CN109978319A - 基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型构建方法 - Google Patents

基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型构建方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型构建方法。包括构造标准化决策矩阵；采用GAHP计算指标权重向量；确定指标加权评价矩阵；根据TOPSIS求出正、负理想方案；计算评价对象与最优方案、最劣方案间的距离；计算评价对象与最优方案的贴近度；应用GAHP‑TOPSIS组合方法计算每个方案的评价值。本发明对于500kV变电站的造价管控具有较强的实际应用价值和坚实的理论依据，有充分的实证支撑，为输变电建设工程的造价管控研究提供参考和借鉴，具有显著的推广意义。适于全国500kV变电站造价管控工作，可快速准确从全寿命周期视角来衡量500kV变电站造价管控。

Description

基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型构建 方法
技术领域
本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型构建方法。
背景技术
随着中央“精准扶贫”工作的不断开展，国家电网有限公司结合自身实践特点，提出了“精准投资”的战略发展目标，通过加强项目管理中的过程控制，将电网工程投资于真正需要的地方，以更好地落实中央“精准扶贫”战略。因此，考虑到传统造价管控方法在输变电工程建设应用上仅重视工程建设期造价管控这一局限性，
现有的500kV变电站造价管控系统并未考虑全寿命周期的理论，因此还属于技术空白。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提出一种基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型构建方法，其目的是为了能够实现以全寿命周期成本理论为基础的造价管控在输变电工程上的应用的发明目的。
为实现上述发明目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型构建方法，包括以下步骤：
(1)构造标准化决策矩阵R＝(rij)n×m(i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，m)；
(2)采用GAHP计算指标权重向量Ws；
(3)确定指标加权评价矩阵其计算公式为：
其中，vij表示备选方案j在指标i上的加权评价结果；R为标准化决策矩阵，rij表示R中第i行第j列元素；为指标加权评价矩阵，vij表示备选方案j在指标i上的加权评价结果，W为指标权重向量；
(4)根据TOPSIS求出正、负理想方案V+和V-，即：
式中：为正理想方案V+中第i个元素，为负理想方案V-中第i个元素，且有i＝1,2,...,n；
(5)计算评价对象与最优方案、最劣方案间的距离，令方案j到正理想方案的距离为到负理想方案的距离为则：
式中：vij为某个评价对象j在第i个指标的加权评价值，为最优指标值，为最劣指标值；
(6)计算评价对象j与最优方案的贴近度δj，其计算公式为：
(7)应用GAHP-TOPSIS组合方法计算每个方案的评价值，根据贴近度对各评价对象进行排序，贴近度越大，说明该方案与最优方案越接近，即表明该方案较优，以此为标准对500kV变电站项目全寿命周期综合效果进行评价及排序。
所述基于LCC理念，对相关关系的变压器进行选型，选用两种不同性能的220kV 变压器，运用设备性能-LCC模型进行设备选型分析分析，验证模型的实用性和有效性；
首先，选取已建成投运的220kV变压器，运用模糊评价模型得到各个变压器的性能；其次，以变压器性能以及相关费用数据作为训练样本集，运用最小二乘法拟合变压器初始投资成本CI和运行维护成本COMF与性能的函数关系，得到相关参数取值；最后，运用模糊评价模型评价备选变压器的性能，将评价结果带入拟合后的性能-LCC模型中，得到各备选变压器的LCC，据此进行设备选型。
所述构建方法具体操作时包括以下步骤：
(1)基于性能-LCC理念相关关系的变压器选型；
(2)基于LCC核算指标体系的变电站经济性评价；
(3)基于综合评价指标体系的变电站建设方案比选。
所述基于性能-LCC理念相关关系的变压器选型包括：
选用两种不同性能的220kV变压器包括：17个220kV变电站的22台220kV变压器，运用模糊评价模型评价各台变压器的性能，将22台220kV变压器性能评价结果和相关的成本数据分别代入公式(21)变电站设备初始投资成本CI和设备性能R：
CI为变电站设备初始投资成本，R为设备性能，RU为设备性能上限，RL为设备性能下限，b为模型待估参数，徐集合具体问题确定；
和(22)：
COMF为运维成本，R为设备性能，RU为设备性能上限，RL为设备性能下限，a，b 为待估参数；
其中RU＝1，RL＝0.2，t＝30；运用最小二乘法拟合，得到模型参数a1＝255.26、 b1＝1.35、a2＝41.55、b2＝1.13；此外，针对220kV变压器，取λ2＝5％，i＝10％， n＝30，因此220kV变压器性能-成本相关关系模型可以写成：
CI为变电站设备初始投资成本，COMF为运维成本，CD为退役处置成本，CLCC为变电站设备LCC，R为设备性能；
在此基础上，运用上述函数关系对相同型号的两个220kV变压器进行LCC决策；
首先对两台变压器的各项性能评价指标进行评价，运用模糊评价模型得到两台变压器的性能评价结果，代入性能-成本相关关系模型，计算得到两台变压器的LCC，据此进行决策；
根据基于模糊评价及性能-成本模型的LCC决策结果，采用变压器A的初始投资成本为518.9947万元，变压器B的初始投资成本为674.5888万元，变压器A显然低于变压器B，如果传统的全过程造价管控理论，如果二者的性能均能满足实际需求，应选择变压器A；但是，变压器A的运维成本为1959.7902万元，变压器B的运维成本为 1535.9484万元，两台变压器的退役处置成本均较小，综合而言，变压器A的全寿命周期成本为2477.2509万元，变压器B为2208.6042万元；看出，变压器B不仅性能上优于变压器A，且全寿命周期成本明显低于A，因此选择变压器B；
根据上述算例分析结果，在进行变电站设备选型时，既需要考虑设备性能因素，还需要考虑设备成本参数，且不同的决策原则下，设备选型结果是不同的，显然基于 LCC的决策结果较传统的全过程造价决策更加科学；尽管本算例是关于220kV变压器的选型，实际上提出的性能-LCC关联关系模型能够进行任一变电站设备的选型决策。
所述基于LCC核算指标体系的变电站经济性评价，包括：
选用500kV变电站，分别计算GIS变电站和AIS变电站的全寿命周期成本，GIS 方案的500kV、220kV配电装置均为户外GIS，AIS方案的500kV、220kV配电装置均为户外AIS；计算中有假定条件：
(1)两种方案的变压器、35kV系统、二次系统没有区别，不纳入比较范围，因此，在计算变电站LCC时只需计算500kV、220kV配电装置部分；
(2)假设GIS和AIS变电站前期准备成本相同，在计算变电站LCC时只计算建设实施成本、运行维护成本和退役处置成本；
(3)根据相关规程和实际运行经验，GIS配电装置的使用寿命为30年，AIS配电装置的使用寿命为20年；不考虑设备到达寿命年限后变电站的技改和更新，假设变电站寿命与其配电装置寿命一致；
(4)所有现值计算，贴现率均取10％。
所述基于LCC核算指标体系的变电站经济性评价，包括：
(1)建设实施成本；
两种方案的建设实施成本有巨大的差别，与AIS设备相比，GIS设备价格昂贵，但是运输成本低，结构便于安装，用地节省，建筑成本也大大低于同等条件下的AIS设备；表明，GIS方案和AIS方案变电站占地面积分别为60亩和115亩，变电站的站区征地综合单价按照14万元/亩；将AIS和GIS设备的价格，及其余各项建设实施费用占设备购置费用的比例数据代入式(27)：
Cjs＝Ceqpt+Cinlt+Cbldg+Cland+Cother (27)
Cjs-建设实施成本，Ceqpt-设备购置费用，Cinlt-工程安装费用，Cbldg-建筑费用，Cland-土地成本，Cother-其他费用；
和式(28)：
P为总现值，Pk为第k年的现值，i是贴现率；
计算，可得GIS方案和AIS方案的建设实施成本现值PC-js；
(2)运行成本；
500kV变电站的损耗约为输入电量的0.5％，只考虑两个方案配电装置不同时，变电站能耗费用基本相同；配电装置不同并不明显影响该站的绿化费用支出；在进行变电站LCC计算时，省略对各方案寿命周期中费用相同阶段的分析和比较，因此不再比较两种方案的运行成本；
(3)检修维护成本；
变电站检修维护主要分为解体检修、定期预防性检修和日常巡视检查；GIS变电站解体检修周期为20年，定期检修周期为4年；AIS变电站解体检修周期为15年，定期检修周期为4年；根据解体检修和定期检修费用，GIS变电站和AIS变电站日常巡视检查费用Cinspm分别为2万元/年、3万元/年；
500kV变电站主接线共有15个间隔，15台断路器，30台隔离开关，30台电流互感器和2台电压互感器；220kV主接线共有13个间隔，13台断路器，26台隔离开关， 26台电流互感器以及2台电压互感器；得到两种检修维护成本现值；
(4)故障成本；
第一：故障检修费用；
统计表明，GIS设备事故率只有常规设备的16.6％-40％；根据国家电网和华东电网的输变电设备5年平均可靠性统计资料得到的500kV和220kV两种开关设备可靠性数据，间隔故障率λ、平均修复成本RC和平均修复时间MTTR；
将上述数据代入式(29)：
Ctroub＝λ·n·RC·MTTR (29)
λ间隔故障率、RC平均修复成本，MTTR平均修复时间，n为断路器或间隔数；
可得：GIS方案年平均故障检修费用Ctroub，AIS方案年平均故障检修费用Ctroub；由式(28)可得：两种方案的故障检修费用现值；
第二：故障损失费用；
故障损失费用考虑500kV主接线2/3接线方式的可靠性，计算变电站故障损失成本；采用2/3接线的500kV变电站供电可靠性高达99.96％，年平均停电时间约为0.05h；综合间隔故障率和平均修复时间数据，两种方案的年平均停电时间分别为0.001h和 0.05h；变电站年平均中断供电负荷取1500MVA，电费平均收益为0.1元/kWh，每度电所创造的GDP值为9.1元/kWh；由式(31)计算可得GIS方案年平均故障损失费用， AIS方案年平均故障损失费用；由式(28)可得两种方案的故障损失费用现值；由式(30)
CF＝Ctroub+Clos (30)
Ctroub-故障检修费用，Clos-故障损失费用
Clos＝W·T·(a1+a2) (31)
W-年平均中断供电负荷，T-年平均停电时间，a1-电费的平均收益，a2-每度电所创造的GDP值；
可得两种方案的故障成本现值；
(5)退役处置成本：
第一：设备退役处理费用Cdisp；
变电站的设备退役处理费用Cdisp包括建筑清理费CDbldg和机电设备清理费CDeqpt两部分，分别由以下两式计算：
CDbldg＝Rb×Cbldg (32)
CDeqpt＝Re×Ceqpt (33)
式中：Rb-建筑工程清理费率，Re-机电设备清理费率；可得，GIS方案的建筑清理费CDbldg，机电设备清理费CDeqpt；AIS方案的建筑清理费CDbldg，机电设备清理费CDeqpt；
第二：设备退役残值Crevle；
变电站设备退役残值Crevle采用固定资产残值率计算，即：
Crevle＝Rr×Ceqpt (34)
式中：Rr-设备残值率；对于机电设备残值率通常取为设备购置费的5％，由上式可得两种方案的设备退役残值Crevle；
由公式(35)和公式(28)，可得两种方案的退役处置成本现值PCD；
CD＝Cdisp-Crevle (35)
式中：Cdisp-设备退役处理费用，Crevle-设备退役残值；
(6)基于LCC的方案经济性评价；
两种方案变电站寿命周期内各成本现值如表10所示，将表中数据代入式(36)：
CLCC＝Cbz+Cjs+CO+CM+CF+CD (36)
式中：CLCC-全寿命周期成本，Cbz-前期准备成本，Cjs-建设实施成本，CO-运行成本，CM-检修维护成本，CF-故障成本，CD-退役处置成本；
可得：两种方案的LCC现值，再由式(37)：
A为等年值，P为现值，i为折现率，m为年数；
计算得到：两种方案的LCC等年值ALCC；比较两种方案LCC等年值，GIS方案要比 AIS方案每年都多投入，占GIS变电站等年值的5.46％；从经济性考虑，AIS变电站稍优于GIS变电站，然而综合考虑GIS变电站较低的故障率和维护的方便性，GIS变电站在供电可靠性要求较高地区更值得推荐。
所述基于LCC核算指标体系的变电站经济性评价，包括：
(1)建设实施成本；
两种方案的建设实施成本有巨大的差别，与AIS设备相比，GIS设备价格昂贵，但是运输成本低，结构便于安装，用地节省，建筑成本也大大低于同等条件下的AIS设备；表明，GIS方案和AIS方案变电站占地面积分别为60亩和115亩，变电站的站区征地综合单价按照14万元/亩；将AIS和GIS设备的价格，及其余各项建设实施费用占设备购置费用的比例数据代入式(27)：
Cjs＝Ceqpt+Cinlt+Cbldg+Cland+Cother (27)
Cjs-建设实施成本，Ceqpt-设备购置费用，Cinlt-工程安装费用，Cbldg-建筑费用，Cland-土地成本，Cother-其他费用；
和式(28)：
P为总现值，Pk为第k年的现值，i是贴现率；
计算，可得GIS方案和AIS方案的建设实施成本现值PC-js分别为16330.4万元和12460万元；
(2)运行成本；
500kV变电站的损耗约为输入电量的0.5％，只考虑两个方案配电装置不同时，变电站能耗费用基本相同；配电装置不同并不明显影响该站的绿化费用支出；在进行变电站LCC计算时，省略对各方案寿命周期中费用相同阶段的分析和比较，因此不再比较两种方案的运行成本；
(3)检修维护成本：
变电站检修维护主要分为解体检修、定期预防性检修和日常巡视检查；GIS变电站解体检修周期为20年，定期检修周期为4年；AIS变电站解体检修周期为15年，定期检修周期为4年；根据解体检修和定期检修费用，GIS变电站和AIS变电站日常巡视检查费用Cinspm分别为2万元/年、3万元/年；
500kV变电站主接线共有15个间隔，15台断路器，30台隔离开关，30台电流互感器和2台电压互感器；220kV主接线共有13个间隔，13台断路器，26台隔离开关， 26台电流互感器以及2台电压互感器；得到两种检修维护成本现值；
(4)故障成本：
第一：故障检修费用；
统计表明，GIS设备事故率只有常规设备的16.6％-40％；根据国家电网和华东电网的输变电设备5年平均可靠性统计资料得到的500kV和220kV两种开关设备可靠性数据，间隔故障率λ、平均修复成本RC和平均修复时间MTTR；
将上述数据代入式(29)：
Ctroub＝λ·n·RC·MTTR (29)
λ间隔故障率、RC平均修复成本，MTTR平均修复时间，n为断路器或间隔数；
可得：GIS方案年平均故障检修费用Ctroub为8万元，AIS方案年平均故障检修费用Ctroub为77.8万元；由式(28)可得：两种方案的故障检修费用现值分别为83万元和 728.4万元；
第一：故障损失费用；
故障损失费用考虑500kV主接线2/3接线方式的可靠性，计算变电站故障损失成本；采用2/3接线的500kV变电站供电可靠性高达99.96％，年平均停电时间约为0.05h；综合间隔故障率和平均修复时间数据，两种方案的年平均停电时间分别为0.001h和 0.05h；变电站年平均中断供电负荷取1500MVA，电费平均收益为0.1元/kWh，每度电所创造的GDP值为9.1元/kWh；由式(31)计算可得GIS方案年平均故障损失费用为 1.38万元，AIS方案年平均故障损失费用为69万元；由式(28)可得两种方案的故障损失费用现值分别为13.0万元和587.4万元；由式(30)
CF＝Ctroub+Clos (30)
Ctroub-故障检修费用，Clos-故障损失费用
Clos＝W·T·(a1+a2) (31)
W-年平均中断供电负荷，T-年平均停电时间，a1-电费的平均收益，a2-每度电所创造的GDP值；
可得两种方案的故障成本现值分别为96万元和1312.8万元；
(5)退役处置成本；
第一：设备退役处理费用Cdisp；
变电站的设备退役处理费用Cdisp包括建筑清理费CDbldg和机电设备清理费CDeqpt两部分，分别由以下两式计算：
CDbldg＝Rb×Cbldg (32)
CDeqpt＝Re×Ceqpt (33)
式中：Rb-建筑工程清理费率，Re-机电设备清理费率；根据《电力建设工程造价手册》和《电网工程建设预算编制与计算标准使用指南》，建筑工程的清理费率为 20％，机电设备清理费率为32％；因此，GIS方案的建筑清理费CDbldg为27.2万元，机电设备清理费CDeqpt为4348.8万元；AIS方案的建筑清理费CDbldg为151.2万元，机电设备清理费CDeqpt为2419.2万元；
第二：设备退役残值Crevle；
变电站设备退役残值Crevle采用固定资产残值率计算，即：
Crevle＝Rr×Ceqpt (34)
式中：Rr-设备残值率；对于机电设备残值率通常取为设备购置费的5％，由上式可得两种方案的设备退役残值Crevle分别为679.5万元和378万元；
由公式(35)和公式(28)，可得两种方案的退役处置成本现值PCD分别为211.8 万元和325.9万元；
CD＝Cdisp-Crevle (35)
式中：Cdisp-设备退役处理费用，Crevle-设备退役残值；
(6)基于LCC的方案经济性评价；
两种方案变电站寿命周期内各成本现值如表10所示，将表中数据代入式(36)：
CLCC＝Cbz+Cjs+CO+CM+CF+CD (36)
式中：CLCC-全寿命周期成本，Cbz-前期准备成本，Cjs-建设实施成本，CO-运行成本，CM-检修维护成本，CF-故障成本，CD-退役处置成本；
可得：两种方案的LCC现值分别为16724.3万元和14259.6万元，再由式(37)：
A为等年值，P为现值，i为折现率，m为年数；
计算得到：两种方案的LCC等年值ALCC分别为1774.1万元和1674.9万元；比较两种方案LCC等年值，GIS方案要比AIS方案每年都多投入96.8万元，占GIS变电站等年值的5.46％；从经济性考虑，AIS变电站稍优于GIS变电站，然而综合考虑GIS变电站较低的故障率和维护的方便性，GIS变电站在供电可靠性要求较高地区更值得推荐。
所述基于综合评价指标体系的变电站建设方案比选，包括：
运用所构建的基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型，对5个已建成的500kV变电站项目进行综合评价，评价结果有助于分析各个项目的优劣，为后续500kV变电站项目建设提供参考借鉴；
(1)待评价项目概况；
选取待评价的5个500kV变电站；
(2)指标取值；
根据基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价指标体系，对于定性指标，确定各个待评价项目的指标取值，对于定量指标，取各个待评价项目的实际值，得到各个项目的指标取值；
(3)权重确定；
采用考虑残缺判断的群决策层次分析法GAHP求解指标权重，首先分别给出各自关于指标重要性的判断结果，进而运用本发明提出的方法，将多个判断矩阵进行综合，得到最终的权重结果；
(4)综合评价结果；
将权重结果的数据代入公式(17)-公式(20)，计算得到各个待评价方案的贴近度；
根据上述结果，5个项目中，项目3贴近度最大，表明项目3的综合效果最优，项目2次之，项目4最差。
所述基于综合评价指标体系的变电站建设方案比选，包括：运用所构建的基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型，对5个已建成的500kV变电站项目进行综合评价:
(1)待评价项目概况；
选取待评价的5个500kV变电站建设项目分别是：项目1、项目2、项目3、项目 4、项目5；
(2)指标取值；
根据基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价指标体系，对于定性指标，采用打分法确定各个待评价项目的指标取值，对于定量指标，取各个待评价项目的实际值，得到各个项目的指标取值；
(3)权重确定；
采用考虑残缺判断的群决策层次分析法GAHP求解指标权重，分别给出各自关于指标重要性的判断结果，进而将判断矩阵进行综合，得到最终的权重结果；
(4)综合评价结果；
将得到的数据代入公式(17)-公式(20)，计算得到各个待评价方案的贴近度， S+为方案j到正理想方案的距离，S-为方案j到负理想方案的距离，δj为评价对象j 与最优方案的贴近度；
根据上述结果5个项目中，项目3贴近度最大，表明项目3的综合效果最优，项目2次之，项目4最差。
本发明的优点及有益效果包括：
本发明以全寿命周期成本(Life Cycle Costs，LCC)理论为基础，结合传统的造价管控理论及国网现有基建项目造价管控相关成果，分析LCC理念在500kV变电站造价管控应用中的必要性和可行性，进而研究基于LCC理念的500kV变电站造价管控完善路径，构建基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型，以期为国网公司“精准投资”战略提供理论支撑和实证样本。
基于LCC理论的造价管控在输变电工程上的应用不仅反映出电网公司在成本控制方面的整体性，同时也是电网公司“精准投资”战略的重要体现。本发明充分考虑了当前500kV变电站造价管控模式的特征，所设计的500kV变电站造价管控完善路径和所构建的辅助评价系统模型及其在蒙东地区的应用，对于500kV变电站的造价管控具有较强的实际应用价值。同时，本发明既有坚实的理论依据又有充分的实证支撑，能够为其他地区开展类似的输变电建设工程的造价管控研究提供参考和借鉴，具有显著的推广意义。适用于全国500kV变电站造价管控工作，可以快速准确的从全寿命周期视角来衡量500kV变电站造价管控。
附图说明
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
图1是本发明500kV变电站典型设计主接线。
具体实施方式
本发明是一种基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型构建方法，如图1所示，本发明包括以下步骤：
一.基于GAHP的指标赋权方法。
1.传统AHP方法：
(1)AHP方法基本原理。
层次分析法(AHP)最初是由美国匹兹堡大学T.L Saaty教授在二十世纪七十年代初提出的旨在对多目标进行决策分析的一种方法，可以对非定量化问题进行定量化分析，将经验判断客观化，有效降低定性问题中的主观性因素。层次分析法具有严谨的数学逻辑，在解决实际问题时运用数学方法将分析、判断、决策等过程定量化，保证了方案的客观性和规范性。层次分析法广泛应用于计划经济及管理、行为科学、军事、农业、教育、医疗、环保等诸多领域。此外，根据层次分析法的基本原理，也有学者将其用于求取权重系数，之后采用其他方法进行评价决策。
(2)AHP法主要步骤。
基于层次分析法的基本原理，本发明在运用层次分析法求取评价指标体系的权重系数：
判断矩阵表示层次结构模型中，针对上一层次某元素来说，本层次有关元素之间相对重要性的比较。假定上层中元素Rk与下一层A1，A2，…，Ak有联系，相对于Rk，A1， A2，…，Ak的重要性程度分别为w1，w2，…，wk，假设重要性程度之和为1，构造的判断矩阵形式为：
公式(1)中：矩阵A中，aij为元素i和元素j相对于上层元素来讲的重要性比较的结果，且有aij＞0，aii＝1，aji＝1/aij，i，j＝1，2，3...n，aij表示矩阵A第i行第j列元素，wi表示下层Ai相对于上层元素Rk的重要性程度
目前大多数学者用于构造判断矩阵的标度为Satty提出的1-9级标度方法，判断结果的赋值规则如表1所示。
由矩阵理论可知，若矩阵满足一致性，则矩阵的最大特征值所对应的特征向量即为该矩阵中各元素的权重系数，这也是利用判断矩阵求取权重系数的理论依据。为了测定所构造的判断矩阵的可接受程度，需要对判断矩阵进行一致性检验。设λmax为正互反矩阵(判断矩阵)A＝[aij]n×n的最大特征值，则必有λmax≥n，且仅当矩阵A满足一致性时等号成立。定义一致性指标为：
公式(2)中：CI为一致性指标，λi为正互反矩阵A的特征值，λmax为正互反矩阵 (判断矩阵)A的最大特征值，n为矩阵的维度。
当CI＝0时，A完全满足一致性要求，相反，CI值越大，则表明A的一致性程度越低。在对不同阶数的判断矩阵进行一致性检验时，为了获得一个统一的可接受的一致性水平临界值，需要在一致性指标CI的基础上进行完善。基于此，定义平均随机一致性指标RI，表2给出了样本容量为1000的3-10阶随机正互反矩阵的平均随机一致性指标RI值。
根据Satty的研究，将一致性指标CI和平均随机一致性指标RI的比值称为一致性比率(记为CR)，并以此作为一致性检验判别式，即：
CR＝CI/RI (3)；
公式(3)中：CI为一致性指标，RI为平均随机一致性指标，CR为一致性比率。
若计算得到的判断矩阵CR＜0.1，则认为判断矩阵具有满意的一致性，否则需要对判断矩阵进行调整，直到判断矩阵通过一致性检验为止。
通常来讲，构造完全满足一致性要求的判断矩阵是困难的，但若所构造的判断矩阵的不一致性程度在可接受范围内，也即通过一致性检验，则根据一致性矩阵的相关性质，可以采用下面两种简单的方法求取判断矩阵的权重向量：
和法：对判断矩阵A每行的各元素求和，有：
公式(4)中：aij表示判断矩阵A中第i行第j列元素，表示第i行元素之和。
再对所求的各行元素之和进行规范化处理，得到：
公式(5)中：表示第i行元素之和，表示第i行元素的和除以总元素和。
即为所求取的权重向量，也即评价指标体系的权重系数。
根法：对判断矩阵A每行的各元素求几何平均值，有：
公式(6)中：aij表示判断矩阵A中第i行第j列元素，表示第i行元素之积的n次方根，即几何平均值。
再对所求的各行元素几何平均值进行规范化处理，得到：
公式(7)中：表示第i行元素之积的n次方根，即几何平均值，表示第i 行元素的几何平均值除以所有行几何平均值之和。
即为所求取的权重向量，也即评价指标体系的权重系数。
2.AHP的残缺判断。
残缺判断是指对于判断矩阵中某些非对角元素，由于经验、知识等的限制，专家无法给出准确的判断结果，因此没有在判断矩阵中填写，造成判断矩阵的残缺。对于基于这类判断矩阵的权重求解问题，即为残缺判断情形权重问题。对于n阶残缺判断矩阵A，引入A的指示矩阵Δ＝[δij]n×n，定义：
上式中：δij为n阶残缺判断矩阵A的指示矩阵第i行第j列元素；
残缺判断情形权重求解的基本思想是使得已填写的判断矩阵中的元素与实际权重结果之间的差距最小，即：
令bij＝lnaij，则式(9)可写作：
对式(10)求解，即令相当于求解下述正规方程组：
求得xi(i＝1，2，…，n)的值之后，各个指标的权重结果为：
3.考虑残缺判断的GAHP方法。
群判断是指有L(L>1)位专家，同时或各自独立地对各项评价指标间关于某目标的相对重要程度，给出两两比较判断，从而构成L个判断矩阵，再由这L个判断矩阵计算出各元素排序权重的过程。同样地，群判断过程中也可能出现判断矩阵残缺的情形，这样就构成了群残缺判断情形。对于群残缺判断情形，参考残缺判断情形，引入第k(k＝1，2，…，L)个判断矩阵的指示矩阵Δk＝[δk，ij]n×n，定义：
类似地，设bk，ij＝lnak，i，j，则群残缺判断情形下的权重求解原理式为：
令求解下述正规方程组：
求得xi(i＝1，2，…，n)的值之后，各个指标的权重结果为：
二.基于TOPSIS的综合评价方法。
根据500kV变电站全寿命周期经济性评价的特点，本发明选取TOPSIS方法作为综合评价方法。考虑到本发明所构建的指标体系间存在较为复杂的相互关联关系，且具有定量和定性指标，因此，本项目提出了基于GAHP-TOPSIS的500kV变电站全寿命周期经济性评价及排序模型，运用GAHP方法确定权重，并与TOPSIS相结合，以达到减少权重误差、提高计算精度的目的。具体步骤如下：
(1)构造标准化决策矩阵R＝(rij)n×m(i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，m)。
(2)采用GAHP计算指标权重向量Ws。
(3)确定指标加权评价矩阵其计算公式为：
其中，vij表示备选方案j在指标i上的加权评价结果。R为标准化决策矩阵，rij表示R中第i行第j列元素。为指标加权评价矩阵，vij表示备选方案j在指标i上的加权评价结果，W为指标权重向量；
(4)根据TOPSIS求出正、负理想方案V+和V-，即：
式中：为正理想方案V+中第i个元素，为负理想方案V-中第 i个元素，且有i＝1,2,...,n。
(5)计算评价对象与最优方案、最劣方案间的距离。令方案j到正理想方案的距离为到负理想方案的距离为则：
式中：vij为某个评价对象j在第i个指标的加权评价值，为最优指标值，为最劣指标值。
(6)计算评价对象j与最优方案的贴近度δj，其计算公式为：
(7)应用GAHP-TOPSIS组合方法计算每个方案的评价值，根据贴近度对各评价对象进行排序，贴近度越大，说明该方案与最优方案越接近，即表明该方案相对来说较优，以此为标准对500kV变电站项目全寿命周期综合效果进行评价及排序。
三.算例分析。
1.基于性能-LCC理念相关关系的变压器选型。
以两种不同性能的220kV变压器为例，运用设备性能-LCC模型进行设备选型分析分析，验证模型的实用性和有效性。首先，选取已建成投运的220kV变压器，运用模糊评价模型得到各个变压器的性能；其次，以变压器性能以及相关费用数据作为训练样本集，运用最小二乘法拟合变压器初始投资成本CI和运行维护成本COMF与性能的函数关系，得到相关参数取值；最后，运用模糊评价模型评价备选变压器的性能，将评价结果带入拟合后的性能-LCC模型中，得到各备选变压器的LCC，据此进行设备选型。
本小节算例选取我国2013-2016年完成竣工决算的17个220kV变电站的22台220kV变压器，运用模糊评价模型评价各台变压器的性能，22台220kV变压器性能评价结果和相关的成本数据如表3所示，其中，变压器成本数据来自于中电联。
将上述数据分别代入公式(21)变电站设备初始投资成本CI和设备性能R
CI为变电站设备初始投资成本，R为设备性能，RU为设备性能上限，RL为设备性能下限，b为模型待估参数，徐集合具体问题确定。
和(22)，
COMF为运维成本，R为设备性能，RU为设备性能上限，RL为设备性能下限，a，b 为待估参数
其中RU＝1，RL＝0.2，t＝30。运用最小二乘法拟合，得到模型参数a1＝255.26、 b1＝1.35、a2＝41.55、b2＝1.13。此外，针对220kV变压器，取λ2＝5％，i＝10％， n＝30，因此220kV变压器性能-成本相关关系模型可以写成：
CI为变电站设备初始投资成本，COMF为运维成本，CD为退役处置成本，CLCC为变电站设备LCC，R为设备性能
在此基础上，运用上述函数关系对相同型号的两个220kV变压器进行LCC决策。变压器A是国产变压器，变压器B是进口变压器，两台变压器的技术参数如表4所示。
首先邀请专家对两台变压器的各项性能评价指标进行评价，运用模糊评价模型得到两台变压器的性能评价结果，代入性能-成本相关关系模型，计算得到两台变压器的 LCC如表5所示，据此进行决策。
根据表5，采用变压器A的初始投资成本为518.9947万元，变压器B的初始投资成本为674.5888万元，变压器A显然低于变压器B，如果传统的全过程造价管控理论，如果二者的性能均能满足实际需求，应选择变压器A。但是，变压器A的运维成本为 1959.7902万元，变压器B的运维成本为1535.9484万元，两台变压器的退役处置成本均较小，综合而言，变压器A的全寿命周期成本为2477.2509万元，变压器B为2208.6042 万元。可以看出，变压器B不仅性能上优于变压器A，且全寿命周期成本明显低于A，因此应选择变压器B。
根据上述算例分析结果，在进行变电站设备选型时，既需要考虑设备性能因素，还需要考虑设备成本参数，且不同的决策原则下，设备选型结果是不同的，显然基于 LCC的决策结果较传统的全过程造价决策更加科学。尽管本算例是关于220kV变压器的选型，实际上本项目提出的性能-LCC关联关系模型可以进行任一变电站设备的选型决策，因而具有广泛的实际应用价值。需要注意的是，本章提出的基于性能-LCC关联关系模型的设备选型决策只是一种粗略的选型决策方法，对实际设备选型可以起到参考辅助的作用，要进行准确的LCC决策，应根据具体决策对象，具体核算其LCC，并根据核算结果进行决策。
2.基于LCC核算指标体系的变电站经济性评价。
以500kV变电站为例，分别计算GIS变电站和AIS变电站的全寿命周期成本。500kV变电站典型设计的主接线如图1所示。GIS方案的500kV、220kV配电装置均为户外GIS， AIS方案的500kV、220kV配电装置均为户外AIS。计算中有如图1中的假定条件，图1 是500kV变电站典型设计主接线。
(1)两种方案的变压器、35kV系统、二次系统没有区别，可以不纳入比较范围，因此，本算例在计算变电站LCC时只需计算500kV、220kV配电装置部分。
(2)假设GIS和AIS变电站前期准备成本相同，因此本算例在计算变电站LCC时只需计算建设实施成本、运行维护成本和退役处置成本。
(3)根据相关规程和实际运行经验，GIS配电装置的使用寿命为30年，AIS配电装置的使用寿命为20年。不考虑设备到达寿命年限后变电站的技改和更新，本算例假设变电站寿命与其配电装置寿命一致。
(4)算例中所有现值计算，贴现率均取10％。
2.1建设实施成本。
两种方案的建设实施成本有巨大的差别，与AIS设备相比，GIS设备价格昂贵，但是运输成本低，结构便于安装，用地节省，建筑成本也大大低于同等条件下的AIS设备。经验表明，GIS方案和AIS方案变电站占地面积分别为60亩和115亩，变电站的站区征地综合单价按照14万元/亩。AIS和GIS设备的价格如表6所示，其余各项建设实施费用占设备购置费用的比例如表6和表6-1所示，数据来源于电力规划设计总院公布的《电网工程限额设计控制指标(2010年水平)》。
将以上数据代入式(27)：
Cjs＝Ceqpt+Cinlt+Cbldg+Cland+Cother (27)
Cjs-建设实施成本，Ceqpt-设备购置费用，Cinlt-工程安装费用，Cbldg-建筑费用，Cland-土地成本，Cother-其他费用
和式(28)：
P为总现值，Pk为第k年的现值，i是贴现率。
计算，可得GIS方案和AIS方案的建设实施成本现值PC-js分别为16330.4万元和12460万元。
2.2运行成本。
500kV变电站的损耗约为输入电量的0.5％，只考虑两个方案配电装置不同时，变电站能耗费用基本相同。《国家电网公司电网检修运维和运营管理成本标准(试行)》 (后文简称《标准》)对绿化费做出明确解释，是指为生产、办公等公共场所环境绿化、绿地维护等发生的成本支出。该项费用以站为单位，一个500kV变电站的绿化费用为2万元/(座·年)，配电装置不同并不明显影响该站的绿化费用支出。在进行变电站LCC计算时，可以省略对各方案寿命周期中费用相同阶段的分析和比较，因此本算例不再比较两种方案的运行成本。
2.3检修维护成本。
变电站检修维护主要分为解体检修、定期预防性检修和日常巡视检查。GIS变电站解体检修周期为20年，定期检修周期为4年；AIS变电站解体检修周期为15年，定期检修周期为4年。根据《标准》，解体检修和定期检修费用如表7所示。GIS变电站和 AIS变电站日常巡视检查费用Cinspm分别为2万元/年、3万元/年。
500kV变电站典型设计主接线如图1所示，变电站500kV主接线共有15个间隔， 15台断路器，30台隔离开关，30台电流互感器和2台电压互感器；220kV主接线共有 13个间隔，13台断路器，26台隔离开关，26台电流互感器以及2台电压互感器。具体计算结果如表8所示。
2.4故障成本。
(1)故障检修费用。
统计表明，GIS设备事故率只有常规设备的16.6％-40％。根据国家电网和华东电网的输变电设备5年平均可靠性统计资料得到的500kV和220kV两种开关设备可靠性数据，间隔故障率λ、平均修复成本RC和平均修复时间MTTR，如表9所示。
将表9中数据代入式(29)：
Ctroub＝λ·n·RC·MTTR (29)
λ间隔故障率、RC平均修复成本，MTTR平均修复时间，n为断路器或间隔数。
可得：GIS方案年平均故障检修费用Ctroub为8万元，AIS方案年平均故障检修费用Ctroub为77.8万元。由式(28)可得：两种方案的故障检修费用现值分别为83万元和 728.4万元。
(2)故障损失费用。
故障损失费用考虑500kV主接线2/3接线方式的可靠性，本算例计算变电站故障损失成本。根据相关文献计算结果，采用2/3接线的500kV变电站供电可靠性高达 99.96％，年平均停电时间约为0.05h。综合间隔故障率和平均修复时间数据，两种方案的年平均停电时间分别为0.001h和0.05h。变电站年平均中断供电负荷取1500MVA，电费平均收益为0.1元/kWh，每度电所创造的GDP值为9.1元/kWh(为浙江省某市每度电所创造的GDP值，不同地区可能存在差异)。由式(31)计算可得GIS方案年平均故障损失费用为1.38万元，AIS方案年平均故障损失费用为69万元。由式(28)可得两种方案的故障损失费用现值分别为13.0万元和587.4万元。由式(30)
CF＝Ctroub+Clos (30)
Ctroub-故障检修费用，Clos-故障损失费用
Clos＝W·T·(a1+a2) (31)
W-年平均中断供电负荷，T-年平均停电时间，a1-电费的平均收益，a2-每度电所创造的GDP值。
可得两种方案的故障成本现值分别为96万元和1312.8万元。
2.5退役处置成本。
(1)设备退役处理费用Cdisp。
变电站的设备退役处理费用Cdisp包括建筑清理费CDbldg和机电设备清理费CDeqpt两部分，可分别由以下两式计算：
CDbldg＝Rb×Cbldg (32)
CDeqpt＝Re×Ceqpt (33)
式中：Rb-建筑工程清理费率，Re-机电设备清理费率。根据《电力建设工程造价手册》和《电网工程建设预算编制与计算标准使用指南》，建筑工程的清理费率为 20％，机电设备清理费率为32％。因此，GIS方案的建筑清理费CDbldg为27.2万元，机电设备清理费CDeqpt为4348.8万元；AIS方案的建筑清理费CDbldg为151.2万元，机电设备清理费CDeqpt为2419.2万元。
(2)设备退役残值Crevle；
变电站设备退役残值Crevle采用固定资产残值率计算，即：
Crevle＝Rr×Ceqpt (34)
式中：Rr-设备残值率。对于机电设备残值率通常取为设备购置费的5％，由上式可得两种方案的设备退役残值Crevle分别为679.5万元和378万元。
由公式(35)和公式(28)，可得两种方案的退役处置成本现值PCD分别为211.8 万元和325.9万元。
CD＝Cdisp-Crevle (35)
式中：Cdisp-设备退役处理费用，Crevle-设备退役残值。
2.6基于LCC的方案经济性评价。
两种方案变电站寿命周期内各成本现值如表10所示，将表中数据代入式(36)：
CLCC＝Cbz+Cjs+CO+CM+CF+CD (36)
式中：CLCC-全寿命周期成本，Cbz-前期准备成本，Cjs-建设实施成本，CO-运行成本，CM-检修维护成本，CF-故障成本，CD-退役处置成本。
可得：两种方案的LCC现值分别为16724.3万元和14259.6万元，再由式(37)：
A为等年值，P为现值，i为折现率，m为年数。
计算得到：两种方案的LCC等年值分别为1774.1万元和1674.9万元。比较两种方案LCC等年值，GIS方案要比AIS方案每年都多投入96.8万元，占GIS变电站等年值的5.46％。从经济性考虑，AIS变电站稍优于GIS变电站，然而综合考虑GIS变电站较低的故障率和维护的方便性，GIS变电站在供电可靠性要求较高地区更值得推荐。
3.基于综合评价指标体系的变电站建设方案比选。
本小节运用所构建的基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型，对5个已建成的500kV变电站项目进行综合评价，评价结果有助于分析各个项目的优劣，为后续500kV变电站项目建设提供参考借鉴。
(1)待评价项目概况。
本算例待评价的5个500kV变电站建设项目分别是：山东海口(黄河)500kV变电站(项目1)、山东高青500kV变电站(项目2)、山西桐乡500kV变电站(项目3)、山西平成500kV变电站(项目4)、山西福瑞500kV变电站(项目5)，各个变电站的基本情况如表11所示。
(2)指标取值。
根据表12中的基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价指标体系，对于定性指标，采用专家打分法确定各个待评价项目的指标取值，对于定量指标，取各个待评价项目的实际值，得到各个项目的指标取值如表13所示。
(3)权重确定。
本算例采用考虑残缺判断的群决策层次分析法(GAHP)求解指标权重，首先邀请多个专家分别给出各自关于指标重要性的判断结果，进而运用本发明提出的方法，将多个专家的判断矩阵进行综合，得到最终的权重结果。本算例得到所有指标的权重结果如表14所示。
(4)综合评价结果。
将表13和表14中的数据代入公式(17)-公式(20)，可以计算得到各个待评价方案的贴近度，如表15所示。
根据表15,5个项目中，项目3贴近度最大，表明项目3的综合效果最优，项目2 次之，项目4最差。
表1.判断矩阵赋值规则表。
赋值规则 含义
1 与比较，同样重要
3 比稍微重要
5 比明显重要
7 比强烈重要
9 比极端重要
2、4、6、8 介于上述相邻判断的中间值
倒数 与相比的结果
表2.样本容量为1000的3-10阶正互反矩阵RI值。
阶数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
RI 0 0 0.51 0.89 1.12 1.25 1.35 1.42 1.46 1.49
表3. 22台220kV变压器性能及成本数据
序号 性能R CI C<sub>OMF</sub>
1 0.6963 1021.74 1124.68
2 0.6895 829.77 1214.78
3 0.7467 1341.91 863.42
4 0.6255 573.46 1744.89
5 0.6579 708.30 1276.64
6 0.4989 523.36 1967.57
7 0.6088 605.83 1896.03
8 0.5454 748.44 1553.27
9 0.7381 1133.71 882.44
10 0.7667 1332.18 796.17
11 0.7809 1677.76 693.68
12 0.8222 2346.01 534.10
13 0.7629 1514.87 834.71
14 0.5745 452.35 2302.93
15 0.6019 552.57 1768.61
16 0.5378 358.61 2567.43
17 0.6653 846.85 1271.88
18 0.6403 693.33 1451.83
19 0.5885 488.56 2211.18
20 0.7778 1684.53 649.22
21 0.7379 1206.07 978.04
22 0.6169 582.98 1872.41
注：CI和COMF均为按照10％贴现率折现后的现值，单位为万元。
表4.备选220kV变压器相关数据
变压器 A B
厂家类型 国产 进口
额定容量(MVA) 240 240
寿命(年) 30 30
报价(万元) 475.25 589.61
空载损耗(kW) 34.57 25.24
负载损耗(kW) 241.62 215.09
辅助损耗(kW) 0 6.55
总重量(t) 164.405 171.215
事故率(次/台·年) 0.01857 0.00514
故障率(次/台·年) 0.00624 0.00514
注：部分数据来源于同类变压器历史运行情况。
表5.基于模糊评价及性能-成本模型的LCC决策结果
变压器 A B
性能R 0.5947 0.6415
(万元) 518.9477 674.5888
(万元) 1959.7902 1535.9484
(万元) -1.4870 -1.9330
(万元) 2477.2509 2208.6042
表6.GIS和AIS设备的价格
GIS AIS
550kV 2250万元/完整串 400万元/间隔
220kV 180万元/间隔 120万元/间隔
表6-1.建设实施阶段费用构成比例
GIS AIS
500kV 220kV 500kV 220kV
100％ 100％ 100％ 100％
10％ 10％ 25％ 25％
1％ 1％ 10％ 10％
15％ 15％ 25％ 25％
表7.解体检修和定期检修费用标准
表8.两种方案的检修维护成本
注：Cdm-解体检修费用，Cgenm-定期预防性检修费用，Cinspm-日常巡视检查费用，PCM-检修维护成本现值。
表9.GIS和AIS可靠性数据
表10.两种方案的LCC计算结果(单位：万元)
GIS方案 AIS方案
P<sub>C-js</sub> 16330.4 12460.0
P<sub>CM</sub> 86.1 181.1
P<sub>CF</sub> 96.0 1312.8
P<sub>CD</sub> 211.8 325.9
P<sub>LCC</sub> 16724.3 14279.8
A<sub>LCC</sub> 1774.1 1677.3
注：PC-js建设实施成本现值，PCM-检修维护成本现值，PCF-故障成本现值，PCD-退役处置成本现值。PLCC变电站LCC现值，ALCC变电站LCC等年值。
表11. 5个待评价500kV变电站项目基本情况
项目1 项目2 项目3 项目4 项目5
主变容量 2*1000MW 2*1902MW 1*1002MW 2*1002MW 2*1000MW
工程分类 优化网架结构 满足新增负荷需要 解决设备重载过载 服务新能源 优化网架结构
建设期 4年 3年 2年 2年 1年
竣工时间 2015-8-18 2016-4-25 2015-9-30 2014-12-24 2013-06-30
决算投资 35836.73万元 25248万元 24594.81万元 33853.65万元 33165万元
表12考虑LCC的500kV变电站项目建设效果综合评价指标体系
表13. 5个待评价500kV变电站项目指标取值
三级指标 项目1 项目2 项目3 项目4 项目5
综合电压合格率 99.63％ 99.74％ 99.28％ 99.33％ 99.54％
供电可靠率 98.53％ 98.79％ 98.40％ 98.25％ 99.24％
变电容载比 1.75 1.83 1.72 1.66 1.78
电气设计合理性 9.3 9.6 8.9 9.7 9.2
土建设计合理性 9.6 9.1 9.4 9.1 9.3
水工及消防设计合理性 9.3 9.4 9.7 9.6 9.4
变电站选址的合理性 9.2 9.2 9.5 9.3 9.6
财务内部收益率 8.04％ 2.69％ 8.82％ 6％ 27.63％
投资财务净现值 9157.12 -23906.58 6001.006 0 3763.63
投资回收期 13.85 18.04 12.82 13.48 5.16
资本金利润率 22.37％ 8.21％ 17.33％ 9.08％ 29.87
前期准备成本 235 247 237 256 240
建设实施成本 35600 25000 24220 33600 32980
运行成本 5440.75 5792.6 6229.8 5036.4 5134.3
检修维护成本 164.2 175.6 162.3 183.4 186.1
故障成本 1209.44 1232.1 1343.2 1371.8 1245.7
退役处置成本 339.8 320.7 310.3 315.27 328.2
资产负债率 80.56％ 80.00％ 80.00％ 74.50％ 75.00％
流动比率 0 0.07％ 0.26％ 0.17％ 0.22％
借款偿还期 8 15 15 10 10
电磁辐射影响 4.3 4.5 3.8 4.6 4.3
厂界噪音影响 2.6 2.1 2.4 2.2 2.5
地形地貌保持度 7.3 7.5 6.9 7.7 7.2
生态环境可恢复性 8.6 9.1 8.4 8.4 8.5
水土流失、废水排放 6.3 7.4 6.7 7.6 6.4
居民生活水平的改善 5.2 5.6 5.5 5.3 5.6
提高当地就业率 9.6 9.3 8.9 9.4 9.2
实现支农扶贫目标 9.6 9.4 9.4 9.7 9.3
促进区域电网优化 9.7 9.4 9.5 9.2 9.8
促进区域经济发展 9.1 8.7 8.5 8.3 8.6
工程设计风险 3.3 3.6 2.8 3.7 3.2
施工风险 4.6 5.1 5.4 4.7 5.3
合同风险 0.3 0.4 0.7 0.6 0.4
进度管理风险 1.2 1.4 1.5 1.3 1.6
资金成本风险 4.3 6.6 3.9 3.7 4.2
要素市场价格风险 2.6 2.1 2.4 2.1 2.3
表14.指标权重结果
表15.基于TOPSIS的500kV变电站建设项目综合评价结果
项目1 项目2 项目3 项目4 项目5
S<sup>+</sup> 0.06759 0.05525 0.05428 0.07935 0.06594
S 0.07774 0.08359 0.09200 0.07295 0.07272
δ<sub>j</sub> 0.53490 0.60206 0.62893 0.47900 0.52447
注：S+为方案j到正理想方案的距离，S-为方案j到负理想方案的距离，δj为评价对象j与最优方案的贴近度。

Claims (9)

1.基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型构建方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)构造标准化决策矩阵R＝(rij)n×m(i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，m)；
(2)采用GAHP计算指标权重向量Ws；
(3)确定指标加权评价矩阵其计算公式为：
其中，vij表示备选方案j在指标i上的加权评价结果；R为标准化决策矩阵，rij表示R中第i行第j列元素；为指标加权评价矩阵，vij表示备选方案j在指标i上的加权评价结果，W为指标权重向量；
(4)根据TOPSIS求出正、负理想方案V+和V-，即：
式中：为正理想方案V+中第i个元素，为负理想方案V-中第i个元素，且有i＝1,2,...,n；
(5)计算评价对象与最优方案、最劣方案间的距离，令方案j到正理想方案的距离为到负理想方案的距离为则：
式中：vij为某个评价对象j在第i个指标的加权评价值，为最优指标值，为最劣指标值；
(6)计算评价对象j与最优方案的贴近度δj，其计算公式为：
(7)应用GAHP-TOPSIS组合方法计算每个方案的评价值，根据贴近度对各评价对象进行排序，贴近度越大，说明该方案与最优方案越接近，即表明该方案较优，以此为标准对500kV变电站项目全寿命周期综合效果进行评价及排序。
2.根据权利要求1所述的基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型构建方法，其特征是：所述基于LCC理念，对相关关系的变压器进行选型，选用两种不同性能的220kV变压器，运用设备性能-LCC模型进行设备选型分析分析，验证模型的实用性和有效性；
首先，选取已建成投运的220kV变压器，运用模糊评价模型得到各个变压器的性能；其次，以变压器性能以及相关费用数据作为训练样本集，运用最小二乘法拟合变压器初始投资成本CI和运行维护成本COMF与性能的函数关系，得到相关参数取值；最后，运用模糊评价模型评价备选变压器的性能，将评价结果带入拟合后的性能-LCC模型中，得到各备选变压器的LCC，据此进行设备选型。
3.根据权利要求1所述的基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型构建方法，其特征是：所述构建方法具体操作时包括以下步骤：
(1)基于性能-LCC理念相关关系的变压器选型；
(2)基于LCC核算指标体系的变电站经济性评价；
(3)基于综合评价指标体系的变电站建设方案比选。
4.根据权利要求3所述的基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型构建方法，其特征是：所述基于性能-LCC理念相关关系的变压器选型包括：
选用两种不同性能的220kV变压器包括：17个220kV变电站的22台220kV变压器，运用模糊评价模型评价各台变压器的性能，将22台220kV变压器性能评价结果和相关的成本数据分别代入公式(21)变电站设备初始投资成本CI和设备性能R：
CI为变电站设备初始投资成本，R为设备性能，RU为设备性能上限，RL为设备性能下限，b为模型待估参数，徐集合具体问题确定；
和(22)：
COMF为运维成本，R为设备性能，RU为设备性能上限，RL为设备性能下限，a，b为待估参数；
其中RU＝1，RL＝0.2，t＝30；运用最小二乘法拟合，得到模型参数a1＝255.26、b1＝1.35、a2＝41.55、b2＝1.13；此外，针对220kV变压器，取λ2＝5％，i＝10％，n＝30，因此220kV变压器性能-成本相关关系模型可以写成：
CI为变电站设备初始投资成本，COMF为运维成本，CD为退役处置成本，CLCC为变电站设备LCC，R为设备性能；
在此基础上，运用上述函数关系对相同型号的两个220kV变压器进行LCC决策；
首先对两台变压器的各项性能评价指标进行评价，运用模糊评价模型得到两台变压器的性能评价结果，代入性能-成本相关关系模型，计算得到两台变压器的LCC，据此进行决策；
根据基于模糊评价及性能-成本模型的LCC决策结果，采用变压器A的初始投资成本为518.9947万元，变压器B的初始投资成本为674.5888万元，变压器A显然低于变压器B，如果传统的全过程造价管控理论，如果二者的性能均能满足实际需求，应选择变压器A；但是，变压器A的运维成本为1959.7902万元，变压器B的运维成本为1535.9484万元，两台变压器的退役处置成本均较小，综合而言，变压器A的全寿命周期成本为2477.2509万元，变压器B为2208.6042万元；看出，变压器B不仅性能上优于变压器A，且全寿命周期成本明显低于A，因此选择变压器B；
根据上述算例分析结果，在进行变电站设备选型时，既需要考虑设备性能因素，还需要考虑设备成本参数，且不同的决策原则下，设备选型结果是不同的，显然基于LCC的决策结果较传统的全过程造价决策更加科学；尽管本算例是关于220kV变压器的选型，实际上提出的性能-LCC关联关系模型能够进行任一变电站设备的选型决策。
5.根据权利要求3所述的基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型构建方法，其特征是：所述基于LCC核算指标体系的变电站经济性评价，包括：
选用500kV变电站，分别计算GIS变电站和AIS变电站的全寿命周期成本，GIS方案的500kV、220kV配电装置均为户外GIS，AIS方案的500kV、220kV配电装置均为户外AIS；计算中有假定条件：
(1)两种方案的变压器、35kV系统、二次系统没有区别，不纳入比较范围，因此，在计算变电站LCC时只需计算500kV、220kV配电装置部分；
(2)假设GIS和AIS变电站前期准备成本相同，在计算变电站LCC时只计算建设实施成本、运行维护成本和退役处置成本；
(3)根据相关规程和实际运行经验，GIS配电装置的使用寿命为30年，AIS配电装置的使用寿命为20年；不考虑设备到达寿命年限后变电站的技改和更新，假设变电站寿命与其配电装置寿命一致；
(4)所有现值计算，贴现率均取10％。
6.根据权利要求3所述的基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型构建方法，其特征是：所述基于LCC核算指标体系的变电站经济性评价，包括：
(1)建设实施成本；
两种方案的建设实施成本有巨大的差别，与AIS设备相比，GIS设备价格昂贵，但是运输成本低，结构便于安装，用地节省，建筑成本也大大低于同等条件下的AIS设备；表明，GIS方案和AIS方案变电站占地面积分别为60亩和115亩，变电站的站区征地综合单价按照14万元/亩；将AIS和GIS设备的价格，及其余各项建设实施费用占设备购置费用的比例数据代入式(27)：
Cjs＝Ceqpt+Cinlt+Cbldg+Cland+Cother (27)
Cjs-建设实施成本，Ceqpt-设备购置费用，Cinlt-工程安装费用，Cbldg-建筑费用，Cland-土地成本，Cother-其他费用；
和式(28)：
P为总现值，Pk为第k年的现值，i是贴现率；
计算，可得GIS方案和AIS方案的建设实施成本现值PC-js；
(2)运行成本；
500kV变电站的损耗约为输入电量的0.5％，只考虑两个方案配电装置不同时，变电站能耗费用基本相同；配电装置不同并不明显影响该站的绿化费用支出；在进行变电站LCC计算时，省略对各方案寿命周期中费用相同阶段的分析和比较，因此不再比较两种方案的运行成本；
(3)检修维护成本；
变电站检修维护主要分为解体检修、定期预防性检修和日常巡视检查；GIS变电站解体检修周期为20年，定期检修周期为4年；AIS变电站解体检修周期为15年，定期检修周期为4年；根据解体检修和定期检修费用，GIS变电站和AIS变电站日常巡视检查费用Cinspm分别为2万元/年、3万元/年；
500kV变电站主接线共有15个间隔，15台断路器，30台隔离开关，30台电流互感器和2台电压互感器；220kV主接线共有13个间隔，13台断路器，26台隔离开关，26台电流互感器以及2台电压互感器；得到两种检修维护成本现值；
(4)故障成本；
第一：故障检修费用；
统计表明，GIS设备事故率只有常规设备的16.6％-40％；根据国家电网和华东电网的输变电设备5年平均可靠性统计资料得到的500kV和220kV两种开关设备可靠性数据，间隔故障率λ、平均修复成本RC和平均修复时间MTTR；
将上述数据代入式(29)：
Ctroub＝λ·n·RC·MTTR (29)
λ间隔故障率、RC平均修复成本，MTTR平均修复时间，n为断路器或间隔数；
可得：GIS方案年平均故障检修费用Ctroub，AIS方案年平均故障检修费用Ctroub；由式(28)可得：两种方案的故障检修费用现值；
第二：故障损失费用；
故障损失费用考虑500kV主接线2/3接线方式的可靠性，计算变电站故障损失成本；采用2/3接线的500kV变电站供电可靠性高达99.96％，年平均停电时间约为0.05h；综合间隔故障率和平均修复时间数据，两种方案的年平均停电时间分别为0.001h和0.05h；变电站年平均中断供电负荷取1500MVA，电费平均收益为0.1元/kWh，每度电所创造的GDP值为9.1元/kWh；由式(31)计算可得GIS方案年平均故障损失费用，AIS方案年平均故障损失费用；由式(28)可得两种方案的故障损失费用现值；由式(30)
CF＝Ctroub+Clos (30)
Ctroub-故障检修费用，Clos-故障损失费用
Clos＝W·T·(a1+a2) (31)
W-年平均中断供电负荷，T-年平均停电时间，a1-电费的平均收益，a2-每度电所创造的GDP值；
可得两种方案的故障成本现值；
(5)退役处置成本：
第一：设备退役处理费用Cdisp；
变电站的设备退役处理费用Cdisp包括建筑清理费CDbldg和机电设备清理费CDeqpt两部分，分别由以下两式计算：
CDbldg＝Rb×Cbldg (32)
CDeqpt＝Re×Ceqpt (33)
式中：Rb-建筑工程清理费率，Re-机电设备清理费率；可得，GIS方案的建筑清理费CDbldg，机电设备清理费CDeqpt；AIS方案的建筑清理费CDbldg，机电设备清理费CDeqpt；
第二：设备退役残值Crevle；
变电站设备退役残值Crevle采用固定资产残值率计算，即：
Crevle＝Rr×Ceqpt (34)
式中：Rr-设备残值率；对于机电设备残值率通常取为设备购置费的5％，由上式可得两种方案的设备退役残值Crevle；
由公式(35)和公式(28)，可得两种方案的退役处置成本现值PCD；
CD＝Cdisp-Crevle (35)
式中：Cdisp-设备退役处理费用，Crevle-设备退役残值；
(6)基于LCC的方案经济性评价；
两种方案变电站寿命周期内各成本现值如表10所示，将表中数据代入式(36)：
CLCC＝Cbz+Cjs+CO+CM+CF+CD (36)
式中：CLCC-全寿命周期成本，Cbz-前期准备成本，Cjs-建设实施成本，CO-运行成本，CM-检修维护成本，CF-故障成本，CD-退役处置成本；
可得：两种方案的LCC现值，再由式(37)：
A为等年值，P为现值，i为折现率，m为年数；
计算得到：两种方案的LCC等年值ALCC；比较两种方案LCC等年值，GIS方案要比AIS方案每年都多投入，占GIS变电站等年值的5.46％；从经济性考虑，AIS变电站稍优于GIS变电站，然而综合考虑GIS变电站较低的故障率和维护的方便性，GIS变电站在供电可靠性要求较高地区更值得推荐。
7.根据权利要求3所述的基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型构建方法，其特征是：所述基于LCC核算指标体系的变电站经济性评价，包括：
(1)建设实施成本；
两种方案的建设实施成本有巨大的差别，与AIS设备相比，GIS设备价格昂贵，但是运输成本低，结构便于安装，用地节省，建筑成本也大大低于同等条件下的AIS设备；表明，GIS方案和AIS方案变电站占地面积分别为60亩和115亩，变电站的站区征地综合单价按照14万元/亩；将AIS和GIS设备的价格，及其余各项建设实施费用占设备购置费用的比例数据代入式(27)：
Cjs＝Ceqpt+Cinlt+Cbldg+Cland+Cother (27)
Cjs-建设实施成本，Ceqpt-设备购置费用，Cinlt-工程安装费用，Cbldg-建筑费用，Cland-土地成本，Cother-其他费用；
和式(28)：
P为总现值，Pk为第k年的现值，i是贴现率；
计算，可得GIS方案和AIS方案的建设实施成本现值PC-js分别为16330.4万元和12460万元；
(2)运行成本；
500kV变电站的损耗约为输入电量的0.5％，只考虑两个方案配电装置不同时，变电站能耗费用基本相同；配电装置不同并不明显影响该站的绿化费用支出；在进行变电站LCC计算时，省略对各方案寿命周期中费用相同阶段的分析和比较，因此不再比较两种方案的运行成本；
(3)检修维护成本：
变电站检修维护主要分为解体检修、定期预防性检修和日常巡视检查；GIS变电站解体检修周期为20年，定期检修周期为4年；AIS变电站解体检修周期为15年，定期检修周期为4年；根据解体检修和定期检修费用，GIS变电站和AIS变电站日常巡视检查费用Cinspm分别为2万元/年、3万元/年；
500kV变电站主接线共有15个间隔，15台断路器，30台隔离开关，30台电流互感器和2台电压互感器；220kV主接线共有13个间隔，13台断路器，26台隔离开关，26台电流互感器以及2台电压互感器；得到两种检修维护成本现值；
(4)故障成本：
第一：故障检修费用；
统计表明，GIS设备事故率只有常规设备的16.6％-40％；根据国家电网和华东电网的输变电设备5年平均可靠性统计资料得到的500kV和220kV两种开关设备可靠性数据，间隔故障率λ、平均修复成本RC和平均修复时间MTTR；
将上述数据代入式(29)：
Ctroub＝λ·n·RC·MTTR (29)
λ间隔故障率、RC平均修复成本，MTTR平均修复时间，n为断路器或间隔数；
可得：GIS方案年平均故障检修费用Ctroub为8万元，AIS方案年平均故障检修费用Ctroub为77.8万元；由式(28)可得：两种方案的故障检修费用现值分别为83万元和728.4万元；
第一：故障损失费用；
故障损失费用考虑500kV主接线2/3接线方式的可靠性，计算变电站故障损失成本；采用2/3接线的500kV变电站供电可靠性高达99.96％，年平均停电时间约为0.05h；综合间隔故障率和平均修复时间数据，两种方案的年平均停电时间分别为0.001h和0.05h；变电站年平均中断供电负荷取1500MVA，电费平均收益为0.1元/kWh，每度电所创造的GDP值为9.1元/kWh；由式(31)计算可得GIS方案年平均故障损失费用为1.38万元，AIS方案年平均故障损失费用为69万元；由式(28)可得两种方案的故障损失费用现值分别为13.0万元和587.4万元；由式(30)
CF＝Ctroub+Clos (30)
Ctroub-故障检修费用，Clos-故障损失费用
Clos＝W·T·(a1+a2) (31)
W-年平均中断供电负荷，T-年平均停电时间，a1-电费的平均收益，a2-每度电所创造的GDP值；
可得两种方案的故障成本现值分别为96万元和1312.8万元；
(5)退役处置成本；
第一：设备退役处理费用Cdisp；
变电站的设备退役处理费用Cdisp包括建筑清理费CDbldg和机电设备清理费CDeqpt两部分，分别由以下两式计算：
CDbldg＝Rb×Cbldg (32)
CDeqpt＝Re×Ceqpt (33)
式中：Rb-建筑工程清理费率，Re-机电设备清理费率；根据《电力建设工程造价手册》和《电网工程建设预算编制与计算标准使用指南》，建筑工程的清理费率为20％，机电设备清理费率为32％；因此，GIS方案的建筑清理费CDbldg为27.2万元，机电设备清理费CDeqpt为4348.8万元；AIS方案的建筑清理费CDbldg为151.2万元，机电设备清理费CDeqpt为2419.2万元；
第二：设备退役残值Crevle；
变电站设备退役残值Crevle采用固定资产残值率计算，即：
Crevle＝Rr×Ceqpt (34)
式中：Rr-设备残值率；对于机电设备残值率通常取为设备购置费的5％，由上式可得两种方案的设备退役残值Crevle分别为679.5万元和378万元；
由公式(35)和公式(28)，可得两种方案的退役处置成本现值PCD分别为211.8万元和325.9万元；
CD＝Cdisp-Crevle (35)
式中：Cdisp-设备退役处理费用，Crevle-设备退役残值；
(6)基于LCC的方案经济性评价；
两种方案变电站寿命周期内各成本现值如表10所示，将表中数据代入式(36)：
CLCC＝Cbz+Cjs+CO+CM+CF+CD (36)
式中：CLCC-全寿命周期成本，Cbz-前期准备成本，Cjs-建设实施成本，CO-运行成本，CM-检修维护成本，CF-故障成本，CD-退役处置成本；
可得：两种方案的LCC现值分别为16724.3万元和14259.6万元，再由式(37)：
A为等年值，P为现值，i为折现率，m为年数；
计算得到：两种方案的LCC等年值ALCC分别为1774.1万元和1674.9万元；比较两种方案LCC等年值，GIS方案要比AIS方案每年都多投入96.8万元，占GIS变电站等年值的5.46％；从经济性考虑，AIS变电站稍优于GIS变电站，然而综合考虑GIS变电站较低的故障率和维护的方便性，GIS变电站在供电可靠性要求较高地区更值得推荐。
8.根据权利要求3所述的基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型构建方法，其特征是：所述基于综合评价指标体系的变电站建设方案比选，包括：
运用所构建的基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型，对5个已建成的500kV变电站项目进行综合评价，评价结果有助于分析各个项目的优劣，为后续500kV变电站项目建设提供参考借鉴；
(1)待评价项目概况；
选取待评价的5个500kV变电站；
(2)指标取值；
根据基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价指标体系，对于定性指标，确定各个待评价项目的指标取值，对于定量指标，取各个待评价项目的实际值，得到各个项目的指标取值；
(3)权重确定；
采用考虑残缺判断的群决策层次分析法GAHP求解指标权重，首先分别给出各自关于指标重要性的判断结果，进而运用本发明提出的方法，将多个判断矩阵进行综合，得到最终的权重结果；
(4)综合评价结果；
将权重结果的数据代入公式(17)-公式(20)，计算得到各个待评价方案的贴近度；
根据上述结果，5个项目中，项目3贴近度最大，表明项目3的综合效果最优，项目2次之，项目4最差。
9.根据权利要求3所述的基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型构建方法，其特征是：所述基于综合评价指标体系的变电站建设方案比选，包括：运用所构建的基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价系统模型，对5个已建成的500kV变电站项目进行综合评价；
(1)待评价项目概况；
选取待评价的5个500kV变电站建设项目分别是：项目1、项目2、项目3、项目4、项目5；
(2)指标取值；
根据基于LCC理念的500kV变电站造价管控辅助评价指标体系，对于定性指标，采用打分法确定各个待评价项目的指标取值，对于定量指标，取各个待评价项目的实际值，得到各个项目的指标取值；
(3)权重确定；
采用考虑残缺判断的群决策层次分析法GAHP求解指标权重，分别给出各自关于指标重要性的判断结果，进而将判断矩阵进行综合，得到最终的权重结果；
(4)综合评价结果；
将得到的数据代入公式(17)-公式(20)，计算得到各个待评价方案的贴近度，S+为方案j到正理想方案的距离，S-为方案j到负理想方案的距离，δj为评价对象j 与最优方案的贴近度；
根据上述结果5个项目中，项目3贴近度最大，表明项目3的综合效果最优，项目2次之，项目4最差。
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