年平均成本如下式所示：

${\mathrm{NF}}_Z=\frac{1}{Z}[C^I+\underset{t=1}{\overset{Z}{\mathrm{\Σ}}}(C_t^O+C_t^M+C_t^F){\left(\frac{1+R}{1+r}\right)}^{t-1}-C^D]$

t＝1,2,…,Z

式中，NF_Z为变电站的年平均费用，Z为变电站的运行年限，r为贴现率，C^I为初期投入成本，分别为变电站第t年的运行成本、维修成本和故障成本，C^D为废弃成本，R为人工材料费用增长率；

变电站第t年所需的维修成本和故障成本分别为：

$C_t^M=\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{C}_k^M{\mathrm{\λ}}_k\left(t\right)$

$C_t^F=\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{C}_k^F{\mathrm{\λ}}_k\left(t\right)$

式中，为变电站k类故障的平均维修成本；为变电站k类故障的平均故障成本；λ_k(t)为变电站k类故障率。下标k＝1,2,3分别表示缺陷级故障、失效级故障、事故级故障。

步骤7)，变电站成本区间化计算。具体是：

变电站完工后，初始投入成本C^I是固定的。运行成本C^O在运行计划确定的情况下，每年的支出基本在一个区间内浮动。变电站改造时，原有站址可以继续使用，且变压器、断路器等设备废弃后仍旧拥有较高剩余价值，故废弃成本C^D一般较高，其计算公式如下：

C^D＝p×C^I

p为废弃成本百分比区间。

此外，社会贴现率r、维修成本故障成本人工材料费用增长率R均采用区间数表示。

求得各类成本区间之后，通过寻找年平均费用NF_Z最小时的运行年数范围，可得变电站的经济运行年限区间。

应用例

为验证上述变电站经济运行年限区间评估方法的可行性。对某地区一座220kV变电站进行经济运行年限区间评估，该变电站于2004年5月投运，完成时造价为9122万元。该变电站的模糊综合评判结果如下

B_E＝[0.1450 0.3615 0.4355 0.0579]

B_H＝[0.2302 0.4619 0.2854 0.0225]

可得变电站外部运行环境因素集E和内部质量状况因素集H的评估结果分别为一般、尚好，即S＝[S_E,S_H]＝[3,2]。

故障率预测模型中，采用40组样本做训练，5组样本做验算。由最小二乘支持向量机训练输出，则变电站缺陷级故障、失效级故障和事故级故障的故障率曲线如图2a～c所示。

由图2a～c中的故障率曲线变化趋势可得，失效级故障和事故级故障在变电站开始投运的一段运行时间内基本保持故障率稳定，但分别在运行时间达到30年和25年后增长较快速，缺陷级故障则保持持续增长趋势，说明随着变电站运行时间的增长和其内部设备的老化，平时的基本运维已经无法使得失效级和事故级的故障率保持稳定水平，需要进一步加强维护。缺陷级故障则由于其无需停电检修即可消除，对变电站可靠运行影响较另两种故障小而没有使其在运行年限内强制保持稳定。根据验算结果误差计算，求得缺陷级故障、失效级故障和事故级故障的误差分别为7.93％、8.31％、7.64％，故取故障率的预测误差为±8.5％。

参考当地电力企业的相关历史数据，变电站各成本及相关经济参数区间如表6。

表6变电站各成本及相关经济参数区间

成本及相关经济参数	区间范围
		运行成本(万元/年)	[75,100]
缺陷级故障平均维修和故障成本和(万元/次)	[25,40]

失效级故障平均维修和故障成本和(万元/次)	[215,260]
		事故级故障平均维修和故障成本和(万元/次)	[530,600]
社会贴现率r	[0.055,0.06]
		人工材料费用增长率R	[0.053,0.058]
废弃成本百分比p	[0.2,0.25]

根据上述数据，计算出变电站不同运行年限时的年平均全寿命周期成本的上下限值并绘制成曲线，如图3a～b所示。

图3a中的曲线表示变电站在最高故障率和最高运行故障成本下运行至年33年时，其年平均全寿命周期成本最小。图3b中的曲线表示变电站在最低故障率和最低运行故障成本下运行至36年时，其年平均全寿命周期成本最小。因此，该变电站经济运行年限区间为33-36年。

结合电网规划和变电站改造计划，当变电站由于容量不足需要扩容时，若变电站役龄距经济运行年限区间较远，可以选择扩建，若变电站役龄距经济运行年限区间较近，则可以选择重建。算例中变电站还较新，离经济运行年限还远，面对所在地区负荷增长较快的要求，建议本站扩建或在负荷增长密集区新建一变电站。

Claims (6)

1.一种变电站经济运行年限区间评估方法，其特征在于，

首先，根据历史统计资料，整理和分类影响变电站故障率的因素，包括变电站外部运行环境、内部质量状况两类，利用模糊综合评判法和层次分析法分别计算各因素隶属度和权重；

接着，根据故障后果严重程度将故障分为缺陷级故障、失效级故障、事故级故障三种类型，通过最小二乘支持向量机结合变电站的运行时间、运行环境及质量状况的相关数据对变电站的三种故障率分别进行训练输出和误差计算，得到变电站的故障率区间模型；

最后，将区间分析法引入到全寿命周期成本理论中，由待评估变电站故障率区间计算故障成本和维修成本并将各成本指标区间化，以年均成本最小为目标求解最优的变电站运行年限区间。

2.根据权利要求1所述的变电站经济运行年限区间评估方法，其特征在于，它采用以下具体步骤：

步骤1)，变电站运行环境和质量状况评估因素集和评语集的建立，将因素集及各下层指标均分为4个评语等级，即评语集为V_{{优异，尚好，一般，不良}}＝{v₁，v₂，v₃，v₄}；

步骤2)，变电站运行环境和质量状况评估指标隶属度和权重的计算，指标隶属度的计算如下：

定量指标隶属度的计算采用三角形分布法，利用三角形分布函数，建立因素估分值与相应评估等级的隶属度函数，各因素根据子因素集的指标得分评估得到相应估分值，估分值的范围为0-100，由子因素集的单指标分值与权重乘积之和求得；

定性指标隶属度的计算采用模糊统计试验法，通过专家调查的形式给出评判对象和评判指标依据，制作评价表给各位专家，根据专家的评定情况计算各个指标的隶属度，指标隶属度r_ij的计算公式如下：

$r_{\mathrm{ij}}=\frac{P_{\mathrm{ij}}}{P_{\mathrm{total}}},$

式中，P_ij表示认为因素集中第i指标属于评语v_j的专家人数，P_total表示参加评定的专家总人数，i＝1，2，…，u，u为因素集中的因素个数，j＝1-4；

指标权重的确定采用层次分析法中的“9分度法”，得因素集各指标权重向量W；

步骤3)，运行环境和质量状况的综合评估及评分，其模糊综合评估向量B的计算公式如下：

B＝WoR，

式中，R为因素集模糊隶属度矩阵，W为因素集各指标权重向量，“o”为运算符，代表合成运算，采用M(·,+)算子，即

$b_j=\underset{i=1}{\overset{u}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{r}_{\mathrm{ij}},$

式中，b_j为因素集对评语v_j的隶属度，w_i为因素集中第i指标的权重，r_ij为指标隶属度；

计算得到因素集的模糊综合评估向量后，依照最大隶属度原则，则因素集的综合评估结果为最大隶属度所对应评语v_j；假设评语集对应的评分集为即相应的评语等级对应相应的评分，则综合评估结果为评语v_j的因素集评分为

步骤4)，变电站历史数据训练和误差分析：采用最小二乘支持向量机进行训练，对变电站故障率的统计以年为时间周期，单位为次/年；

样本为变电站基本信息向量x_i＝(x_i1，x_i2，x_i3)和变电站实际故障率统计值y_i＝(y_i1，y_i2，y_i3)，其中，i＝1，2，…，M+N；x_i1，x_i2，x_i3分别表示变电站役龄T，外部运行环境因素集评分S_E，内部质量状况因素集评分S_H；y_i1，y_i2，y_i3分别为缺陷级故障、失效级故障和事故级故障的故障率统计值；采用M组样本做训练，N组样本做验算，误差计算公式如下：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{|y_n^{\mathrm{re}}-y_n^{\mathrm{pre}}|}{y_n^{\mathrm{re}}},$

式中，为用作验算的样本变电站故障率实际统计值，为用作验算的样本变电站故障率预测值，N为用作验算的样本数量，ε为误差平均值；

步骤5)，待评估变电站的故障率区间预测：对待评估变电站进行故障率预测时，该变电站的运行环境因素集评分S_E取变电站投运后历史平均水平来判定，质量状况因素集评分S_H按照变电站投运后运行状况来评定；

步骤6)，变电站全寿命周期成本分析：

当变电站运行至第Z年退役时，其年平均成本如下式所示：

${\mathrm{NF}}_Z=\frac{1}{Z}[C^I+\underset{t=1}{\overset{Z}{\mathrm{\Σ}}}(C_t^O+C_t^M+C_t^F){\left(\frac{1+R}{1+r}\right)}^{t-1}-C^D]$

t＝1,2,…,Z

式中，NF_Z为变电站的年平均费用，Z为变电站的运行年限，r为贴现率，C^I为初期投入成本，分别为变电站第t年的运行成本、维修成本和故障成本，C^D为废弃成本，R为人工材料费用增长率；

步骤7)，变电站成本区间化计算，废弃成本C^D的计算公式如下：

C^D＝p×C^I，

p为废弃成本百分比区间，C^I为初始投入成本，

求得各类成本区间之后，通过寻找年平均费用NF_Z最小时的运行年数范围，得变电站的经济运行年限区间。

3.根据权利要求2所述的变电站经济运行年限区间评估方法，其特征在于，步骤4)中，对变电站故障率进行训练计算时，采用相同电压等级的屋外变电站数据。

4.根据权利要求2所述的变电站经济运行年限区间评估方法，其特征在于，步骤5)中，假设变电站最长能运行至T_max年，求得S_E、S_H后，将待评估变电站的役龄按“1”到“T_max”依次代入，求得该变电站不同役龄时的三类年故障率；最后，根据误差ε将故障率区间化，计算三类故障的故障率范围，故障率区间化公式如下：

$[{\mathrm{\λ}}_t^{\min },{\mathrm{\λ}}_t^{\max }]=[(1-\mathrm{\ϵ}){\mathrm{\λ}}_t,(1+\mathrm{\ϵ}){\mathrm{\λ}}_t],$

分别为第t年待评估变电站故障率的下限和上限，λ_t为训练输出后第t年待评估变电站故障率预测值。

5.根据权利要求2所述的变电站经济运行年限区间评估方法，其特征在于，步骤6)中，变电站第t年所需的维修成本和故障成本分别为：

$C_t^M=\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{C}_k^M{\mathrm{\λ}}_k\left(t\right),$

$C_t^F=\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{C}_k^F{\mathrm{\λ}}_k\left(t\right),$

式中，为变电站k类故障的平均维修成本；为变电站k类故障的平均故障成本；λ_k(t)为变电站k类故障率，下标k＝1,2,3分别表示缺陷级故障、失效级故障、事故级故障。

6.根据权利要求2所述的变电站经济运行年限区间评估方法，其特征在于，步骤6)中，社会贴现率r、维修成本故障成本人工材料费用增长率R均采用区间数表示。