基于全寿命周期成本的配电网规划研究

唐飞

摘要：目前，市场经济体制的确立和完善促使供电企业之间的竞争日趋激烈。在配电网规划中应用全寿命周期成本，可以提升企业的经济效益和综合竞争力，推动其更好、更快地发展。在传统的配电网规划中，仅仅对项目建设阶段的造价有足够的重视，而忽略了项目未来的运行成本和可靠性。因此，我们需要将全寿命周期成本理念应用到配电网的规划中，以便更加合理地控制成本，提升经济效益。基于此，本文重点分析基于全寿命周期成本的配电网规划。

关键词：全寿命周期成本；配电网规划；研究

引言

配电网网络规划是指在满足对用户供电和网络运行约束的前提下，寻求一组最优的决策变量（变电站位置和容量、馈线的路径和尺寸等），使投资、运行、检修、网损和可靠性损失费用之和最小，使规划方案在满足运行要求的同时经济性最优。在竞争机制不断引入电力市场的今天，配电网规划方法的研究格外受到重视。

1、基于全寿命周期成本分析的配电网规划

1.1、配电网规划概述

配电网处于电力系统的末端，实现整个系统对用户供电质量和供电可靠性的要求，是电力系统中直接与用户相关的环节。配电网规划是指在满足对用户供电和网络运行约束的前提下，寻求一组最优的决策变量，使投资、运行、检修、网损和可靠性损失费用之和最小。通过优化对配电网的规划，可以降低系统损耗，改进电网的运营效益，大大提高系统的供电可靠性和经济性。实际的配电网规划是一个复杂的、动态的工程，需要考虑很多方面的不确定性因素，其中经济性最受关注，随着经济发展，用户对供电可靠性的要求也不断提高。因此，配电网规划的核心内容是比较和评价各规划方案，综合考虑经济性、可靠性效益的平衡，以获得最优的规划方案。

1.2、资金的时间价值

电力设备往往有着较长的使用寿命，为了在经济角度上获得正确评价，不能直接相加各项成本，需要折算不同时刻的金额，然后比较。因此，如果要在配电网规划中应用全寿命周期成本，就需要充分考虑资金的时间价值。在经济分析中，工程项目资金的时间价值可划分为现值、将来值和等年值。本文用年末的将来值换算所有的成本，并分析和比较，其计算公式为：

F=P(1+i)n（1）

F=A×(1+i)n-1/I（2）

式（1）（2）中：n——设备的使用寿命；i——贴现率。

1.3、全寿命周期成本模型确定

所有的成本要素非常重要，因为这对系统的总全寿命周期成本有很大影响。以系统的方式定义成本要素，可避免忽略重要成本要素。所以在建立配电网LCC计算模型时，考虑以成本分解结构(CBS)为基础定义成本要素。全寿命周期成本分解结构是指产品的整个寿命在其中成本要素的有序分解。通过研究文献中提出的较为完善的全寿命周期成本理念，本文从设备级和系统级两个层面建立配电网全寿命周期成本分解结构，由此可得到配电网的LCC模型：

C全网=C设备级+C系统级

式中，C全网为全网全寿命周期成本；C设备级为设备级全寿命周期成本；C系统级为系统级全寿命周期成本。

1.3.1设备级LCC模型

在设备级LCC模型中，分别考虑各主要设备从设计到退役的整个期间需要的费用总和，分为5个主要组成部分，其计算公式如下：

C设备级=CI+CO+CM++CD=

CI×[(1+KDC-KR)(1+i)n+KOM+KFC]

1)投资成本CI：配电网在规划、建设和调试期间内及正式投入运行前所付出的一次性成本。

2)运行成本CO：电网在运行期间设备层面所有花费的总和，包括运行期间更换设备时所投入的成本，是一个动态费用，一般按运行委托合同或年度运行维护费用进行估算(即每年按一定的比例拨付)。

3)检修维护成本CM：在全寿命周期内按照要求定期检修、维护或者更换零部件等费用。

4)故障成本CF：对发生故障的设备进行诊断、修复以及更换所发生的直接费用。其中，CF，k为设备k的故障成本，λk为设备k的故障率。

5)报废成本CD：电力设备寿命结束后，为处理该设备所需支付的费用，可以用设备更新、退役后拆除、运输等费用减去设备报废后可回收的残值。其中：KDC为清理费费率，KR为残值回收率，KOM为运行维护率，KFC为故障处理费率。

1.3.2系统级LCC模型

从系统整体的角度出发，考虑设备总体对整个电力系统和用户产生的影响而导致的成本。系统级LCC需要关注的不是单个设备的行为，而是设备互联对全网产生的影响，分为两个部分：

C系统级=CL+CR=CL+CPR+CLR1)

1）线损成本CL：由于提高了短路电流或其他措施后，系统年输送电量的变化影响。

2)可靠性成本CR：电网规划方案的可靠性成本主要为缺电成本，包含以下两个方面：电网侧缺电成本(CPR)包括电网因为售电量减少而损失的部分收益，还包括故障检修、修复费用和用户停电损失；

3)负荷侧缺电成本(CLR)是因为电网故障导致的用户损失成本，是电网故障持续时间、用户性质等因素的函数。

2、配电系统的可靠性评估

2.1、可靠性指标

设备可靠性参数是设备可靠性的重要指标，故障率、修复时间和平均停运时间等均是其中的重要内容。

2.2、可靠性分析技术

从可靠性角度考虑，无论是在数据统计方面，还是在模型和算法方面，评估方法都比较成熟。在配电工程中，通常利用解析法和模拟法进行电力系统的可靠性分析。解析法指通过枚举故障事故分析故障系统。如果配电网络中的系统组合部件和元件数量较少，就可采用该方法。在配电网可靠性分析中，常用的方法是故障模式和后果分析法。

2.3、缺电成本

停电损失指因电力供应不足或电力系统出现故障，导致系统停止运行、正常供电中断，进而对用户和社会造成了较大的损失。本文利用缺电成本量化可靠性分析中的停电损失，在经济性衡量中有机统一了电网规划的经济性和可靠性，从而提升了电网规划的科学性。

3、全寿命周期成本控制的意义

3.1、实现成本优化和资源节约

全寿命周期成本控制的新思想、新方法可以指导人们自觉地、全面地从建设项目全寿命周期出发，综合考虑项目的建造成本和运营、维护成本，从而实现电网建设项目成本的优化和节约。从全寿命周期角度审视建设项目成本控制，可以综合考虑建设项目初始成本和未来成本，从而实现电网建设项目寿命周期内资源消耗最低。

3.2、有助于加快国家建筑行业的“绿色化”进程

“十一五”规划中要求进一步推广绿色建筑和节能建筑，使全社会建筑总能耗达到节能65%的总目标。对电网项目整个寿命期所发生的全部费用进行分析和评价，降低绿色建筑寿命周期成本，有利于推广绿色建筑，有利于加快我国建筑行业的“绿色化”进程。

结束语

在配电网规划中需要充分考虑经济性因素和可靠性因素。在以往的配电网规划中，往往只重视建设过程中的成本。针对此情况，需要将全寿命周期成本理念应用到配电网的规划中，并从经济性和可靠性的角度综合考虑各个配电网的规划方案。此外，相关工作人员需要不断提升自己的专业技术水平，以更好地在配电网规划中应用全寿命周期成本理念。

参考文献

[1]曹胜楠.基于全寿命周期成本的配电网规划方案的评估[D].华北电力大学，2012.

[2]吴丹烨.基于全寿命周期成本的配电网开关优化布置[D].华北电力大学，2013.

[3]李倩玉，焦石.全寿命周期成本在配电网规划中的应用[J].电工电气，2013，02:52-57.

[4]黎洪光，林家俊，庄远灿，李玉荣，朱建全.基于全寿命周期成本的配电网合环运行经济性评估方法[J].南方能源建设，2016，02:162-166+161.