本發(fā)明涉及一種基于全壽命周期模型的配電網(wǎng)節(jié)能效益評(píng)測(cè)方法，屬于電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、分析和控制技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

為應(yīng)對(duì)日趨緊張的能源形勢(shì)，節(jié)約能源，打造綠色生態(tài)環(huán)境，我國(guó)正積極開(kāi)展各項(xiàng)配電網(wǎng)節(jié)能改造工作。配電網(wǎng)節(jié)能改造常采用增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置、更換節(jié)能輸變電設(shè)備等措施，改造成本不僅包括更換配電變壓器、導(dǎo)線、增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置等設(shè)備費(fèi)用，還包括場(chǎng)地、人工費(fèi)用，成本計(jì)算較為復(fù)雜，且實(shí)際配電網(wǎng)改造工程一般會(huì)受到資金的限制，而配電網(wǎng)改造項(xiàng)目往往更重視技術(shù)，對(duì)經(jīng)濟(jì)性分析研究重視程度不夠。因此，需要對(duì)各項(xiàng)改造成本進(jìn)行分析，為改造方案的決策提供依據(jù)。

針對(duì)配電網(wǎng)改造工程成本分析問(wèn)題，目前已有一些研究。文獻(xiàn)“基于改進(jìn)層次分析法的配電網(wǎng)中壓改造項(xiàng)目迫切度分析”針對(duì)配電網(wǎng)改造資金不足的問(wèn)題，提出10kV饋線的改造迫切度概念，為科學(xué)有效安排改造項(xiàng)目?jī)?yōu)先次序提供依據(jù)，但只考慮了初始投資成本，而配電網(wǎng)改造項(xiàng)目投運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)，相比與初始投資成本，在運(yùn)行期間的費(fèi)用一般會(huì)占有不可忽視的比重；文獻(xiàn)“基于灰關(guān)聯(lián)加權(quán)的配電網(wǎng)緊湊型節(jié)能改造投資規(guī)劃”為充分利用改造資金,采用灰關(guān)聯(lián)加權(quán)分析方法，建立改造投資分配的粗規(guī)劃模型，但沒(méi)有對(duì)各項(xiàng)改造措施成本進(jìn)行具體分析，沒(méi)有建立具體的配電網(wǎng)節(jié)能改造成本模型；文獻(xiàn)“配電網(wǎng)節(jié)能改造優(yōu)化建模研究”建立了導(dǎo)線更換和中低壓無(wú)功配置協(xié)同優(yōu)化的配電網(wǎng)節(jié)能改造優(yōu)化模型，在成本計(jì)算中，計(jì)及了設(shè)備更換或增設(shè)的初始投資成本以及配電網(wǎng)的年網(wǎng)損費(fèi)用，但是沒(méi)有考慮改造后投入使用過(guò)程中產(chǎn)生的檢修成本及最終的報(bào)廢處置成本；文獻(xiàn)“基于LCC的配電網(wǎng)電壓偏差治理措施的優(yōu)化”從全壽命周期的角度，考慮了配電網(wǎng)改造的各項(xiàng)成本，但是計(jì)算導(dǎo)線的運(yùn)行損耗成本時(shí)，采用額定電流來(lái)估算損耗的方法，沒(méi)有考慮負(fù)荷水平對(duì)運(yùn)行成本的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所需解決的技術(shù)問(wèn)題提供一種基于全壽命周期模型的配電網(wǎng)節(jié)能效益評(píng)測(cè)方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

一種基于全壽命周期模型的配電網(wǎng)節(jié)能效益評(píng)測(cè)方法，包括以下步驟：

1)引入設(shè)備購(gòu)置安裝成本、設(shè)備運(yùn)行成本、設(shè)備檢修成本、設(shè)備報(bào)廢處置成本的概念，建立配電網(wǎng)改造的全壽命周期成本模型；

2)運(yùn)用現(xiàn)金流量法，將每項(xiàng)成本都轉(zhuǎn)化為現(xiàn)值計(jì)算，建立基于資金時(shí)間價(jià)值的配電網(wǎng)改造成本模型；

3)引入配電變壓器運(yùn)行損耗和配電線路運(yùn)行損耗，并根據(jù)負(fù)荷的季節(jié)特性以及配電變壓器、配電線路損耗的計(jì)算公式建立的配電變壓器和配電線路年運(yùn)行損耗數(shù)學(xué)模型；

4)引入改造措施的設(shè)備購(gòu)置安裝成本、設(shè)備運(yùn)行成本、設(shè)備檢修成本具體的計(jì)算模型，并將此三個(gè)模型代入配電網(wǎng)改造的全壽命周期成本模型，得到配電變壓器改造、配電線路改造和增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置三種配電網(wǎng)改造措施的全壽命周期成本。

作為優(yōu)化，所述步驟1)中：

配電網(wǎng)改造的全壽命周期成本費(fèi)用包括設(shè)備購(gòu)置安裝成本、設(shè)備運(yùn)行成本、設(shè)備檢修成本、設(shè)備報(bào)廢處置成本四個(gè)部分，綜合考慮項(xiàng)目從規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行直至報(bào)廢的一系列費(fèi)用，用式(1)表示；其中，設(shè)備購(gòu)置安裝成本包括設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用和安裝費(fèi)用；設(shè)備運(yùn)行成本為電能損耗費(fèi)用；設(shè)備檢修成本是檢修人工費(fèi)用和材料費(fèi)用；設(shè)備報(bào)廢處置成本為設(shè)備達(dá)到使用壽命時(shí)，除去設(shè)備殘值的報(bào)廢清理費(fèi)用，由于配電設(shè)備的殘值很大，設(shè)備報(bào)廢處置成本往往為負(fù)值；

LCC＝C_I+C_O+C_M+C_D (1)

式中，LCC為配電網(wǎng)改造全壽命周期成本；C_I為配電網(wǎng)改造設(shè)備購(gòu)置安裝成本；C_O為配電網(wǎng)改造設(shè)備運(yùn)行成本；C_M為配電網(wǎng)改造設(shè)備檢修成本；C_D為配電網(wǎng)改造設(shè)備報(bào)廢處置成本。

作為優(yōu)化，所述步驟2)包括：

在實(shí)際配電網(wǎng)改造中，設(shè)備購(gòu)置安裝成本在改造初始時(shí)期產(chǎn)生，設(shè)備運(yùn)行成本、設(shè)備檢修成本發(fā)生在整個(gè)設(shè)備使用過(guò)程中，報(bào)廢處置成本發(fā)生在設(shè)備壽命終止時(shí)；幾項(xiàng)成本發(fā)生時(shí)間跨度較大，為方便分析比較不同時(shí)間產(chǎn)生的成本，運(yùn)用 現(xiàn)金流量法，將每項(xiàng)成本都轉(zhuǎn)化為現(xiàn)值計(jì)算；

基于資金時(shí)間價(jià)值的配電網(wǎng)改造全壽命周期成本為：

式中，C_I是設(shè)備購(gòu)置安裝成本，為現(xiàn)值；C_Oa是設(shè)備運(yùn)行成本的等年值；C_Ma是設(shè)備檢修成本等年值；C_Df是設(shè)備報(bào)廢處置成本，為未來(lái)值；i為貼現(xiàn)率；n為設(shè)備使用壽命。

作為優(yōu)化，所述步驟3)中：

配電變壓器損耗由空載損耗和負(fù)載損耗兩部分構(gòu)成，受負(fù)荷水平影響的為負(fù)載損耗；配電線路有功損耗主要和線路電阻及負(fù)荷水平相關(guān)，線路電阻則由線路型號(hào)和線路長(zhǎng)度決定；

配電變壓器運(yùn)行損耗的計(jì)算公式為：

式中，ΔP_T為配電變壓器的運(yùn)行損耗；P_f為配電變壓器的空載損耗；ΔP_Cu為配電變壓器的負(fù)載損耗；β為配電變壓器的負(fù)載率；ΔP_CuN為配電變壓器在額定電流下工作的銅損；

配電線路運(yùn)行損耗的計(jì)算公式為：

式中，ΔP_L為配電線路的運(yùn)行損耗；P為配電線路上的有功負(fù)荷；Q為配電線路上的無(wú)功負(fù)荷；U為線路電壓；r為線路電阻；ρ為線路電阻率；L為線路長(zhǎng)度；

依據(jù)負(fù)荷的季節(jié)特性以及配電變壓器、配電線路損耗的計(jì)算公式，從四季中分別取一天的典型日負(fù)荷，首先計(jì)算每個(gè)季節(jié)典型日的配電變壓器、配電線路的運(yùn)行損耗，再根據(jù)四季在一年中占時(shí)，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行加權(quán)求和，得出一年的運(yùn) 行損耗，最后乘以上網(wǎng)電價(jià)，得出一年的運(yùn)行損耗成本；

建立的配電變壓器和配電線路年運(yùn)行損耗數(shù)學(xué)模型為：

式中，ΔP_Ta，ΔP_La分別為配電變壓器和配電線路的年運(yùn)行損耗；i為四季的序號(hào)，1為春季，2為夏季，3為秋季，4為冬季；α_i為季節(jié)權(quán)重；ΔP_Ti，ΔP_Li分別為對(duì)應(yīng)季節(jié)典型日的配電變壓器和配電線路一天損耗；一年取為365天。

作為優(yōu)化，所述步驟4)中：

配電變壓器改造具體措施為更換損耗過(guò)大的配電變壓器，配電線路改造的具體措施為擴(kuò)大架空導(dǎo)線線徑，增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的具體措施為增設(shè)并聯(lián)電容器，進(jìn)行中壓側(cè)集中補(bǔ)償；

配電變壓器改造和導(dǎo)線改造的設(shè)備購(gòu)置安裝成本計(jì)算都是在購(gòu)置成本的基礎(chǔ)上，乘以相應(yīng)的附件投資和施工費(fèi)用的系數(shù)，而并聯(lián)電容器設(shè)備購(gòu)置安裝成本則取為20元/kVar，具體如式(6)所示：

式中，C_TI、C_LI、C_QI分別為配電變壓器改造、配電線路改造、增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的投資成本；C_TIP為配電變壓器的購(gòu)置成本；120％為計(jì)入附件投資和施工費(fèi)用的系數(shù)；L為更換的導(dǎo)線長(zhǎng)度，P_L為導(dǎo)線的單價(jià)；161％為計(jì)入附件投資和施工費(fèi)用的系數(shù)；S_c為并聯(lián)電容器容量；

配電變壓器檢修周期基本固定，且每次檢修費(fèi)用基本相近，采用年檢修次數(shù)乘以平均每次的檢修費(fèi)用計(jì)算其年檢修費(fèi)用，與配電變壓器的型號(hào)，檢修難易程度相關(guān)；而10kV配電線路則采用年檢修費(fèi)用為3000元/km的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并?lián)電容器的檢修成本不單獨(dú)計(jì)算，歸到配電網(wǎng)其他元器件的檢修成本中，具體如式(7)所示：

式中，C_TMa、C_LMa、C_QMa分別為配電變壓器改造、配電線路改造、增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的檢修成本；N_M為配電變壓器每年的檢修次數(shù)；C_a為平均每次的檢修費(fèi)用；

配電網(wǎng)改造的運(yùn)行成本考慮負(fù)荷的時(shí)序特性，配電變壓器改造和導(dǎo)線改造的年運(yùn)行成本是在年運(yùn)行損耗的基礎(chǔ)上，乘以上網(wǎng)電價(jià)得到；而并聯(lián)電容器在正常運(yùn)行的情況下，損耗可以忽略不計(jì)，所以運(yùn)行成本計(jì)為零，具體如式(8)所示：

式中，C_TOa、C_LOa、C_QOa分別為配電變壓器改造、配電線路改造、增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行成本；C_PE上網(wǎng)電價(jià)；

設(shè)備的報(bào)廢處置成本方面取為負(fù)值，為設(shè)備購(gòu)置安裝成本的5％。則式(2)可以改寫(xiě)為：

將式(6)、(7)、(8)代入式(9)即可得到配電變壓器改造、配電線路改造和增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置三種配電網(wǎng)改造措施的全壽命周期成本。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比：

本發(fā)明從更換節(jié)能輸變電設(shè)備和增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置角度，結(jié)合全壽命周期成本概念，綜合考慮配電網(wǎng)改造各階段成本，重點(diǎn)分析配電變壓器改造、配電線路改造、增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置這三項(xiàng)改造措施的全壽命周期成本；各項(xiàng)成本發(fā)生時(shí)間跨度大，運(yùn)用現(xiàn)金流量法，將投資費(fèi)用統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為設(shè)備壽命周期初期的現(xiàn)值；結(jié)合居民負(fù)荷的季節(jié)特點(diǎn)，提出依據(jù)負(fù)荷季節(jié)特性計(jì)算設(shè)備運(yùn)行成本的方法，為 10kV中壓配電網(wǎng)改造投資提供參考思路。

本發(fā)明針對(duì)配電網(wǎng)改造成本分析問(wèn)題，建立了計(jì)及負(fù)荷時(shí)序特性的配電網(wǎng)節(jié)能改造全壽命周期成本模型，并分別歸納為配電變壓器改造、配電線路改造和無(wú)功補(bǔ)償改造全壽命周期成本模型，運(yùn)用現(xiàn)金流量法，將成本轉(zhuǎn)化為現(xiàn)值，得出以下結(jié)論：

1)相較于全壽命周期成本，配電網(wǎng)改造初期的設(shè)備購(gòu)置安裝成本占比較小，在配電網(wǎng)改造規(guī)劃時(shí)，應(yīng)該充分考慮整個(gè)改造和使用周期的成本；

2)隨著時(shí)間的積累，計(jì)及/不計(jì)負(fù)荷季節(jié)特性運(yùn)行損耗計(jì)算結(jié)果有較大差異，計(jì)及負(fù)荷季節(jié)特性的運(yùn)行損耗計(jì)算更貼近實(shí)際情況。

附圖說(shuō)明

圖1為四季典型日負(fù)荷曲線；

圖2為某配電網(wǎng)線路的拓?fù)鋱D；

圖3為購(gòu)置安裝成本與全壽命周期成本關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施和包含不限于此。

1考慮資金時(shí)間價(jià)值的配電網(wǎng)改造全壽命周期成本模型

1.1配電網(wǎng)改造的全壽命周期成本模型

配電網(wǎng)改造的全壽命周期成本費(fèi)用包括設(shè)備購(gòu)置安裝成本、設(shè)備運(yùn)行成本、設(shè)備檢修成本、設(shè)備報(bào)廢處置成本四個(gè)部分，綜合考慮了項(xiàng)目從規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行直至報(bào)廢的一系列費(fèi)用，用式(1)表示。其中，設(shè)備購(gòu)置安裝成本一般包括設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用和安裝費(fèi)用；設(shè)備運(yùn)行成本主要為電能損耗費(fèi)用；設(shè)備檢修成本主要是檢修人工費(fèi)用和材料費(fèi)用；設(shè)備報(bào)廢處置成本為設(shè)備達(dá)到使用壽命時(shí)，除去設(shè)備殘值的報(bào)廢清理費(fèi)用，由于配電設(shè)備的殘值很大，設(shè)備報(bào)廢處置成本往往為負(fù)值。

LCC＝C_I+C_O+C_M+C_D (1)

式中，LCC為配電網(wǎng)改造全壽命周期成本；C_I為配電網(wǎng)改造設(shè)備購(gòu)置安裝成本；C_O為配電網(wǎng)改造設(shè)備運(yùn)行成本；C_M為配電網(wǎng)改造設(shè)備檢修成本；C_D為配電網(wǎng)改造設(shè)備報(bào)廢處置成本。

1.2考慮資金時(shí)間價(jià)值的配電網(wǎng)改造成本模型

在實(shí)際配電網(wǎng)改造中，設(shè)備購(gòu)置安裝成本在改造初始時(shí)期產(chǎn)生，設(shè)備運(yùn)行成本、設(shè)備檢修成本發(fā)生在整個(gè)設(shè)備使用過(guò)程中，報(bào)廢處置成本發(fā)生在設(shè)備壽命終止時(shí)。幾項(xiàng)成本發(fā)生時(shí)間跨度較大，為方便分析比較不同時(shí)間產(chǎn)生的成本，本發(fā)明運(yùn)用現(xiàn)金流量法，將每項(xiàng)成本都轉(zhuǎn)化為現(xiàn)值計(jì)算。

考慮資金時(shí)間價(jià)值的配電網(wǎng)改造全壽命周期成本為：

式中，C_I是設(shè)備購(gòu)置安裝成本，為現(xiàn)值；C_Oa是設(shè)備運(yùn)行成本的等年值；C_Ma是設(shè)備檢修成本等年值；C_Df是設(shè)備報(bào)廢處置成本，為未來(lái)值；i為貼現(xiàn)率；n為設(shè)備使用壽命(年)。

2計(jì)及負(fù)荷時(shí)序特性的配電網(wǎng)節(jié)能改造全壽命周期成本模型

在上述全壽命周期成本中，設(shè)備的運(yùn)行成本C_Oa往往與負(fù)荷水平相關(guān)，以下著重分析負(fù)荷時(shí)許特性對(duì)配電變壓器和配電線路運(yùn)行成本的影響。

2.1負(fù)荷時(shí)序特性對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行成本的影響分析

配電變壓器損耗由空載損耗和負(fù)載損耗兩部分構(gòu)成，受負(fù)荷水平影響的為負(fù)載損耗。配電線路有功損耗主要和線路電阻及負(fù)荷水平相關(guān)，線路電阻則由線路型號(hào)和線路長(zhǎng)度決定。

配電變壓器運(yùn)行損耗的計(jì)算公式為：

式中，ΔP_T為配電變壓器的運(yùn)行損耗(kW)；P_f為配電變壓器的空載損耗(kW)；ΔP_Cu為配電變壓器的負(fù)載損耗(kW)；β為配電變壓器的負(fù)載率；ΔP_CuN為配電變壓器在額定電流下工作的銅損(kW)。

配電線路運(yùn)行損耗的計(jì)算公式為：

式中，ΔP_L為配電線路的運(yùn)行損耗(kW)；P為配電線路上的有功負(fù)荷(kW)；Q為配電線路上的無(wú)功負(fù)荷(kVar)；U為線路電壓(kV)；r為線路電阻(Ω)；ρ為線路電阻率(Ω/m)；L為線路長(zhǎng)度(m)。

分析式(3)、(4)發(fā)現(xiàn)，ΔP_T，ΔP_L與負(fù)荷都成非線性關(guān)系，若用一個(gè)負(fù)荷斷面來(lái)代替全年的負(fù)荷水平計(jì)算年運(yùn)行損耗，將很難客觀反映真實(shí)的運(yùn)行情況，特別是從全壽命周期角度考慮，改造后的配電變壓器和線路往往將長(zhǎng)期投入使用，這樣計(jì)算出的運(yùn)行成本將產(chǎn)生較大誤差。

以居民負(fù)荷為研究對(duì)象，典型的四季24點(diǎn)日負(fù)荷曲線如圖所示。分析圖1發(fā)現(xiàn)，夏季的負(fù)荷最高，春秋季的負(fù)荷較低，負(fù)荷隨季節(jié)的變化明顯。

依據(jù)負(fù)荷的季節(jié)特性以及配電變壓器、配電線路損耗的計(jì)算公式，本發(fā)明從四季中分別取一天的典型日負(fù)荷，首先計(jì)算每個(gè)季節(jié)典型日的配電變壓器、配電線路的運(yùn)行損耗，再根據(jù)四季在一年中占時(shí)，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行加權(quán)求和，得出一年的運(yùn)行損耗，最后乘以上網(wǎng)電價(jià)，得出一年的運(yùn)行損耗成本。

建立的配電變壓器和配電線路年運(yùn)行損耗數(shù)學(xué)模型為：

式中，ΔP_Ta，ΔP_La分別為配電變壓器和配電線路的年運(yùn)行損耗；i為四季的序號(hào)，1為春季，2為夏季，3為秋季，4為冬季；α_i為季節(jié)權(quán)重；ΔP_Ti，ΔP_Li分別為對(duì)應(yīng)季節(jié)典型日的配電變壓器和配電線路一天損耗；一年取為365天。

2.2配電設(shè)備節(jié)能改造全壽命周期成本模型

配電變壓器，配電線路以及無(wú)功補(bǔ)償裝置三者的安裝復(fù)雜程度、檢修難易程度以及運(yùn)行方式不盡相同，產(chǎn)生成本的計(jì)算方法也不一致。以下分別說(shuō)明三項(xiàng)改 造措施的設(shè)備購(gòu)置安裝成本、設(shè)備運(yùn)行成本、設(shè)備檢修成本具體的計(jì)算模型。本發(fā)明研究的配電變壓器改造具體措施為更換損耗過(guò)大的配電變壓器，配電線路改造的具體措施為擴(kuò)大架空導(dǎo)線線徑，增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的具體措施為增設(shè)并聯(lián)電容器，進(jìn)行中壓側(cè)集中補(bǔ)償。

配電網(wǎng)改造的設(shè)備購(gòu)置安裝成本采用工程經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，配電變壓器改造和?dǎo)線改造的設(shè)備購(gòu)置安裝成本計(jì)算都是在購(gòu)置成本的基礎(chǔ)上，乘以相應(yīng)的附件投資和施工費(fèi)用的系數(shù)，而并聯(lián)電容器設(shè)備購(gòu)置安裝成本則取為20元/kVar，具體如式(6)所示。

式中，C_TI、C_LI、C_QI分別為配電變壓器改造、配電線路改造、增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的投資成本；C_TIP為配電變壓器的購(gòu)置成本；120％為計(jì)入附件投資和施工費(fèi)用的系數(shù)；L為更換的導(dǎo)線長(zhǎng)度(km)，P_L為導(dǎo)線的單價(jià)(元/km)；161％為計(jì)入附件投資和施工費(fèi)用的系數(shù)；S_c為并聯(lián)電容器容量。

設(shè)備檢修成本方面也采用工程經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其中配電變壓器檢修周期基本固定，且每次檢修費(fèi)用基本相近，采用年檢修次數(shù)乘以平均每次的檢修費(fèi)用計(jì)算其年檢修費(fèi)用，與配電變壓器的型號(hào)，檢修難易程度相關(guān)；而10kV配電線路則采用年檢修費(fèi)用為3000元/km的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停⒙?lián)電容器的檢修成本不單獨(dú)計(jì)算，歸到配電網(wǎng)其他元器件的檢修成本中，具體如式(7)所示。

式中，C_TMa、C_LMa、C_QMa分別為配電變壓器改造、配電線路改造、增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的檢修成本；N_M為配電變壓器每年的檢修次數(shù)；C_a為平均每次的檢修費(fèi)用。

配電網(wǎng)改造的運(yùn)行成本考慮負(fù)荷的時(shí)序特性，配電變壓器改造和導(dǎo)線改造的年運(yùn)行成本是在年運(yùn)行損耗的基礎(chǔ)上，乘以上網(wǎng)電價(jià)得到；而并聯(lián)電容器在正常 運(yùn)行的情況下，損耗可以忽略不計(jì)，所以運(yùn)行成本計(jì)為零，具體如式(8)所示。

式中，C_TOa、C_LOa、C_QOa分別為配電變壓器改造、配電線路改造、增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行成本；C_PE上網(wǎng)電價(jià)(元/千瓦時(shí))。

設(shè)備的報(bào)廢處置成本方面依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)取為負(fù)值，為設(shè)備購(gòu)置安裝成本的5％。則式(4)可以改寫(xiě)為：

將式(6)、(7)、(8)代入式(9)即可得到配電變壓器改造、配電線路改造和增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置三種配電網(wǎng)改造措施的全壽命周期成本。

3算例分析

以某配電網(wǎng)改造為例，計(jì)算改造方案的全壽命周期成本和降損效果。線路的拓?fù)鋱D如圖2所示，配變、導(dǎo)線以及電纜的情況如表1、表2所示。

表1配電變壓器信息

表2 10kV導(dǎo)線信息

表3改造后年運(yùn)行成本

對(duì)此地區(qū)10kV配網(wǎng)進(jìn)行損耗分析計(jì)算，對(duì)損耗大的部分進(jìn)行改造。分析計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，此地區(qū)配電變壓器型號(hào)老舊，容量過(guò)小，不能滿(mǎn)足符合供電需求，部分配電線路線徑過(guò)小，損耗過(guò)大，并且缺少無(wú)功補(bǔ)償，線路末端電壓過(guò)低。針 對(duì)以上情況，改造方案具體如下：將1號(hào)、2號(hào)配變?cè)鋈葜?00kVA，將11號(hào)配變?cè)鋈葜?00kVA。將導(dǎo)線0-1,2-3更換為L(zhǎng)GJ-120，另外在高壓側(cè)增設(shè)300kVar的無(wú)功固定補(bǔ)償。全壽命成本計(jì)算中，設(shè)備壽命取為20年，貼現(xiàn)率取為8％；南京地區(qū)的四季權(quán)重分別為：春季0.175，秋季0.169，夏季和冬季為0.329。

改造后的年運(yùn)行成本如表3所示，每個(gè)季節(jié)的運(yùn)行成本占比為：春季和秋季都為15％，夏季為40％，冬季為30％。改造前后各季節(jié)典型日損耗對(duì)比如表4所示。改造方案的全壽命周期成本如表5所示。購(gòu)置安裝成本與全壽命周期成本的關(guān)系如圖3所示，購(gòu)置安裝成本占整個(gè)全壽命周期成本的15.54％。

表4改造前/后各季節(jié)典型日損耗對(duì)比

表5改造方案全壽命周期成本

表6計(jì)及/不計(jì)負(fù)荷季節(jié)特性運(yùn)行成本對(duì)比

計(jì)及/不計(jì)負(fù)荷季節(jié)特性的運(yùn)行成本對(duì)比如表6所示，其中，總運(yùn)行成本折現(xiàn)差值為計(jì)及/不計(jì)負(fù)荷季節(jié)特性的總運(yùn)行成本折現(xiàn)相減，這個(gè)差值與LCC折現(xiàn)成本相比，為L(zhǎng)CC折現(xiàn)成本的7.57％。

分析表4發(fā)現(xiàn)，改造后配電網(wǎng)的損耗有所降低，其中，夏季降損效果最明顯，依照夏季典型日負(fù)荷計(jì)算，對(duì)比改造前后計(jì)算結(jié)果，一天內(nèi)降低損耗為44.76千瓦時(shí)。分析表3、表4發(fā)現(xiàn)，年運(yùn)行損耗中，夏季和冬季的損耗較大，因?yàn)樗憷芯繉?duì)象為居民負(fù)荷，夏季和冬季的空調(diào)負(fù)荷增加，使得損耗也相應(yīng)增加。分析表5和圖3發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目的初始投資成本即購(gòu)置安裝成本只占整個(gè)全壽命周期成 本的15.54％，若只關(guān)注項(xiàng)目的初始投資，忽略在全壽命周期中的運(yùn)行成本、檢修成本和報(bào)廢處置成本，得到的改造方案不能保證在整個(gè)全壽命周期中經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。分析表5和表6發(fā)現(xiàn)，若不計(jì)負(fù)荷的季節(jié)特性，僅用一個(gè)典型的負(fù)荷值去計(jì)算全年的運(yùn)行成本，得出的結(jié)果與考慮負(fù)荷季節(jié)特性的運(yùn)行成本有較大差異，雖然在一年之內(nèi)的差異并不明顯，但隨著時(shí)間的推移，差異的積累，這個(gè)差值將占到整個(gè)LCC折現(xiàn)成本的7.57％。

4結(jié)語(yǔ)

本發(fā)明針對(duì)配電網(wǎng)改造成本分析問(wèn)題，建立了計(jì)及負(fù)荷時(shí)序特性的配電網(wǎng)節(jié)能改造全壽命周期成本模型，并分別歸納為配電變壓器改造、配電線路改造和無(wú)功補(bǔ)償改造全壽命周期成本模型，運(yùn)用現(xiàn)金流量法，將成本轉(zhuǎn)化為現(xiàn)值，得出以下結(jié)論：

1)相較于全壽命周期成本，配電網(wǎng)改造初期的設(shè)備購(gòu)置安裝成本占比較小，在配電網(wǎng)改造規(guī)劃時(shí)，應(yīng)該充分考慮整個(gè)改造和使用周期的成本；

2)隨著時(shí)間的積累，計(jì)及/不計(jì)負(fù)荷季節(jié)特性運(yùn)行損耗計(jì)算結(jié)果有較大差異，計(jì)及負(fù)荷季節(jié)特性的運(yùn)行損耗計(jì)算更貼近實(shí)際情況。