可靠性與經(jīng)濟(jì)性

1、成本一效益分析法主要是通過 對(duì)標(biāo)的物的成本、效益的分析與評(píng)價(jià)，以達(dá)到綜合協(xié)調(diào) 成本一效益之間的關(guān)系。 電網(wǎng)可靠性成本可定義為供電部門為使電網(wǎng)達(dá)到一定供電可靠性水 平而需增加的投資成本（也包括運(yùn)行成本）；可靠性效益可定義為因電網(wǎng)達(dá)到一定供電可靠性水平而使用戶獲得的效益。由于某一供電可靠性水平下的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益較難估算，因此本文將可靠性效益用缺電成本， 也即由于電力供給不足或中斷引起用戶缺電、停電而造成的經(jīng)濟(jì)損失來表示。顯然，在單位缺電成本不變的情況下，缺電成本越低，可靠性效益越高。這 樣，就可以把可靠性成本與可靠性效益統(tǒng)一在電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性上衡量，它將給通過可靠性成本效益分析進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃帶來方便。電

2、網(wǎng)規(guī)劃成本一效益分析曲線如圖1。1理論計(jì)算方法：數(shù)學(xué)模型目標(biāo)函數(shù)可表示為：TC 二 SC OC其中:TC表示供電總成本；SC表示系統(tǒng)投資費(fèi)用（包括電網(wǎng)的直接投資成本 和網(wǎng)損）；C表示缺電成本。為使供電總成本最少，社會(huì)效益最大，對(duì)SC求導(dǎo)并使其為零：汀C roc , c1=0-:SC ：:SC-:SC用增量形式表示為：OC SC分析可得：當(dāng)oc ：sc時(shí)，系統(tǒng)投資費(fèi)用的增加小于缺電成本的減少，此時(shí)可靠性 水平的提高只需增加較少的系統(tǒng)投資費(fèi)用，系統(tǒng)投資費(fèi)用的增加能夠獲得收益； 當(dāng)-：O SC時(shí)，系統(tǒng)投資費(fèi)用的增加大于缺電成本的減少，此時(shí)系統(tǒng)可靠性 水平的提高需要大量增加系統(tǒng)投資費(fèi)用，增加的系統(tǒng)投資

3、費(fèi)用已不能獲得收益， 系統(tǒng)可靠性水平不宜再提高。只有當(dāng)JQC二SC時(shí)，系統(tǒng)投資費(fèi)用的邊際增加將 完全為停電損失成本的邊際減少所抵消，供電總成本達(dá)到最小。：OC -ISC是最理想、最完美的情況。但是，在實(shí)際中這種情況并不存在，即系統(tǒng)投資成本的 增量與缺電成本的增量不會(huì)絕對(duì)相等。事實(shí)上，在滿足一定可靠性水平的基礎(chǔ)上， 系統(tǒng)投資成本的增量總是大于缺電成本的增量。因此，電網(wǎng)規(guī)劃的目的就在于如何最大限度地接近最理想的狀態(tài)，而成本一效益分析方法的優(yōu)點(diǎn)就在于用它進(jìn)行 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃可以得到最接近這種理想狀態(tài)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)， 使得網(wǎng)絡(luò)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性 達(dá)到合理的組合?？偨Y(jié)：可靠性成本定義為供電部門為使配網(wǎng)達(dá)到一定的供電

4、可靠性水平而需增 加的投資；配網(wǎng)的可靠性效益定義為因電網(wǎng)達(dá)到一定的可靠性水平而使用戶獲得 的效益，體現(xiàn)在停電損失上就是使用戶的停電損失減少。以配電網(wǎng)為增加可靠性而增加的投資與可靠性增加而使用戶減少的年停電損 失之和作為年供電總成本，并以年供電總成本為目標(biāo)函數(shù)來尋求最佳的投資策略總成本RJgfR)可用率可用率與成本關(guān)系圖增加一個(gè)單位可靠性水平而增加的投資成本，通常稱之為投資費(fèi)用相對(duì)于可 靠性水平的微增率：增加一個(gè)單位可靠性水平而獲得的效益或減少的停電損失 當(dāng)投資成本對(duì)可靠性的單位增量與停電損失對(duì)可靠性的單位增量互為相反數(shù)時(shí) 的可靠性水平為最佳的可靠性水平，即此時(shí)所對(duì)應(yīng)的投資決策為最佳投資決策。在

5、配電網(wǎng)中為提高對(duì)用戶供電可靠性往往需要增加設(shè)備，這當(dāng)然使得投入增 加；另一方面，對(duì)用戶供電可靠性增加會(huì)使用戶的停電損失減少。如果將增加可靠性而增加設(shè)備的投入當(dāng)成可靠性成本，而將用戶供電可靠性的增加 使用戶的停電損失減少看成可靠性效益的話，有必要尋找一個(gè)比較好的投資策 略使可靠性成本與可靠性效益綜合最為有利。2.配電網(wǎng)實(shí)用計(jì)算方法配電子網(wǎng)的投資決策問題應(yīng)該從社會(huì)效益最佳的角度出發(fā)來考慮。將電網(wǎng)方與用戶方的投資行為結(jié)合起來考慮，在分析供電可靠性指標(biāo)的基礎(chǔ)上考慮用戶的 停電損失，并將停電損失與投資費(fèi)用相結(jié)合，從而得到年費(fèi)用最低的投資方案 配電網(wǎng)末端的投資策略的研究上。在研究配網(wǎng)末端的投資時(shí)與用戶自身

6、的反應(yīng)相 結(jié)合，即將考慮電網(wǎng)的投入和用戶自身在電力設(shè)備上的投入相結(jié)合，并考慮最終用戶的供電可靠性和停電損失，從而得到社會(huì)效益最優(yōu)的前提下的投資策略。文中用決策樹的方法來獲得最終的投資策略.3問題引出某新建用戶的總?cè)萘繛閜t，其中重要負(fù)荷的容量為，一般負(fù)荷 的容量為Pn，重要負(fù)荷所占比例為:，用戶的平均負(fù)荷總量為P，用 戶的平均負(fù)荷系數(shù)為一：，且認(rèn)為重要負(fù)荷與一般負(fù)荷的負(fù)荷系數(shù)相同， 重要負(fù)荷的年平均負(fù)荷為5i，般負(fù)荷的年平均負(fù)荷為'Pn，則有 p =Bpt =P（p+pn），卩Pi=ap，卩Pn=（1_Ct）p ；其重要負(fù)荷的停電損失比 一般負(fù)荷要大得多，重要負(fù)荷得停電損失為 di元k

7、W.h, 般負(fù)荷 的停電損失為dn元/kW.h。根據(jù)具體的地理環(huán)境及已有的配電網(wǎng)絡(luò)， 離該用戶最近的兩條高壓饋線距離分別為ii、J，此二高壓饋線的供 電可用率均為R?，F(xiàn)在的問題是如何進(jìn)行投資，以使社會(huì)效益達(dá)到最 優(yōu)。4.問題解析供電線路一般不會(huì)超過兩條，而在用戶側(cè)自備電源 （這里分析中選為UPS又 可分為三種情況：對(duì)所有用戶都不配UPS只對(duì)重要用戶配UPSU及對(duì)所有用戶配UPS對(duì)于以上問題，可能有的投資方案有六種，分別為：1）從高壓饋線之一架設(shè)一輸電線路至用戶，所有的用戶負(fù)荷均由電網(wǎng)供電2）從兩條高壓饋線分別架設(shè)一條輸電線路至用戶， 所有的用戶負(fù)荷均由電網(wǎng)供電3）架設(shè)一條輸電線路至用戶，但在用

8、戶側(cè)，將一般負(fù)荷由電網(wǎng)直接供電，而重要 負(fù)荷則由電網(wǎng)經(jīng)UP供電，4）從兩條高壓饋線分別架設(shè)一條輸電線路至用戶， 但在用戶側(cè)，將一般負(fù)荷由電 網(wǎng)直接供電，而重要負(fù)荷則由電網(wǎng)經(jīng) UP供電5）從一條高壓饋線上架設(shè)一條輸電線路至用戶， 將所有用戶由電網(wǎng)經(jīng)UP供電（即 所有負(fù)荷都配UPS）,6）分別從兩條高壓饋線上設(shè)一條輸電線路至用戶，將所有用戶由電網(wǎng)經(jīng)UPSft電所有負(fù)荷鬲壓餓線一高壓線二簡(jiǎn)壓!9線GO一股負(fù)衙»心Iy±1i更要負(fù)荷高壓驚線一H3EH一般負(fù)商H3D- 所有負(fù)SiC2>®»»a-GDT 所有負(fù)荷髙壓iSI線一j|T新有負(fù)荷烏圧饋線二

9、以年成本代價(jià)最小為目標(biāo)函數(shù)，為了確定投資決策，應(yīng)該對(duì)每種方案計(jì)算其 投資及停電損失。其中，每種方案的投資為線路的投資、變壓器的投資以及UPS的投資(如果有的話)；而停電損失則由每種方案的可靠性指標(biāo)求得。由于 UPS的 成本較高，第5、6種兩種方案通常不被考慮，5問題求解1 )計(jì)算平均投資成本設(shè)架設(shè)線路的成本為d元/ km，變壓器的成本為C1元/臺(tái)，UP電源的成本為C2 元/臺(tái)。由于兩條高壓饋線的供電可靠性相同，因此如果是架設(shè)一條線路的 話，肯定是從離用戶近的那條高壓饋線處獲電。 設(shè)用戶離兩條高壓饋線距離分別 為11、12，且11川2，貝U以上四種策略的線路與變壓器的投資費(fèi)用之和分別為：d 11

10、 C1 d (11 12) 2C1 d 11 C1d (11 12) 2C1、 、 、社會(huì)折現(xiàn)率SRD(Social Rate of Discount)為p(在我國推薦取10%左右)，線路及變壓器總投資費(fèi)用在其壽命周期內(nèi)(按30年計(jì))的年均費(fèi)用為其投資費(fèi)用與P(1 P)3030系數(shù)(1 p) 一1的乘積，如p二10%，則此系數(shù)近似為0.1 ;而對(duì)UPS!源而言，由于其設(shè)計(jì)壽命一般為10年，為UPS勺價(jià)格與系數(shù)P(1 P)1010(1 p) 一1的乘積，如p二10%，則此系數(shù)近似為0.15o綜上所述，前四種方案的年均投資成本代價(jià)分別為：第一種方案：0.1(d l1 C1)第一種方案：0.1 Id

11、(l1 l2) 2G 1第二種方案：0.1(d* h G)0.15C2第四種方案：0.1 l-d (l1 ' l2) 2C10.15C22)計(jì)算年停電損失的費(fèi)用下面我們來考慮前四種方案下的年停電損失的費(fèi)用。為了方便，設(shè)兩線路的故障率均為i，變壓器(含隔離開關(guān)、斷路器等)的故障率為2，由于線路與變壓器串聯(lián)，因此每回線的故障率二' '2，設(shè)每回線p的修復(fù)率為J，則所架設(shè)的負(fù)荷支路的可可用率為'。對(duì)方案一，用戶獲得的供電可用率 R，則用戶所有負(fù)荷的年停電時(shí)間均為p(1 - R ) 87605，方案一的年停電損失為pI(1-R ) 8760( ： pd ： pndn)

12、=(1-R) 8760: pdi (1 - ：)pdn九+卩九+卩這里：p1為重要負(fù)荷的年平均負(fù)荷量，：pn為一般負(fù)荷的年平均負(fù)荷量；d1為重要負(fù)荷的單位停電損失，dn為一般負(fù)荷的停電損失，P為用戶總負(fù)荷的年平均負(fù)荷量，：為重要負(fù)荷占總負(fù)荷的比例。以下三式中各符號(hào)的意義與此同。同樣的分析可得，方案二的年停電損失為：(1-R )2 8760( 54Pndn)=(1-R)2 8760: pd1 (1-： )pdn扎+ K扎+ K方案三的年停電損失為：(1_R 丄I)8760 4 (1 R 亠|)(1 -R')8760 Ipa =(18760(1 YJpd. (1- R') 8760

13、：呦1方案四的年停電損失為：(1-R )2 8760 fdn (1-R )2(1-R) 8760 一： P1H = (1 - R )2 8760(1 - ：)pd. (1 - F 扎+ »扎+ 4扎+鼻這幾個(gè)式子中R為高壓饋線的可用率，R為UPS勺可用率。3)求得各方案的年費(fèi)用有了各方案下的停電損失，將它們與各方案的年均投資成本代價(jià)相加即得各方案的年費(fèi)用，將這四種方案的年費(fèi)用進(jìn)行比較，即可得出最優(yōu)的投資方案。1) 求各方案的年平均投資成本代價(jià)2) 求各方案下各種負(fù)荷所得到的供電可靠性指標(biāo)即供電不可用率3) 根據(jù)可靠性指標(biāo)求各方案下所有負(fù)荷的年停電損失4) 求出各方案的年費(fèi)用5) 畫決

14、策樹，剪枝、決策6實(shí)例分析用戶距2高壓饋線的距離分別為1.8km、2.7km,架空線路的成本約為50萬元 /km高壓饋線上供電的可用率 R為99.5 % :用戶負(fù)荷總量為160kW其中重要 負(fù)荷為15kw, 一般負(fù)荷為145kw,重要負(fù)荷的停電損失為125元/ kw .小時(shí)，一 般負(fù)荷的停電損失為18.5元/ kw.小時(shí)：根據(jù)用戶的容量，其配電變壓器應(yīng)選為 200kVA，其價(jià)格為40萬元/臺(tái)套；若用戶選用UPS電源，則UPS電源的容量應(yīng)選 為20kVA，其價(jià)格為21萬元/臺(tái)套；每回線(含線路和變壓器)的故障率為0.仁 次/年，修復(fù)時(shí)間為48小時(shí)：UPS的平均無故障時(shí)間MTTF=500小時(shí)，修復(fù)

15、時(shí)間 為8小時(shí)。每回線路的修復(fù)率為8760 =182.5，每回線路的可用率48182.5 =99.95%，UPS勺可用率為 R = 5000 = 99.84%182.5 0.15000 8則第一種方案的所有負(fù)荷的年停電時(shí)間為：8760(1 - RRJ =48.15小時(shí)2則第二種方案的所有負(fù)荷的年停電時(shí)間為：8760(V RR)= °.2647小時(shí)第三種方案下一般負(fù)荷的年停電時(shí)間與方案一相同即為48.15小時(shí)；重要負(fù)荷的年停電時(shí)間為8760(RR1)(R0.077小時(shí)第四種方案下一般負(fù)荷的年停電時(shí)間與方案二相同即為0.2647小時(shí)；重要負(fù)荷的2 '年停電時(shí)間 8760(1 RR

16、) (1-R)=0.°005小時(shí)方案一的年均投資成本代價(jià)為：°.1(50 1.8 40) =13方案二的年均投資成本代價(jià)為：°.15° (1.8 2.7) (2 40)=30.5萬元方案三的年均投資成本代價(jià)為：0.1(50 1.8 40) 0.15 21 =16.15 萬元 方案四的年均投資成本代價(jià)為：財(cái)508 27)2 40 °15 2仆33.65萬元由此得：方案一的年費(fèi)用為:130000 48.15 (125 15 0.8 18.5 145 0.8)=306951 元此處用戶的平均負(fù)荷系數(shù)為1取0.8方案二的年費(fèi)用為：3050000.264

17、7 (125 15 0.8 18.5 145 0.8)=305972 元方案三的年費(fèi)用為：161500 48.15 18.5 0.8 145 0.077 125 15 0.8=266341 元方案四的年費(fèi)用為：336500 0.2647 18.5 145 0.8 0.0005 125 15 0.8 = 337076元為了決策方便，將以上過程畫成決策樹如下：266341元:1)0111 元年悴電0. 2&4755殆元170951%算停電4乩15h年律電U. O i /h年再屯0 o（M15n季停電<1 264711年停電仙.15h一般負(fù)荷14昧匕停電別先h"預(yù)荷】誠札停電

18、攔失為lOOS/kT.h 一股負(fù)荷】忻k眄停電糕矢為i備元冷也h 甫藍(lán)負(fù)荷1尿停車按茨丸元h監(jiān)負(fù)崙14計(jì)飢停電悄先為loTU/ k*. h車整負(fù)荷方專電損失為1<»用/kif. h -般加阮皿邱札停電鎖黃為出元幾鼻R 重裘奐苛I5M,俾電損失lDO./kW h為了驗(yàn)證前面所說的方案五、六不可取，我們來計(jì)算一下這兩種方案的年投 資成本二如果所有負(fù)荷均配UPS!源。則至少需要10臺(tái)20kVA的UPS則方案五、六的年投資成本分別將為：13 0.15 10 21 =44.5萬元及30.5 0.15 10 21 =62萬元。顯然，即使不算停電損失，其費(fèi)用也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它前四種方案.下面，我們來討論當(dāng)其它參數(shù)不變時(shí)各種方案的年費(fèi)用與重要負(fù)荷所在比重:的函數(shù)關(guān)系。如果每16kw的重要負(fù)荷就需要配一臺(tái)20kVA的UPSfe源則各方案的費(fèi)用 如下：綜上所述，求最優(yōu)投資方案的步驟為：方案的費(fèi)用如下：方案一的年費(fèi)用為：13 48.15 0.01160：0.0015 160（1 - ： ）= 24.6 65.4：（萬元）方案二的年費(fèi)用為：30.5 0.2647 0.01160：0.0015 160（1 - ： ） = 30.56 0.36：