CN111428938A - 一种基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选方法 - Google Patents

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Abstract

本发明通过构建输电网投资方案评价流程与指标体系，结合高度细化的全寿命周期成本(LCC)与效益的计算方式对整体输电网方案各指标进行了初步的计算，运用模糊层次分析法求出各指标的主观权重，运用各权重与相对优属度的排序最终得到最后的优胜方案，达到投资决策的目的。

Description

一种基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选方法
技术领域
本发明涉及输电网方案投资效益评估领域，具体地，涉及一种基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选方法。
背景技术
输电网规划在电网规划中处于举足轻重的地位，其主要规划根据电力系统中负荷的增长及大电源的发展，对输电网进行科学的新建或改造。伴随着不断深化的电力改革与大规模新能源接入带来的挑战，直接由优化模型得出满足可靠性、经济型、安全性、灵活性、适应性等各维度的理想方案十分困难，并会导致约束条件与决策变量的成指数增长，使得规划模型的难以求解。虽然启发式智能算法得到了大规模的应用，但其容易陷入局部最优解的缺点在面对如此复杂模型依然难以保证准确性。因此，目前输电网规划往往通过简化约束条件，产生多个有竞争力的可行性方案，通过建立综合评估体系，综合评估各技术路线的收益，在多个难以取舍的方案中选出一个最优方案，以期在满足约束条件下，实现投资效益的最大化。因此从输电网规划特点出发，开展全面、目的性明确的综合评价具有重要的理论与应用意义。
现阶段输电网方案的综合评价决策主要从指标体系和评价决策方法开展了大量的研究。在指标体系方面:文献“曹芳.基于两级模糊综合评判的输变电工程方案决策研究[J].水电能源科学,2010,28(09):145-147.”从工程管理与监理方面考虑，缺乏对电网方案在运行安全与效益方面的评估。文献“王滔.输电网规划方案投资价值评估和优先级排序研究[D].华南理工大学,2016.”从提升输电网可靠性贡献角度出发，构建了基于可靠性贡献值的投资价值综合指标。文献“顾洁，秦玥，包海龙，等.基于熵权与系统动力学的配电网规划动态综合评价[J].电力系统保护与控制,2013,41(01):76-83.”从系统动力学的角度分析了配电网规划方案的技术经济评价的关键影响因素，文献“电力市场下基于实物期权理论的电网投资经济评价[J].电网技术,2007,(S1):78-80.”提出了经济学中包含投资汇率、投资回收周期和内部收益率等指标用以分析方案的经济效益。文献“胡殿刚，张雪佼，陈乃仕，等.新能源发电方案多维度后评价方法体系研究[J].电力系统保护与控制,2015,43(04):10-17.”开展了技术性能、经济效益、社会多个维度构建评估指标体系，更加能体现电力企业作为公共事业单位承担的社会责任。评估方法的角度上：文献“聂宏展，聂耸，乔怡，等.基于主成分分析法的输电网规划方案综合决策[J].电网技术,2010,34(06):134-138.”采用主成分分析法避免依赖专家决策中指标权重具有主观随意的特定。文献“高庆敏，张乾业.基于SE-DEA的交叉效率模型的城市电网规划综合评判决策[J].电力系统保护与控制,2011,39(08):60-64.”针对综合评判性因素的复杂性问题及超效率数据包络分相似(SE-DEA)模型，提出了基于SE-DEA的交叉效率评判模型。文献“王瑞莲，赵万里.基于模糊决策的城市高压输电网规划方案评价方法[J].电网技术,2013,37(02):488-492.”与“曹芳.基于两级模糊综合评判的输变电工程方案决策研究[J].水电能源科学,2010,28(09):145-147.”等方案采用了模糊数学与层次分析法的结合，定量指标与定性指标的组合选择。近年来，文献“欧阳森，陈丹伶，刘丽媛.考虑用户需求的配电网规划对象选优分析方法[J].电测与仪表,2018,55(23):15-21.”与“李龙.基于LCC理论的输电网规划方案评价研究[D].浙江大学，2012.”组合赋权法综合了决策者的决策偏好与数据的隐藏数据特征，逐渐开始了在投资决策中的应用。综上，目前研究中评价指标体系固定且单一，不具备自适应能力，鲜有从投资目的或类型角度出发，制定不同类型方案评估偏向性不同的评估决策指标体系。针对投资方案经济性方面，多采用经济学指标，忽略了电力系统自身的特点，且面临着忽视中长期成本，注重短期投资的不足。
上述研究存在着没有考虑全寿命周期成本的方案投资成本，对计及全寿命周期的增量效益考虑较少，方案建设时期与运行时期的颗粒度计算不够等缺点。实践中常常由于因为只考虑了成本，没有考虑全寿命周期的收益，忽略了投入产出比较高的方案。此外，现阶段输电网方案的投资常常是具有特定目的，目前投资绩效评估体系常常将所有不同类型的方案置于同一个评估指标体系下进行评估，缺乏对不同类型方案的差异化投资导向的思考。因此，结合模糊决策方法，建立一个以投资方案类型为导向的功能差异化评估指标体系，细化投资效益与增量效益计算颗粒度。最后运用模糊层次分析法与相对优属度矩阵计算等方法，建立了输电网方案优选模型对各方案进行全方位效益评估，抉择出优秀方案。
发明内容
针对上述问题，提供一种基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选方法，从现阶段输电网方案规划与投资领域方案决策与评估的特点出发，建立针对满足新增负荷、主网架加强、安全供电和电源送出四类方案的评估指标体系，包含技术层面、经济层面、社会层面，其中有线路平均负载率改善、全寿命周期成本、单位资产增供负荷等指标。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于功能差异化的全寿命周期输电网方案优选方法，包括以下步骤：
S1：构建基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选实施流程，定义关键阶段，包含了两个阶段，分别为评价指标设置阶段、规划评价阶段；评价指标设置阶段：分析方案特点和负荷特性、根据方案类型选取评价指标、选取指标评估的判据与指标评分标准、设置指标权重；规划评价阶段：规划数据的导入、数据预处理与边界条件的确定、综合评估技术效益、经济效益以及社会环保效益并投资决策；
S2：总结归纳在工程应用中输电网不同类型方案的特点，包含其作用对象，作用范围，方案收益要素；筛选出共性强的方案属性，提炼其特点与重要指标，将输变电方案按功能区别为四大类:满足新增负荷、主网架加强、安全供电和电源送出四类方案；
S3：构建不同类型方案的功能差异化评价指标体系，包含不同方案选取其区分度好，特征性强的指标，亦包含传统意义上经济性、技术性、社会性指标；
S4:根据地区输电网运行参数和设备参数，构建地区输电网稳态仿真模型；
S5：根据地区输电网稳态仿真模型计算定量指标、全寿命成本与投资收益指标，定性指标初根据始投资数据、电网运行数据、社会经济发展状况、拟达到的目的，做出模糊判断评价；
S6：根据模糊判断评价，构建指标模糊判断一致矩阵，进而确定各项指标权重，引入三角模糊数形成模糊判断矩阵，利用模糊判断矩阵确定各指标的重要性排序与其权重值；
S7：将指标归一化，计算得到方案、指标相互比较优属度，结合权重矩阵计算各方案综合评分；
S8：计算各方案综合评分，分析比较其各方面优劣，优选出最优方案并实施。
进一步的，一种基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选方法，所述步骤S1包括：方案效益评价应从评价对象出发，考虑其投资建设的目的，涉及到的对象特点、作用范畴、负荷特性要点，以此为依据建立全面的评价指标，形成科学合理的评价指标体系；根据电网投资方案特点，选择代表性定性指标或定量指标，根据前期指标数据的收集与积累(包括可靠性、经济性、安全性、社会性)选择综合评价模型，是否考虑投资者的风险偏好因素，对数据进行预处理，测算出各指标的权重，最后计算出评价对象的最终评价结果，并对评价结果进行分析，对上述的评价结果进行横向或纵向对比，以衡量规划方案之间的实施结果的优劣。
进一步的，所述步骤S2包括:
1.满足新增负荷方案：此类方案投资多为新建变电站与输电线路，其应着重考虑方案投产后提升的变电容量与输送电量方面的效益；
2.主网架加强方案：此类方案主要是为了增强网架结构可靠性，多为新建输电线路，应着重考虑改善线路或改善主变负载情况方面的效益；
3.安全供电方案：此类方案考虑的是为了预防大规模范围停电的重大事故安全隐患，着重考虑于“N-1通过率”、“N-2通过率”、“联络率指标”，包括方案建设周期的不同或建设效率的不同给系统带来的系统性停电风险；
4.电源送出方案：此类方案应依据电源类型，受电侧的特点，包含了输电线路的建设，着重考虑与发电侧电源的协调性，用户满意程度；
进一步的，所述步骤S3包括:具体为:
1.满足新增负荷方案：技术层面：线路平均负载率改善、主变平均负载率改善、解决高压重载线路、解决高压重载主变、新增变电容量；经济层面：全寿命周期成本、增量效益、单位资产增供负荷；社会层面：用户满意度，节能减排，满足新能源接入；
2.主网架加强方案：技术层面：线路平均负载率改善、主变平均负载率改善、解决高压重载线路、解决高压重载主变、新增输电能力、系统协调性改善程度；经济层面：全寿命周期成本、增量效益、单位资产增加线路长度；社会层面：用户满意度，满足新能源接入；
3.安全供电方案：线路平均负载率改善、主变平均负载率改善、减少系统平均停电时间、电压质量改善、大规模停电风险、线路联络率；经济层面：全寿命周期成本、增量效益；社会层面：用户满意度，满足新能源接入；
4.电源送出方案：接入装机容量、主变平均负载率改善、单位投资增供线路长度、导线截面积、新增变电容量；经济层面：全寿命周期成本、增量效益；社会层面：用户满意度、节能减排、满足新能源接入；
其计算方式分别如下：
线路平均负载率改善＝建设前线路平均负载率—建设后线路平均负载率
主变平均负载率改善＝建设前主变平均负载率—建设后主变平均负载率
解决高压重载线路＝建设前重载线路数量—建设后重载线路的数量
解决高压重载主变＝建设前重载主变数量—建设后重载主变数量
新增变电容量＝新增变压器容量之和
单位资产增供负荷＝预期增供负荷/项目总投资
新增输电能力＝新增线路容量之和
系统协调性改善程度＝建设前系统协调性-建设后系统协调性
系统协调性＝负荷增长/电源容量增长
减少系统平均停电时间＝建设前输电网用户平均停电时间—建设后输电网用户平均停电时间
电压质量的改善＝建设前输电网用户综合电压合格率—建设后输电网用户综合电压合格率
大规模停电风险＝"N-2"通过率
单位投资增供线路长度＝线路增加长度×增加输送容量/投资总额
用户满意度＝满意用户总数量/调查用户总数量
新能源接入＝增加可接入新能源容量
节能减排＝减少排放二氧化碳
进一步的，所述步骤S4包括:针对输电网方案收集其初始投资数据，其所处电网运行数据，其所处社会经济发展状况、其投资后拟达到的目的，具体为:
初始投资数据：折现率、输变电工程寿命、变电容量单位成本、线路单位成本、变电站年运维费用、线路年运维费用、损耗利用小时数、购电价、产电比、损失费与产值比例、电力设备残值率；
所处电网运行数据包含电网运行参数与设备参数，构建基于pandapower的地区电网稳态仿真模型(PSSM)，具体为：基于PandaPower的地区电网稳态仿真模型(PSSM)构建包括三个步骤：
(1)根据PandaPower软件所需数据格式，从实际电网遥测遥信数据库中提取对应数据，提取格式为QS文件；
(2)使用Python对QS文件进行解析，解析成与PandaPower对应的数据格式；
PandaPower最优潮流计算所需数据格式为：
节点(Bus)：名称(Name)、类型(Type)、电压上限(max_vm_pu)、电压下限(min_vm_pu)，区域(zone)、电压基准(vn_kv)；
线路(Line)：名称(Name)、每公里线电阻(r_ohm_per_km)、每公里线电抗(x_ohm_per_km)、每公里线电容(c_nf_per_km)、首节点(from_bus)、末节点(to_bus)、连接状态(in_service)；
发电机(Gen)：名称(Name)、节点(Bus)、有功出力(p_mw)、电压(vm_pu)、有功出力上限(max_p_mw)、有功出力下限(min_p_mw)、无功出力上限(max_q_mw)、无功出力下限(min_q_mw)、连接状态(in_service)；
负荷(Load)：名称(Name)、节点(Bus)、有功负荷(p_mw)、无功负荷(q_mw)；
所处电网运行数据:GDP增长速度、负荷增长数据、负荷组成结构；
拟达到目的：解决负荷增长、满足安全供电，其并不局限于一个目的，可能包含两个及以上目的。
进一步的，一种基于功能差异的全寿命周期输电网方案优选的方法，所述步骤S5包括定性指标由专家给出模糊比较判断，定量成本与收益指标，根据步骤S4建立的仿真模型着重计算其全寿命成本与收益指标，具体为：
全寿命周期成本以时间划分为初始投资、运行成本、故障成本和报废成本四大类；
LCC＝CI+CO+CF+CD
式中CI指初始投资；CO指运行成本；CF指故障成本(惩罚性成本)；CD指设备退役处置成本；
初始投资成本包含规划设计成本与采购建设期成本，通常折算成按每年新增变电容量的投资成本和每年新增线路输电线路的投资成本：
Figure BDA0002450033990000071
式中n是建设年限，第i年新增变电容量为nsi，第i年新增的投运输电线路长度为nli,CIstation为新增单位变电容量的投资成本；CIline表示新增单位长度输电线路的投资成本；经修正后初始投资成本应为:
Figure BDA0002450033990000072
运行成本主要包含运行维护成本(检修运维成本、工资及相关附加费用)与损耗成本；
CO＝COope+COloss
式中，运行维护成本(COope)常常采取根据经验取CIEAC的一定比例：
COope＝λope·CIEAC
其中λope为运维成本的比例系数，损耗成本涵概输变电设备的损耗累计值及线路的损耗作用，工程上可根据《电力系统设计手册》的方法来估算逐年的电能损耗即：
Figure BDA0002450033990000073
式中n为运行的年份，τi,max为第i年的损耗小时数；ΔPi,max为第i年最大负荷的功率损耗；Pprice是电网企业平均购电价格；
在方案建成后，由于不同方案之间由于电网拓扑结构的不同，存在可靠性差别，因此由于系统元件存在故障率，或因其结构缺陷导致缺失负荷，计算故障还需计算在故障时的缺供电量：
Figure BDA0002450033990000074
式中,t(x)表示从故障状态下切负荷恢复供电所需时间；Lc(x)表示在系统故障状态x下，恢复到静态稳定运行状态下所需的最小切负荷量；If(x)表示以系统状态x为自变量的函数：
Figure BDA0002450033990000081
其故障成本表示如下：
Figure BDA0002450033990000082
式中i表示建设期中第i年；Pprice表示为电价；KGDP表示为每千瓦时产值与电价的比例；KVOLL表示停电损失费与每千瓦时产值的比值；
报废成本是指方案在技术改造、设备采购、方案建设的情况下形成得固定资产在方案报废时期进行拆除、处置引起的各项费用；
CD＝CDdis+CDval
式中CDdis为报废处置管理费用，CDval为报废设备残值回收收入；在实际应用中，常将报废处置成本这算成现值，再折算成具有实际意义的等年值，处理的方式如下：
CD＝(λdis-λval)·CI/(1+γ)T
式中λdis和λval为报废处置管理费用和报废资产残值回收处理相对初始投资成本所占比例。
效益主要包括增量售电收入(EP)、电网可靠性提升收益(ER)、降损收益(EL)、资产利用率提升收益(EO)四类指标:
Figure BDA0002450033990000083
增量售电收入指方案建成，由于电网的供电能力提高，供电量增加带来新的售电收入。其模型如下：
Figure BDA0002450033990000084
式中，Epi为第i年的增售电量的收益；Pi为第i年的负荷；PA为方案投运后第i年的供电能力；PB为原电网的供电能力；Tmax为最大负荷利用小时数；ΔP为购售电价差。
方案建设实施后，优化了原有网架结构与潮流分布，减少了重载线路等。与LCC成本分析中的损耗成本不同，此类降损效益体现于对相邻电网设备的降损效益，而LCC中损耗成本只针对新建设备在全寿命周期内的损耗。计算方式如下：
Figure BDA0002450033990000091
式中Eli为全寿命周期内第i年电网的降损效益；ΔPAi,j是建成后第i年第j个相关设备或线路网损；ΔPBi,j是原电网结构第i年第j个设备的网损；τmax损失小时数；Pprice为购买电价。
输电网方案实施后，由于电网的可靠性提高，电网拓扑结构的互联率提升，因此期望负荷削量LEENS指标也随之变化，为量化其可靠性的提升，通过建设前后LEENS的变化量化其转换关系，公式如下：
Figure BDA0002450033990000092
式中LB是方案建设前LEENS值，LA是方案建设后LEENS值，通过此式可以计算出每年因为可靠性提升得到的对电网的收益。
在建设方案实施后，在建成初期会缓解相邻重载设备的运行工况，但从长远来看容易存在两种情况：过度超前投资造成设备的闲置与浪费；对负荷增长情况预估不足，初始投资容量较小，不能跟上负荷的发展，限制了负荷的正常需求。上诉两种情况都需要避免，因此提出了资产利用收益指标来衡量，如下所示：
Figure BDA0002450033990000093
式中Eoi为第i年的资产利用效率，α为电网设备剩余容量的影响因素，β为电网容量不足的影响系数，η为资产合理利用系数，L为整个电网系统平均负荷。
进一步的，一种基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选方法，所述步骤S6构建指标模糊判断一致矩阵，进而确定各项指标权重。具体为：
为了度量专家在两两比较指标之间重要性时产生的不确定性问题，引入三角模糊数形成模糊判断矩阵，利用模糊判断矩阵确定各指标的重要性排序与其权重值。在实际应用中，通常采用1～9标度优先关系比较度量，其含义如下表所示：
Figure BDA0002450033990000101
每个子准则层下底层指标有m个，指标集为X＝{x1,x2,……,xm}。专家对指标i相对于指标j的重要程度的模糊判断为[lij,eij,pij],其中pij>lij，其中左右拓展lij、pij表示为判断的模糊程度，pij-pij越大表示决策者的模糊程度越高，准确性越低。最后得出模糊比较判断矩阵B：
Figure BDA0002450033990000102
同理可得子准则之间的模糊比较判断矩阵。在模糊比较判断矩阵中，需要将模糊判断矩阵转化为重要程度表示，指标i相对于本层其他指标的模糊权重相对向量为：
Figure BDA0002450033990000103
将模糊相对权重向量中每个三角模糊数明晰化。Qi(lj,ei,pi)对应的主观权重为：
Figure BDA0002450033990000104
由此算出各指标的主观权重赋权，由于输电网规划方案数量较少，如若采用客观赋权法如变异系数法、熵权法等会因为样本数量少造成评价决策不合理。因此方案只采用了主观赋权法：由此可得每个指标归一化后权重ai为：
Figure BDA0002450033990000105
式中ai为指标i在此层级的权重。
进一步的，一种基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选方法，所述步骤S7：计算得到各方案各指标相互间比较优属度，结合权重矩阵计算各方案的隶属度，具体为：
定量指标采用借鉴模糊数学中隶属度的评价模型，因不同指标具有不同的量纲，取值范围也大有不同，为了准确评价各方案在不同指标下的隶属度，因此需要将其归一化处理。根据输电网效益评估体系的特点，其指标体系可以分为成本型、效益型、区间型三种目标类型：
成本型指标：
Figure BDA0002450033990000111
式中xi k为第i个评价方案对于第k个指标值；共有m个方案；min(xk)为m个方案中第k个指标值最小值
效益型指标：
Figure BDA0002450033990000112
Figure BDA0002450033990000113
式中fL k和fH k是第k个区间指标的最佳下界与上界；ηk为xi k的偏移区间最大值：
ηk＝max{fL k-xi k,xi k-fH k}
将各定量指标归一化后，修构造各指标层下，两两比较的模糊优先关系矩阵：
Figure BDA0002450033990000114
式中：ri k和rj k为第i,j个评价方案对第k个评价指标之间的隶属度值；bij k体现第i个与第j个方案的优劣程度。
定性指标的模糊优先关系矩阵对于定性指标，采用多个专家打分的方法，采用0.1～0.9的标度法，由于与表1类似，从而得到其模糊优先关系矩阵B＝(bij k)m×n模糊一致矩阵；
由定性指标与定量指标得到的模糊优先关系矩阵B改造成为模糊一致矩阵A。
如下所示：
Figure BDA0002450033990000121
式中：ri为矩阵B各行之和；m为方案个数，其中：
Figure BDA0002450033990000122
进一步的，一种基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选方法，所述步骤S8：根据各方案隶属度，分析比较其优劣，得出最优方案并实施。具体为：单目标优属度的计算
单目标优属度计算有最小二乘法、方根法等，方案采用方根法计算方案i在单目标优属度值Si k：
Figure BDA0002450033990000123
其中
Figure BDA0002450033990000124
Figure BDA0002450033990000125
总目标排序
在单目标排序的基础上，利用下式计算各方案的全局优属度值，即最后得分：
Figure BDA0002450033990000126
式中ai为计算所得各指标权重；Ti为第i个方案的总得分。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明由实际电网运行与投资的特点出发，根据现有阶段已有的不同投资方案类型其侧重点不同的投资效益评估体系，针对其投资目的的不同建立了不同评估指标体系的方法。传统的输变电方案的投资效益评估都是将不同类型的方案纳入同一个评价指标体系下进行评估的方法，无法满足电力体制改革的新形势下开展精细化评估和投资分配的需求。
2、针对许多对全寿命周期下对成本与效益的计算颗粒度较低的缺点，本文提出的全寿命周期计算的方法，包含建设前、建设中、建设后等多维度的计算比较，并针对了在建设中的存在的运行风险，能给与决策者的更多信息。
3、各个指标的权重系数为综合评价模型的核心，相较于以往的主观赋权法，采用三角模糊层次分析法，可减少因主观认知对评定标准造成的偏移，保证了评定结果的科学性和合理性。
4、本发明通过构建输电网投资方案评价流程与指标体系，结合高度细化的全寿命周期成本(LCC)与效益的计算方式对整体输电网方案各指标进行了初步的计算，运用模糊层次分析法求出各指标的主观权重，运用各权重与相对优属度的排序最终得到最后的优胜方案，达到投资决策的目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1为输电网规划评价实施流程图。
图2为输电网方案综合评价指标体系流程图。
图3为输电网方案成本收益一览图。
图4为输电网方案评估策略图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
步骤S1包括：从评价对象出发，考虑其投资建设的目的，涉及到的对象特点、作用范畴、负荷特性要点，建立全面的评价指标，构建基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选实施流程。根据电网投资方案特点，选择代表性定性指标或定量指标，根据前期指标数据的收集与积累(包括可靠性、经济性、安全性、社会性)选择综合评价模型，是否考虑投资者的风险偏好等因素，对数据进行预处理，测算出各指标的权重，最后计算出评价对象的最终评价结果，并对评价结果进行分析，对上述的评价结果进行横向或纵向对比，以衡量规划方案之间的实施结果的优劣，如图1所示。其具体流程为：
评价指标设置阶段：分析方案特点和负荷特性、根据方案类型选取评价指标、选取指标评估的判据与指标评分标准、设置指标权重。
规划评价阶段：规划数据的导入、数据预处理与边界条件的确定、综合评估(技术效益、经济效益、社会环保效益)并投资决策。
步骤S2包括:结合方案特点、作用对象、作用范围、方案收益四大要素，定义输电网方案类别，对不同输电网方案按功能类别进行分类，并给出各类方案的重点与特点，将输变电方案按功能区别为四大类:满足新增负荷、主网架加强、安全供电和电源送出四类方案：
1.满足新增负荷方案：此类方案投资多为新建变电站与输电线路，其应着重考虑方案投产后提升的变电容量与输送电量等方面的效益；
2.主网架加强方案：此类方案主要是为了增强网架结构可靠性，多为新建输电线路，应着重考虑改善线路或改善主变负载情况方面的效益；
3.安全供电方案：此类方案考虑的是为了预防大规模范围停电的重大事故安全隐患，着重考虑于“N-1通过率”、“N-2通过率”、“联络率等指标”，包括方案建设周期的不同或建设效率的不同给系统带来的系统性停电风险；
4.电源送出方案：此类方案应依据电源类型，受电侧的特点，包含了输电线路的建设，着重考虑与发电侧电源的协调性，用户满意程度等
步骤S3包括:构建基于功能差异的输电网投资效益评估体系，包含技术层面、经济层面、社会层面三方面，不同功能差异的指标与其他方案的功能差异亦有所不同，包含此类特定的指标，如图2所示。具体为:
1.满足新增负荷方案：技术层面：线路平均负载率改善、主变平均负载率改善、解决高压重载线路、解决高压重载主变、新增变电容量；经济层面：全寿命周期成本、增量效益、单位资产增供负荷；社会层面：用户满意度，节能减排，满足新能源接入。
2.主网架加强方案：技术层面：线路平均负载率改善、主变平均负载率改善、解决高压重载线路、解决高压重载主变、新增输电能力、系统协调性改善程度；经济层面：全寿命周期成本、增量效益、单位资产增加线路长度；社会层面：用户满意度，满足新能源接入。
3.安全供电方案：线路平均负载率改善、主变平均负载率改善、减少系统平均停电时间、电压质量改善、大规模停电风险、线路联络率；经济层面：全寿命周期成本、增量效益；社会层面：用户满意度，满足新能源接入。
4.电源送出方案：接入装机容量、主变平均负载率改善、单位投资增供线路长度、导线截面积、新增变电容量；经济层面：全寿命周期成本、增量效益；社会层面：用户满意度、节能减排、满足新能源接入。
步骤S4包括:根据地区输电网运行参数与设备参数，构建地区输电网稳态仿真模型，收集初始投资数据等。
初始投资数据：折现率、输变电工程寿命、变电容量单位成本、线路单位成本、变电站年运维费用、线路年运维费用、损耗利用小时数、购电价、产电比、损失费与产值比例、电力设备残值率。所处电网运行数据包含电网运行参数与设备参数，含GDP增长速度、负荷增长数据、负荷组成结构。构建基于pandapower的地区电网稳态仿真模型。
拟达到目的：解决负荷增长、满足安全供电等，其并不局限于一个目的，可能包含两个及以上目的
所述步骤S5包括定性指标由专家给出模糊比较判断，定量指标如成本与收益指标，根据步骤S4建立的仿真模型着重计算其全寿命成本与收益指标，如图3所示。
全寿命周期成本以时间划分为初始投资、运行成本、故障成本和报废成本等四大类:
LCC＝CI+CO+CF+CD
式中CI指初始投资；CO指运行成本；CF指故障成本(惩罚性成本)；CD指设备退役处置成本。
效益主要包括增量售电收入(EP)、电网可靠性提升收益(ER)、降损收益(EL)、资产利用率提升收益(EO)四类指标:
Figure BDA0002450033990000151
所述步骤S6根据各专家的经验与主观意向，构建指标模糊判断一致矩阵，进而确定各项指标权重，如图4所示。每个子准则层下底层指标有m个，指标集为X＝{x1,x2,……,xm}。专家对指标i相对于指标j的重要程度的模糊判断为[lij,eij,pij],其中pij>lij，其中左右拓展lij、pij表示为判断的模糊程度，pij-pij越大表示决策者的模糊程度越高，准确性越低。最后得出模糊比较判断矩阵B：
Figure BDA0002450033990000161
同理可得子准则之间的模糊比较判断矩阵。在模糊比较判断矩阵中，需要将模糊判断矩阵转化为重要程度表示，指标i相对于本层其他指标的模糊权重相对向量为：
Figure BDA0002450033990000162
将模糊相对权重向量中每个三角模糊数明晰化。Qi(lj,ei,pi)对应的主观权重为：
Figure BDA0002450033990000163
步骤S7：计算得到各方案各指标相互间比较优属度，结合权重矩阵计算各方案的隶属度，将各定量指标归一化后，修构造各指标层下，两两比较的模糊优先关系矩阵：
Figure BDA0002450033990000164
式中：ri k和rj k为第i,j个评价方案对第k个评价指标之间的隶属度值；bij k体现第i个与第j个方案的优劣程度。
定性指标的模糊优先关系矩阵对于定性指标，采用多个专家打分的方法，采用0.1～0.9的标度法，从而得到其模糊优先关系矩阵B＝(bij k)m×n模糊一致矩阵由定性指标与定量指标得到的模糊优先关系矩阵B改造成为模糊一致矩阵A。
如下所示：
Figure BDA0002450033990000165
式中：ri为矩阵B各行之和；m为方案个数，其中：
Figure BDA0002450033990000166
步骤S8：根据方案的综合评分，分析比较其各方面优劣，得出最优方案并实施。
具体为：
单目标优属度的计算
单目标优属度值Si k：
Figure BDA0002450033990000171
其中
Figure BDA0002450033990000172
Figure BDA0002450033990000173
总目标排序
在单目标排序的基础上，利用下式计算各方案的全局优属度值，即最后得分：
Figure BDA0002450033990000174
式中ai为计算所得权重；Ti为第i个方案的总得分。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选方法，其特征在于，其所述方法应包含：
S1：构建基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选实施流程，定义关键阶段，包含了两个阶段，分别为评价指标设置阶段、规划评价阶段；评价指标设置阶段：分析方案特点和负荷特性、根据方案类型选取评价指标、选取指标评估的判据与指标评分标准、设置指标权重；规划评价阶段：规划数据的导入、数据预处理与边界条件的确定、综合评估技术效益、经济效益以及社会环保效益并投资决策；
S2：总结归纳在工程应用中输电网不同类型方案的特点，包含其作用对象，作用范围，方案收益要素；筛选出共性强的方案属性，提炼其特点与重要指标，将输变电方案按功能区别为四大类:满足新增负荷、主网架加强、安全供电和电源送出四类方案；
S3：构建不同类型方案的功能差异化评价指标体系，包含不同方案选取其区分度好，特征性强的指标，亦包含传统意义上经济性、技术性、社会性指标；；
S4:根据地区输电网运行参数和设备参数，构建地区输电网稳态仿真模型；
S5：根据地区输电网稳态仿真模型计算定量指标、全寿命成本与投资收益指标，定性指标初根据始投资数据、电网运行数据、社会经济发展状况、拟达到的目的，做出模糊判断评价；
S6：根据模糊判断评价，构建指标模糊判断一致矩阵，进而确定各项指标权重，引入三角模糊数形成模糊判断矩阵，利用模糊判断矩阵确定各指标的重要性排序与其权重值；
S7：将指标归一化，计算得到方案、指标相互比较优属度，结合权重矩阵计算各方案综合评分；
S8：计算各方案综合评分，分析比较其各方面优劣，优选出最优方案并实施。
2.根据权利要求1所述的基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：依托电力系统遥测与遥信等数据及仿真运行，建立全面的评价指标，最终形成科学合理的评价指标体系，对整个方案进行评价；根据电网投资方案特点，选择代表性定性指标或定量指标，根据前期指标数据的收集与积累，对数据进行预处理，选择评估判据与评分指标标准，对各指标的优劣，测算出各指标的权重，最后计算出评价对象的最终评价结果，并对评价结果进行分析，对上述的评价结果进行横向或纵向对比，以衡量规划方案之间的实施结果的优劣；其关键阶段与关键步骤具体为：
评价指标设置阶段：分析方案特点和负荷特性；根据方案所属类型选取评价指标；选择指标评估判据、选择指标评分标准；设置指标权重；
规划评价阶段：规划数据的导入、数据预处理与边界条件的确立；综合评估或投资决策。
3.根据权利要求1所述的基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选方法，其特征在于，所述步骤S2总结归纳输电网评估现阶段的方案特点，其主要目的，作用范围，方案收益等往往有着巨大的不同，根据其共性筛选出具有特点的几类方案，并将现有方案进行分类，具体为：
满足新增负荷方案：此类方案投资多为新建变电站与输电线路，其应着重考虑方案投产后提升的变电容量与输送电量等方面的效益；
主网架加强方案：此类方案主要是为了增强网架结构可靠性，多为新建输电线路，应着重考虑改善线路或改善主变负载情况方面的效益；
安全供电方案：此类方案考虑的是为了预防大规模范围停电的重大事故安全隐患；
电源送出方案：此类方案应依据电源类型，受电侧的特点，包含了输电线路的建设，着重考虑与发电侧电源的协调性，用户满意程度。
4.根据权利要求1所述的基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选方法，其特征在于，所述步骤S3构建基于功能差异的输电网投资效益评估体系，以不同功能的方案为区分，各自成体系，但都囊括全寿命周期指标与效益指标，具体为：
满足新增负荷方案：线路平均负载率改善、主变平均负债率改善、解决高压重载线路、解决高压重载主变、新增变电容量、全寿命周期成本、增量效益、单位资产增供负荷、用户满意度、节能减排、满足新能源接入；
主网架加强方案：线路平均负载率改善、主变平均负债率改善、解决高压重载线路、解决高压重载主变、新增输电能力、系统协调性改善程度、全寿命周期成本、增量效益、单位资产增加线路长度、用户满意度、满足新能源接入；
安全供电方案：线路平均负载率改善、主变平均负债率改善、减少系统平均停电时间、电压改善质量、大规模停电风险隐患、线路联络率、全寿命周期成本、增量效益、用户满意度、满足新能源接入；
电源送出方案：接入装机容量、主变平均负载率、单位投资增供线路长度、导线截面积、全寿命周期成本、增量效益、用户满意度、节能减排、满足新能源接入。
5.根据权利要求1所述的基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选方法，其特征在于，所述步骤S4针对输电网方案收集其初始投资数据，其所处电网运行数据，包括其所处社会经济发展状况、其投资后拟达到的目的。
6.根据权利要求1所述的基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选方法，其特征在于，所述步骤S5计算各项指标数据，其包含技术层面、社会层面、经济层面，对经济层面下包含的指标进行详细的分解计算，其具体为：
LCC＝CI+CO+CF+CD
式中，LCC代表整个方案的全寿命周期成本，CI指初始投资；CO指运行成本；CF指故障成本(惩罚性成本)；CD指设备退役处置成本；
Figure FDA0002450033980000032
E为方案投资后能获得的整体效益，效益主要包括增量售电收入(EP)、电网可靠性提升收益(ER)、降损收益(EL)、资产利用率提升收益(EO)四类指标。
7.根据权利要求1所述的基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选方法，其特征在于，所述步骤S6构建指标模糊判断一致矩阵，进而确定各项指标权重，得出模糊比较判断矩阵B具体为：
Figure FDA0002450033980000031
每个子准则层下底层指标有m个，指标集为X＝{x1,x2,……,xm}；专家对指标i相对于指标j的重要程度的模糊判断为[lij,eij,pij],其中pij>lij，其中左右拓展lij、pij表示为判断的模糊程度，pij-pij越大表示决策者的模糊程度越高，准确性越低；最后得出模糊比较判断矩阵B；上述方法采采用1～9标度优先关系比较度量。
8.根据权利要求1所述的基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选方法，其特征在于，所述步骤S7，计算得到各方案各指标相互间比较优属度，结合权重矩阵计算各方案的隶属度，由定性指标与定量指标得到的模糊优先关系矩阵B改造成为模糊一致矩阵A；如下所示：
Figure FDA0002450033980000041
式中：ri为矩阵B各行之和；m为方案个数，其中：
Figure FDA0002450033980000042
9.根据权利要求1所述的基于功能差异与全寿命周期的输电网方案优选方法，其特征在于，所述步骤S8，对各方案进行综合优属度计算，具体为：
Figure FDA0002450033980000043
式中，ai为步骤7计算所得权重；Si k为第i个方案第k个指标的得分；Ti为第i个方案的总得分即针对各方案的综合评分，比较其在社会、经济、技术维度上的优劣，，进行结果分析及其做出优选决策。
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