本發(fā)明涉及電力線路節(jié)能評估、規(guī)劃領(lǐng)域，具體地說是一種從節(jié)能降損角度綜合評估線路運行適應(yīng)性情況的方法。
背景技術(shù)：
：目前，由于輸配電損耗占電力系統(tǒng)整體損耗比例最大，針對輸電線路進行節(jié)能適應(yīng)性評估能使之更直觀反映線路建設(shè)、運行的適應(yīng)情況。傳統(tǒng)對電氣設(shè)備的評估主要集中于全壽命周期成本的計算，將出現(xiàn)以下問題：同樣能滿足一個供區(qū)供電要求，一個建設(shè)成本較高、但是能經(jīng)濟運行的線路網(wǎng)架建設(shè)方案與一個建設(shè)成本較低，但是損耗較高、運行接近容量上限的線路網(wǎng)架建設(shè)方案，在考慮我國節(jié)能減排，需有效抑制碳排放量的背景下，選擇困難。依照傳統(tǒng)對電力設(shè)備的經(jīng)濟性評價方法：1.非可見參數(shù)對能耗的影響均采用估計值或者是平均值，沒有量化方案；2.單一成本指標將有可能導(dǎo)致對低價、高耗的電力線路布置技術(shù)方案具有更高的評價，而具備環(huán)保性、優(yōu)結(jié)構(gòu)的線路布置方案被淘汰。此外，傳統(tǒng)評估方法不計及天氣、區(qū)位等外部客觀因素對電力設(shè)備的影響，就電力線路而言，由于其大部分直接暴露于外部環(huán)境，傳統(tǒng)方法一般忽略外部影響對電力設(shè)備評估計算的影響，對于線路來說，會出現(xiàn)一定的偏差。技術(shù)實現(xiàn)要素：為克服傳統(tǒng)電力線路評價方法由于時間窗過長導(dǎo)致的概數(shù)、平均過多，非參數(shù)信息被忽略，節(jié)能性能在評價中遭到淹沒的缺陷，本發(fā)明提供一種電力線路節(jié)能降損適應(yīng)性評估方法，該方法的時間窗以小時為單位，統(tǒng)計跨度為全年，建立完善細化的損耗模型及節(jié)能角度的評價二維指標，通過bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)修正外部因素影響的相關(guān)參量，以解決現(xiàn)有方法對線路節(jié)能降損適應(yīng)性的評價問題。為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種電力線路節(jié)能適應(yīng)性評估方法，其采用經(jīng)濟指標及節(jié)能指標分級評估作為線路節(jié)能降損適應(yīng)性評估手段，采用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對線路容量上限、線路故障后維修費用基值、故障概率基值、土地征用等級、電纜使用長度基值和線路距離人口集中區(qū)域系數(shù)進行修正計算，形成一種從節(jié)能降損角度評估電力線路節(jié)能適應(yīng)性的二維方法。進一步地，所述經(jīng)濟指標采用的評估模型為：上式中，η為成本指標，表示成本量對利潤占比，cii為單回輸電線路一次性投入折至當(dāng)年費用，n為線路回數(shù)，cm為當(dāng)年運行維護成本，cz為當(dāng)年折舊費用，cp為每度電的利潤，cg為當(dāng)年環(huán)保費用，ck為當(dāng)年線路電暈損耗費用，cl為當(dāng)年線路傳輸損耗費用，cs為當(dāng)年線路安全成本，f(t)＝pt為線路某小時內(nèi)的有功功率；η越低表示單位成本所能造成的利潤越高，其效益越好。進一步地，所述節(jié)能指標采用的評估模型為：其中，cz為當(dāng)年折舊費用，cp為每度電的利潤，cg為當(dāng)年環(huán)保費用，ck為當(dāng)年線路電暈損耗費用，cl為當(dāng)年線路傳輸損耗費用，cs為當(dāng)年線路安全成本，f(t)＝pt為線路某小時內(nèi)的有功功率，ηloss表示節(jié)能環(huán)保支出占收益的比例，該比例越低說明節(jié)能環(huán)保效率越高，是從節(jié)能方面改進的評估指標。進一步地，以計算得到的η，ηloss為橫坐標，適應(yīng)性等級為縱坐標，繪制得到二維的電力線路節(jié)能適應(yīng)性分級依據(jù)圖，按照電力線路節(jié)能適應(yīng)性分級依據(jù)圖對電力線路節(jié)能適應(yīng)性進行評價，適應(yīng)性等級越低，表示適應(yīng)性越好。進一步地，所述當(dāng)年線路傳輸損耗費用的計算公式如下：cl＝sl·cpre，上式中，wl為損耗功率，sl為損耗電量；n為線路回數(shù)；l為線路長度，α為考慮弧垂及地形時線路裕度系數(shù)；ri,xi分別為線路電阻和電抗；f(t)＝pt為線路某小時內(nèi)的有功功率；γ(t)＝qt為線路某小時內(nèi)的無功功率情況；β為無功損耗折算至有功的影響因素，一般取0.1；m'為導(dǎo)線分裂數(shù)；μ(t)＝ut為線路某小時內(nèi)的線路電壓，cpre為每度電的單價。線損計算時間窗制定為1小時，有利于整體計算中更詳細的計算相關(guān)線損情況，更接近實際情況?？紤]整體評估時間窗為1年，對每天每小時情況進行積分。進一步地，所述當(dāng)年線路安全成本的計算公式如下：cs＝sr·icr·ccr+cdicr為故障概率，其為在同一供區(qū)內(nèi)，統(tǒng)計所有同電壓等級線路故障時間占總運行時間的比作為出現(xiàn)故障的概率；m為故障的線路的數(shù)量；n為供區(qū)內(nèi)線路總數(shù)量；li為單條線路的長度；tcr為一段線路一次故障處理時間；t為每年總時間；ri為全年第i小時負荷丟失情況，γ為過載系數(shù)，表明某段線路過載后需要切除的負荷比例(例如：線路上有功功率過載至1.1-1.2倍潮流上限)；考慮建設(shè)線路的回數(shù)，pj為第j條線路過載后的有功功率，為該線路可傳輸?shù)纳舷薰β?，δp為該線路故障后直接丟失的負荷情況，δq為損耗的無功，β為無功對有功的影響因素；sr為故障造成的負荷丟失總電量，tcr為整體故障時間，fj(t)＝ptj為第j回線路在故障的第t個小時窗口內(nèi)出現(xiàn)的有功功率；ccr為丟失負荷單位費用，cd為線路故障后維修費用。進一步地，bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入量挑選以下變量作為輸入向量：分別表示降水情況、溫度情況、災(zāi)害發(fā)生情況、土地征用等級、位置核心等級、傳輸上限功率基值、線路故障后維修費用基值、故障概率基值、電纜使用長度基值，經(jīng)樣本訓(xùn)練后采用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行修正，得到修正值后，帶入成本及損耗計算中；輸出量為修正后的參數(shù)向量其表達如下式：其中，oc'代表修改后的電暈損耗修正系數(shù)，p0',cd',icr',dlv',lw',dcv'分別代表修正后的傳輸上限功率、線路故障后維修費用修正值、故障概率修正值、土地征用等級修正值、電纜使用長度修正值、線路距離人口集中區(qū)域系數(shù)修正值。進一步地，所述的線路節(jié)能適應(yīng)性分級依據(jù)圖中，等級在0-1之間評定為a級，對于節(jié)能指標表示對工況下節(jié)能適應(yīng)性極好，能耗占比極低，對于經(jīng)濟指標來說，表示經(jīng)濟適應(yīng)性極高；等級在1-2之間評定為b級，對于節(jié)能指標表示對工況下節(jié)能適應(yīng)性較好，能耗占比較低，對于經(jīng)濟指標來說，表示經(jīng)濟適應(yīng)性較高；等級在2-3之間評定為c級，對于節(jié)能指標表示對工況下節(jié)能適應(yīng)性一般，對于經(jīng)濟指標來說，表示經(jīng)濟適應(yīng)性一般；等級在3-4之間評定為d級，對于節(jié)能指標表示對工況下節(jié)能適應(yīng)性較低，在選型的各個方面存在至少一項對節(jié)能性能有不利影響的情況，對于經(jīng)濟指標來說，表示經(jīng)濟適應(yīng)性較低；等級在4-6之間評定為e級，對于節(jié)能指標或經(jīng)濟指標來說，表示有幾項對相關(guān)指標具有不利影響的情況；等級在6以上評定為f級，對于節(jié)能指標或經(jīng)濟指標來說，損耗明顯大于可接受范圍，耗損及成本占比極高，可能存在危害線路正常運行的情況或線路容量上限與潮流嚴重不符。工程應(yīng)用中，a級表示適應(yīng)性非常好，是合理優(yōu)選的情況；b級表示中等偏上的合理方案；c級表示該線路選型或評測基本負荷運行要求，使用負荷經(jīng)濟性或節(jié)能性；d級表示運行中出現(xiàn)了影響經(jīng)濟性或節(jié)能性的問題，需要研究改善運行條件，但可以勉強接受運行結(jié)果；e級表示運行線路已出現(xiàn)了較大運行問題，雖在繼續(xù)運行但是需要嚴格監(jiān)控排除問題，并及時檢修維護，若是線路規(guī)劃需重新選型；f級表示經(jīng)濟性或節(jié)能性已經(jīng)超出了運行可接收條件，運行的線路應(yīng)及時安排更換，線路規(guī)劃需重新選型。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：考慮了線路非參數(shù)特征對安全損耗的修正，采用小時為時間窗，提高了周期成本、損耗的計算精度，從經(jīng)濟、節(jié)能二維標準對線路適應(yīng)性進行評價，對現(xiàn)有線路及線路規(guī)劃選型提供了節(jié)能降損適應(yīng)性評估依據(jù)。附圖說明圖1為本發(fā)明220kv線路節(jié)能適應(yīng)性分級依據(jù)圖(橫坐標為計算得到的指標值，縱坐標為適應(yīng)性評定等級)；圖2-1為某220kv電力線路日典型有功潮流曲線圖；圖2-2為某220kv電力線路改遷后日典型有功潮流曲線圖；圖3-1為某220kv電力線路全年最高有功潮流曲線圖；圖3-2為某220kv電力線路改遷后最高有功潮流曲線圖；圖4為本發(fā)明經(jīng)濟指標、節(jié)能性指標的組成及關(guān)聯(lián)圖；圖5為降水-電暈損耗影響模型圖；圖6為降水-故障概率影響模型圖；圖7為降水-容量上限影響模型圖；圖8為環(huán)境溫度-容量上限影響模型圖；圖9為地質(zhì)災(zāi)害-故障概率及危害影響模型圖；圖10為用地等級-綜合費用關(guān)系模型圖；圖11為核心區(qū)位置-電纜利用及環(huán)保成本關(guān)系模型圖。具體實施方式下面結(jié)合說明書附圖及具體實施方式對本發(fā)明進一步說明。1.一次性成本折算輸電線路一次性成本指線路建設(shè)至投產(chǎn)前的總開支，包括導(dǎo)線成本，鐵塔成本，土地購置成本和安裝調(diào)試成本?？紤]到主要應(yīng)用在設(shè)計及估算方面，計算采用以下表達：ci＝α·l·(cl+k·ct)+cland+cm上式中，l為線路長度，cl為使用線型每公里線路價格，α為考慮弧垂及地形時線路裕度系數(shù)，k為每公里鐵塔平均數(shù)量，ct為單個鐵塔均價，cland為征地費用，cm為施工及安裝費用?？紤]本發(fā)明適應(yīng)性評估時間窗為1年，在線路一次性投資成本的基礎(chǔ)上需考慮其第n年的折舊情況。上式中，cii為變壓器一次性費用折至第i年當(dāng)年的折舊成本，t為線路全壽命時間，一般取為20年，cland為土地征收費用，σ為銀行利率，cm為施工安裝費。2.電暈損耗折算送電線路中，電暈的發(fā)生也會一定程度上造成輸電線路的損耗，常用的皮克經(jīng)驗公式對其進行計算，電暈損耗經(jīng)驗計算可表示為：上式中，f為電源頻率，單位hz，r0是導(dǎo)線半徑，u為線路電壓，δ為空氣相對密度，s為線間距，oc為電暈損耗修正系數(shù)。上式中u0如下式：上式中，m為導(dǎo)線狀態(tài)系數(shù)。電暈損耗折算至電價后如下式：上式中，ck為電暈損耗費用(折算至電價)，cpre為每度電的單價，n為線路回數(shù)，pk為電暈損耗功率，時間窗口為1小時。3.運行維護成本輸電線路運維成本主要包括安全巡線人工、絕緣子清洗維護、線路計劃檢修等項，表達如下：上式中，cm為當(dāng)年運行維護成本，cxl為當(dāng)年安全巡視或安全保障費用，n為一年中絕緣子清洗維護次數(shù)，ccl為單次絕緣子維護費用，cfix為本年計劃檢修費用，一般為一次。單一線路運行維護成本可以按照同供區(qū)同樣線路或本線路過去的維護費用，按照每千米平均費用損耗推算。4.設(shè)備殘值折算設(shè)備殘值一般為設(shè)備處理成本與設(shè)備剩余值，一般采用固定取值3％～5％作為設(shè)備殘值，考慮細化細算，可以使用定律折舊計算：kn＝k0(1-d)n上式中，k0為設(shè)備初值，kn為設(shè)備第n年時的殘值，d為固定折舊率，按照一個特征點求得：cz＝ki-1-kicz為當(dāng)年折舊費用，d為固定折舊率，i為當(dāng)年設(shè)備運行年，ki為第i年設(shè)備的殘值，折舊情況表示為上一年殘值減去當(dāng)年殘值。5.安全成本安全成本為相關(guān)線路建設(shè)后在聯(lián)系的節(jié)點間概率出現(xiàn)故障后，可能造成的損失。該損失主要包含：1.維修費；2.負荷損失；3.故障導(dǎo)致的其他線路過載。由于一般情況下，斷線、短路等故障的出現(xiàn)是在某一個點上，可認為該故障屬于某一段線路內(nèi)，線路基礎(chǔ)故障率采用如下表達：上式中，icr為故障概率，其為在同一供區(qū)內(nèi)，統(tǒng)計所有同電壓等級線路故障時間占總運行時間的比作為出現(xiàn)故障的概率；m為故障線路的數(shù)量；n為供區(qū)內(nèi)線路總數(shù)量；li為單條線路的長度；tcr為一段線路一次故障處理時間；t為每年總時間。針對某地區(qū)該線路的“n-1”情況，通過潮流計算得到在該線路斷開后，可能出現(xiàn)的負荷丟失及供區(qū)其他線路過載，針對附近線路的過載情況，由于線路不允許長時間過載，所以相應(yīng)的過載部分應(yīng)折算到相關(guān)節(jié)點的負荷限制上，最終采用每小時系統(tǒng)數(shù)據(jù)對相關(guān)系統(tǒng)的計算如下：上式中，ri為全年第i小時負荷丟失情況，γ為過載系數(shù)，表明某段線路過載后需要切除負荷(例如：線路上有功功率過載至1.1-1.2倍潮流上限)；考慮建設(shè)線路的回數(shù)，pj為第j條線路過載后的有功功率，為該線路可傳輸?shù)纳舷薰β剩膒為該線路故障后直接丟失的負荷情況，δq為損耗的無功，β為無功對有功的影響因素，取0.1。考慮需計算丟失負荷總電量，將對全年情況做以小時為單位窗口的積分：上式中，sr為故障造成的負荷丟失總電量，tcr為整體故障時間，fj(t)＝ptj為第j回線路在故障的第t個小時窗口內(nèi)出現(xiàn)的有功功率。安全成本cs表達如下：cs＝sr·icr·ccr+cd上式中，ccr為丟失負荷單位費用，cd為線路故障后維修費用。6.外部環(huán)保成本外環(huán)保能成本主要為非電氣損耗因素可能出現(xiàn)的影響，其包括占地環(huán)保成本、噪音及線路區(qū)位成本。占地環(huán)保成本一方面與整體占地面積有關(guān)，一方面對其在關(guān)鍵區(qū)域涉及的占地情況有關(guān)；噪聲及區(qū)位成本主要考慮線路運行對附近的居住地及村落的距離情況。可以看出，此項不但關(guān)系到線路用地的科學(xué)環(huán)保性，還與征地及相關(guān)施工難度有較大的關(guān)系。相關(guān)表述如下：上式中，cg為當(dāng)年環(huán)保費用，wi為第i回線路送線均寬，li為該回線路長度，dlv為土地征用等級，表示線路主要用地情況，cfd為用地基本環(huán)保成本，f(l)＝l'為穿過聚落或核心區(qū)的線路長度，dcv為線路距離人口集中區(qū)域系數(shù)，表示對周圍居民影響程度，ccd為噪聲及施工基本環(huán)保成本。7.bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)樣本修正綜合考慮bp神經(jīng)算法特點及相關(guān)外部環(huán)境變量對相關(guān)損耗、成本所造成的影響因素，采用模糊離散的關(guān)系曲線作為樣本生成依據(jù)，在結(jié)合實際樣本情況下對相關(guān)參數(shù)進行優(yōu)化修正。bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入量挑選以下變量作為輸入向量：分別表示降水情況、溫度情況、災(zāi)害發(fā)生情況、土地征用等級、位置核心等級、傳輸上限功率基值、線路故障后維修費用基值、故障概率基值、電纜使用長度基值，根據(jù)圖5-11對上述各向量按等級量化后用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行修正，得到修正值后，帶入成本及損耗計算中。輸出量為修正后的參數(shù)向量其表達如下式：其中，oc'代表修改后的電暈損耗修正系數(shù)，p0',cd',icr',dlv',lw',dcv'分別代表修正后的傳輸上限功率、線路故障后維修費用修正值、故障概率修正值、土地征用等級修正值、電纜使用長度修正值、線路距離人口集中區(qū)域系數(shù)修正值。8.雙指標評估模型為細化變壓器運行情況評估方法，通過改進和多側(cè)面描述來完善對線路損耗及情況的描述，本發(fā)明采用以下綜合周期成本占比來評估線路的成本情況。上式中，η為成本指標表示成本量對利潤占比，體現(xiàn)經(jīng)濟性，cii為單回輸電線路一次性投入折至當(dāng)年費用，n為線路回數(shù)，cm為當(dāng)年運行維護成本，cz為當(dāng)年折舊費用，cp為每度電的利潤，cg為環(huán)保費用，ck為線路電暈損耗費用，cl為當(dāng)年線路傳輸損耗費用，cs為安全成本，f(t)＝pt為線路某小時內(nèi)的有功功率。η越低表示單位成本所能造成的利潤越高，其效益越好。上述模型針對所有在線路發(fā)生的損失或成本，由于隨著社會的發(fā)展，環(huán)保情況將不能單純用經(jīng)濟指標來與成本類的進行平衡或計算，有必要設(shè)置單獨的節(jié)能環(huán)保評價指標。當(dāng)將重點集中在環(huán)保這一項時，一次性投入等不進入計算，相關(guān)評價模型如下：其中，cz為當(dāng)年折舊費用，cp為每度電的利潤，cg為環(huán)保費用，ck為線路電暈損耗費用，cl為當(dāng)年線路傳輸損耗費用，cs為安全成本，f(t)＝pt為線路某小時內(nèi)的有功功率。ηloss表示節(jié)能環(huán)保支出占收益的比例，該比例越低說明節(jié)能環(huán)保效率越高，是從節(jié)能方面改進的評估指標。應(yīng)用例：相關(guān)計算及實現(xiàn)步驟如下：1.收集待測區(qū)域線路及電網(wǎng)的相關(guān)參數(shù)，如：選取浙江某市220kv輸電線路不同路徑進行分析對比。該線路已運行8年，原線路型號及增容遷改相關(guān)情況如下：溫度和降水情況采用正太分布，降水天數(shù)考慮浙江整體降水較多共設(shè)置60日降水，日期平均分布。原始線路線路改遷導(dǎo)線lgj‐4002×lgj‐400線路長度(km)3222+16(其他已有線路)導(dǎo)線單價/(萬元/km)58100安裝費/(萬元/km)1013土地購置費/萬元760240功率因素0.950.95總壽命周期(年)2020剩余壽命(年)1220+16維護費用(萬元/km/年)88.5區(qū)域年故障次數(shù)2727區(qū)域220kv線路總長度(km)14801480維修成本(萬元)6060區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害//路徑核心區(qū)情況3級1級用地等級2級1級2.對線路潮流功率情況進行細化至小時級，取得全年線路潮流功率日高峰，依照典型負荷日24小時負荷分布情況按比例縮放24小時功率至每天，獲得全年每小時線路功率，采集量如圖2所示，全年最高有功潮流曲線圖如圖3所示。3.對于圖4中c1-c6部分，按照前述計算公式進行計算，得到各分項成本或損耗。4.針對外部因素對上述成本及損耗產(chǎn)生影響的參數(shù)，采用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)針對外部環(huán)境因素進行修正計算，bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用圖5-圖11經(jīng)驗樣本及實際實測樣本進行訓(xùn)練。5.采用各修正后參數(shù)進行兩種線路建設(shè)方案的成本指標及節(jié)能指標比較，本算例計算結(jié)果如下表：6.得到終值后代入圖1找到對應(yīng)的分級區(qū)間，確認區(qū)間后，按照附圖說明中評價方式進行評價。圖1的分級圖依據(jù)大量計算值及現(xiàn)有110kv變壓器分級情況綜合繪制。當(dāng)前第1頁12