本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是一種預(yù)估GIS組合電器全生命周期成本的模型。
背景技術(shù)：
：電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)采購各電氣產(chǎn)品時僅考慮單次采購成本，而忽視產(chǎn)品全生命周期的成本和質(zhì)量問題，造成供應(yīng)商為謀取中標(biāo)進(jìn)行惡性競價，忽視產(chǎn)品質(zhì)量問題，造成設(shè)備后期運(yùn)維增大，故障頻發(fā)。因此，在電力設(shè)備招標(biāo)采購中，引入了設(shè)備生命周期成本概念，要求供應(yīng)商在報價時，列明設(shè)備生命周期成本價格，以便于從根本上對電氣產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行控制。GIS組合電器是電力系統(tǒng)中必須用到的集成電氣，包括設(shè)置在外殼內(nèi)的斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器、避雷器、母線以及連接件等，殼體內(nèi)充滿有一定壓力的SF6絕緣氣體。由于GIS組合電器中的電氣設(shè)備較多，因此必須對其進(jìn)行設(shè)備全生命周期的質(zhì)量進(jìn)行把控，才能保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種GIS組合電器全生命周期成本的計(jì)算模型，為選購GIS組合電器提供可靠依據(jù)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。GIS組合電器全生命周期成本計(jì)算模型，其特征在于，該計(jì)算模型設(shè)定GIS組合電器全生命周期為四十年，具體通過以下步驟獲得：A.采用模糊數(shù)學(xué)計(jì)算GIS組合電器購買當(dāng)年的折算率和GIS組合電器運(yùn)行過程中每年的貼現(xiàn)率；B.建立CI子模型，計(jì)算投資費(fèi)用；C.建立CO子模型，計(jì)算GIS組合電器運(yùn)行過程中的運(yùn)行費(fèi)用；D.建立CM子模型，計(jì)算GIS組合電器運(yùn)行過程中的檢修維護(hù)費(fèi)用；E.建立CF子模型，計(jì)算GIS組合電器運(yùn)行過程中的故障費(fèi)用；F.建立CD子模型，計(jì)算GIS組合電器的廢棄費(fèi)用；G.依據(jù)步驟B～F建立GIS組合電器全生命周期成本的計(jì)算模型為：LCC＝CI+CO+CM+CF+CD依據(jù)計(jì)算模型計(jì)算GIS組合電器全生命周期成本。上述GIS組合電器全生命周期成本計(jì)算模型，步驟B具體包括以下步驟：B1.以近年來GIS組合電器的設(shè)備價格以及供應(yīng)商市場調(diào)研價格為基礎(chǔ)，采用灰色預(yù)測模型進(jìn)行GIS組合電器單價的預(yù)測；B2.依據(jù)電網(wǎng)工程建設(shè)預(yù)算編制和計(jì)算規(guī)定，獲取GIS組合電器的安裝調(diào)試費(fèi)用；B3.依據(jù)步驟B1～B2建立CI子模型為：CI＝CI1+CI2式中，CI1為GIS組合電器購置單價，CI2為GIS組合電器安裝調(diào)試費(fèi)。上述GIS組合電器全生命周期成本計(jì)算模型，步驟C中所述的CO子模型為：CO＝CO1+CO2+CO3式中，CO1為GIS組合電器運(yùn)行損耗費(fèi)用，CO2為日常巡視費(fèi)用，CO3為監(jiān)測費(fèi)用。上述GIS組合電器全生命周期成本計(jì)算模型，步驟D中所述的CM子模型為：CM＝CM1+CM2+CM3式中，CM1為維護(hù)費(fèi)用，CM2為中修費(fèi)用，CM3為大修費(fèi)用。上述GIS組合電器全生命周期成本計(jì)算模型，步驟E中所述的CF子模型為：CF＝CFA+CFB+CFC式中，CFA為需要停電可在現(xiàn)場修理的故障費(fèi)用，CFB為不需要停電、并可在現(xiàn)場修理的故障費(fèi)用，CFC為需返廠修理的故障費(fèi)用。上述GIS組合電器全生命周期成本計(jì)算模型，步驟F中所述的CD子模型為：式中，x為GIS組合電器實(shí)際購置費(fèi)用，y為安裝直接費(fèi)用，μ為設(shè)備折舊率，為設(shè)備退役處理費(fèi)率，σ(40)為GIS組合電器最后運(yùn)行一年的貼現(xiàn)率。由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明所取得技術(shù)進(jìn)步如下。本發(fā)明從設(shè)備貼現(xiàn)率、投資成本、運(yùn)行成本、檢修成本、故障成本、退役成本六個方面出發(fā)，通過整合計(jì)算能夠準(zhǔn)確獲得GIS組合電器的全生命周期成本，從而實(shí)現(xiàn)對供應(yīng)商設(shè)備全生命周期總成本、各階段成本構(gòu)成情況、供應(yīng)商的報價、商務(wù)以及技術(shù)評審排名情況等進(jìn)行綜合分析，為招標(biāo)采購提供決策參考，進(jìn)一步為保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供保證。附圖說明圖1為本發(fā)明建立計(jì)算模型的流程圖；圖2為本發(fā)明步驟E中所述設(shè)備全生命周期浴盆曲線示意圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明中，設(shè)定GIS組合電器全生命周期為四十年，一種GIS組合電器全生命周期成本計(jì)算模型，其流程圖如圖1所示，具體通過以下步驟獲得。A.采用模糊數(shù)學(xué)計(jì)算GIS組合電器購買當(dāng)年的折算率和GIS組合電器運(yùn)行過程中每年的貼現(xiàn)率。費(fèi)用的時間值是費(fèi)用對時間的變化關(guān)系。由于GIS組合電器的使用經(jīng)歷一個較長的時間，在這樣一段較長的時間內(nèi)，貨幣的價值會發(fā)生變化，因此，在進(jìn)行GIS組合電器全生命周期的費(fèi)用估算時，必須考慮費(fèi)用的時間價值，否則會造成很大的誤差?？紤]費(fèi)用的時間價值時，要用到利率和通脹率兩個參數(shù)，一般的做法是將利率和通脹率取成固定值，這種做法沒有考慮兩個參數(shù)隨時間的變化，同時，確實(shí)的值也不能反映人的主觀估計(jì)所造成的偏差，因此采用模糊數(shù)學(xué)來解決這個問題。對費(fèi)用時間價值的考慮，需選取一個基準(zhǔn)財(cái)年，然后將各年度費(fèi)用向基準(zhǔn)財(cái)年轉(zhuǎn)換。例如將GIS組合電器的購買當(dāng)年為基準(zhǔn)財(cái)年，本實(shí)施例中將2016年設(shè)定為基準(zhǔn)財(cái)年。費(fèi)用轉(zhuǎn)換時，將利率與通脹率因素同時予以考慮。處理方法如下：假定每年通脹率為r、利率為i，設(shè)各年的r和i均相同，則由基準(zhǔn)財(cái)年以前各費(fèi)用發(fā)生的年度轉(zhuǎn)換至基準(zhǔn)財(cái)年的計(jì)算公式為：PV＝C*[(1+r)(1+i)]t式1.1PV＝F/[(1+r)(1+i)]t式1.2式中，PV為基準(zhǔn)財(cái)年購置費(fèi)用，C為基準(zhǔn)財(cái)年以前某一年的購置費(fèi)用，F(xiàn)為未來某年的購置費(fèi)用。為減少在綜合考慮利率和通脹率時的主觀估計(jì)所造成的偏差，需要運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)對其進(jìn)行處理，即將r和i看作模糊數(shù)和表示大約為r的模糊數(shù)，表示大約為i的模糊數(shù)，模糊數(shù)的隸屬函數(shù)取值范圍為[0,1]，隸屬函數(shù)可以采用多種形式。針對本發(fā)明的具體問題來說，由于估計(jì)值是最可能的取值，越往兩邊，取值的可能性越小，因此，選取三角形隸屬數(shù)，則和成為三角模糊數(shù)。一個模糊數(shù)表示一個區(qū)間，三角模糊數(shù)可用三個確定的數(shù)字(a1，a2，a3)來表示，期隸屬函數(shù)為：其中，a1、a3按系統(tǒng)模糊性選取，系統(tǒng)越模糊，a1的取值越小，a3的取值越大，a2為a1和a3的中位數(shù)。通過定義在α截集下的置信區(qū)間，對于可以將三角模糊數(shù)表示為：對于水平截集，據(jù)式(1.4)可以將模糊數(shù)和表示為：對于兩個確定三角模糊數(shù)的水平截集和則根據(jù)模糊數(shù)學(xué)運(yùn)算法則，有：根據(jù)式1.4和式1.7，對于α水平截集，通過模糊運(yùn)算，得出：在α水平一定的情況下，應(yīng)用樂觀指標(biāo)λ來判斷滿意度，λ代表了決策者的樂觀程度，λ值越大，樂觀程度越大。用λ把式1.8轉(zhuǎn)化為非模糊PV，即：式中：根據(jù)中國人民銀行歷年公布的基準(zhǔn)利率和國家統(tǒng)計(jì)局公布的CPI數(shù)據(jù)，得出2010年至2015年的利率與通脹率，如表1所示。表1年份年利率通脹率20100.0230.0320110.0320.05420120.0330.02620130.0300.02620140.0300.0220150.0230.013對歷年貼現(xiàn)率進(jìn)行模糊處理，獲得2010年至2015年的折算率，如表2所示。表2對GIS組合電器未來運(yùn)行過程中每年的貼現(xiàn)率進(jìn)行模糊處理，獲得2018年至2057年的貼現(xiàn)率，如表3所示。表3序號年份貼現(xiàn)率序號年份貼現(xiàn)率序號年份貼現(xiàn)率120180.9872351520320.4222872820450.184801220190.9412091620330.3966212920460.173248320200.8857391720340.3724613020470.162396420210.8334111820350.3497213120480.152202520220.7840551920360.3283213220490.14263620230.737512020370.3081873320500.133642720240.6936222120380.2892453420510.125204820250.6522482220390.2714283520520.117283920260.6132482320400.2546733620530.109851020270.5764932420410.2389183720540.1028741120280.541862520420.2241063820550.0963291220290.509232620430.2101833920560.090191320300.4784942720440.1970974020570.0844311420310.449546B.建立CI子模型，計(jì)算投資費(fèi)用。本步驟主要包括以下內(nèi)容。B1.以近年來GIS組合電器的設(shè)備價格以及供應(yīng)商市場調(diào)研價格為基礎(chǔ)，采用灰色預(yù)測模型進(jìn)行GIS組合電器單價的預(yù)測，獲得GIS組合電器的購置單價CI1。本步驟進(jìn)行GIS組合電器單價預(yù)測，主要采用灰色預(yù)測模型實(shí)現(xiàn)。先根據(jù)步驟A獲得歷年折算率，將歷年GIS組合電器的中標(biāo)價格折算到基準(zhǔn)財(cái)年后，采用灰色預(yù)測模型GM(1，1)進(jìn)行預(yù)測?；疑A(yù)測模型是基于少量的、不完全的信息，建立數(shù)學(xué)模型并做出預(yù)測的一種預(yù)測方法，用灰色數(shù)學(xué)處理不確定量來使之量化，可以充分利用已知信息尋求系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律?；疑A(yù)測模型GM(1,1)表示灰色理論的灰微分方程模型，即一階一個變量的灰微分方程模型，其構(gòu)建過程如下。設(shè)有一組非負(fù)原始序列x(0)＝(x(0)(1)，x(0)(2)，...，x(0)(n))，對其進(jìn)行一次累加生成得x(1)＝(x(1)(1)，x(1)(2)，...，x(1)(n))，其中，且k＝1，2，…，n。再對x(1)進(jìn)行一階均值生成，得x＝(x(2)，...，x(n))，其中，且k＝2，…，n。設(shè)x(1)滿足一階常微分方程求解此微分方程得，式中，參數(shù)a與u可由最小二乘法求得，即：其中，則x(1)的灰色預(yù)測模型GM(1,1)為：其實(shí)際預(yù)測值為：本實(shí)施例以廣州供電局2010年至2015年的歷史數(shù)據(jù)為依據(jù)，并對部分GIS組合電器供應(yīng)商的單價進(jìn)行市場調(diào)研，采集GIS組合電器的樣本數(shù)據(jù)；然后對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗處理，剔除價格偏低或偏高的樣本數(shù)據(jù)，獲得2010年至2015年220kVGIS組合電器價格數(shù)據(jù)，如圖4所示。表4序號2010年單價2011年單價2012年單價2013年單價2014年單價2015年單價12164824.411937500.001944486.912134727.122062710.001897370.7722252500.002261200.002166294.392295354.662062710.002163045.0232217500.001817200.002136276.771941626.132257445.432049627.2842184500.001815200.002206521.172245362.891905983.941844113.7752252500.001920000.002007370.822149977.592087408.031970286.1961937500.002092967.582132633.902237413.341946096.451816650.4372314000.002015367.081831426.541807534.781867251.741862396.9781983500.002023420.111944567.282034609.801992466.621949781.9591958066.062132234.511886065.692128763.512215199.62102162153.042038461.242250827.422271133.57112008844.591821216.452223910.06根據(jù)對應(yīng)的折算率，將各年份220kVGIS組合電器的價格折算到基準(zhǔn)財(cái)年2016年，獲得折算后的220kVGIS組合電器的價格，如表5所示。表5計(jì)算每年GIS組合電器折算后的平均單價，采用灰色預(yù)測模型GM(1,1)進(jìn)行2016年220KVGIS組合電器的單價預(yù)測，結(jié)果顯示2016年220KVGIS組合電器的單價為2193209.85元。本實(shí)施例利用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)。B2.依據(jù)國家能源局電網(wǎng)工程建設(shè)預(yù)算編制和計(jì)算規(guī)定，獲取GIS組合電器的安裝調(diào)試費(fèi)用CI2，包括220kVGIS組合電器的安裝及單體調(diào)試費(fèi)用和20kVGIS組合電器的特殊調(diào)試費(fèi)用，合計(jì)為74359元。B3.依據(jù)步驟B1～B2建立CI子模型為：CI＝CI1+CI2式中，CI1為GIS組合電器購置單價，CI2為GIS組合電器安裝調(diào)試費(fèi)。本實(shí)施例中，2016年GIS設(shè)備投資成本：CI為＝2193209.85元+74359元＝2267568.85元。C.建立CO子模型，計(jì)算GIS組合電器運(yùn)行過程中的運(yùn)行費(fèi)用。本發(fā)明中，CO子模型為：CO＝CO1+CO2+CO3式3.1式中，CO1為GIS組合電器運(yùn)行損耗費(fèi)用，CO2為日常巡視費(fèi)用，CO3為監(jiān)測費(fèi)用。其中，GIS組合電器的運(yùn)行損耗費(fèi)用CO1采用下式計(jì)算獲得：日常巡視費(fèi)用采用下式計(jì)算獲得：監(jiān)測費(fèi)用采用下式計(jì)算獲得：式中，a為設(shè)備本體能耗費(fèi)，b為輔助設(shè)備能耗費(fèi)，c為巡視人工費(fèi)用/每次·間隔，e為巡視材料費(fèi)用/每次·間隔，β為每年巡視次數(shù)，f為設(shè)備年均補(bǔ)氣費(fèi)用，g為監(jiān)測設(shè)備裝置費(fèi)，h為監(jiān)測設(shè)備維護(hù)人工費(fèi)用/每次·間隔，θ為監(jiān)測設(shè)備每年維護(hù)次數(shù)，σ(t)為折算率。本實(shí)施例以國際大電網(wǎng)會議、南方電網(wǎng)電力設(shè)備檢修規(guī)程以及廣州供電局變電站歷史數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)參考源，如表6所所示。表6本實(shí)施例中，將a＝2905.62(元·間隔)/年，b＝876(元·間隔)/年，帶入式3.2可得：將c＝123(元·間隔)/次，e＝136(元·間隔)/次，β＝12次/年，f＝615.38(元·間隔)/年，帶入式3.3可得：將g＝16623.93元/間隔，h＝123(元·間隔)/次，θ＝12次/年，帶入式3.4可得：將計(jì)算獲得的CO1、CO2、CO3帶入式3.1得出GIS組合電器運(yùn)行過程中的運(yùn)行費(fèi)用為：CO＝CO1+CO2+CO3＝64926.47元+131777.4334元+41964.38元＝222045.29元。D.建立CM子模型，計(jì)算GIS組合電器運(yùn)行過程中的檢修維護(hù)費(fèi)用。CM子模型為：CM＝CM1+CM2+CM3式4.1式中，CM1為維護(hù)費(fèi)用，CM2為中修費(fèi)用，CM3為大修費(fèi)用。其中，維護(hù)費(fèi)用CM1采用下式計(jì)算獲得：中修費(fèi)用CM2采用下式計(jì)算獲得：CM2＝∑l*σ(P)式4.3大修費(fèi)用CM3采用下式計(jì)算獲得：CM3＝∑q*σ(N)式4.4式中，j為每年維護(hù)費(fèi)用l為每次中修費(fèi)用q為每次大修費(fèi)用σ(N)為大修項(xiàng)目起始年份對應(yīng)貼現(xiàn)率σ(P)為中修項(xiàng)目起始年份對應(yīng)貼現(xiàn)率σ(t)為維護(hù)年貼現(xiàn)率。本實(shí)施例以國際大電網(wǎng)會議、南方電網(wǎng)電力設(shè)備檢修規(guī)程以及廣州供電局變電站歷史數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)參考源，如表7所所示。表7本實(shí)施例中，將j＝202.23元帶入式4.2可得：將l＝564.00元帶入式4.3可得：CM2＝∑564.00元*σ(P)，P＝6、12、18、24、30、36＝1465.39元；將q＝686096.69元帶入式4.4可得：CM3＝∑686096.69*σ(N)，N＝12、24、36＝722041.89元；將CM1、CM2、CM3帶入式4.1可得GIS組合電器運(yùn)行過程中的檢修維護(hù)費(fèi)用為：CM＝CM1+CM2+CM3＝41664.94元+1465.39元+722041.89元＝765172.23元。E.建立CF子模型，計(jì)算GIS組合電器運(yùn)行過程中的故障費(fèi)用。該故障費(fèi)用，通常由GIS組合電器供應(yīng)商給出。CF子模型為：CF＝CFA+CFB+CFC式5.1式中，CFA為需要停電可在現(xiàn)場修理的故障費(fèi)用，CFB為不需要停電、并可在現(xiàn)場修理的故障費(fèi)用，CFC為需返廠修理的故障費(fèi)用。其中，需要停電可在現(xiàn)場修理的故障費(fèi)用CFA也即A類故障費(fèi)用，采用下式計(jì)算獲得：不需要停電、并可在現(xiàn)場修理的故障費(fèi)用CFB也即B類故障費(fèi)用，采用下式計(jì)算獲得：需返廠修理的故障費(fèi)用CFC也即C類故障費(fèi)用，采用下式計(jì)算獲得：式中，λA、λB、λC分別為A類故障率、B類故障率、C類故障率，之和λ總為總故障率，由供應(yīng)商按照浴盆曲線取值，F(xiàn)A、FB、FC分別為A類故障平均修復(fù)成本、B類故障平均修復(fù)成本、C類故障平均修復(fù)成本，由供應(yīng)商取值，γA、γB、γC分別為A類故障平均停電時間、B類故障平均停電時間、B類故障平均停電時間，由供應(yīng)商取值，ρ為停電每小時損失電荷數(shù)，120000kw/h，ε為單位缺供電損失，取0.95元/度，σ(t)為貼現(xiàn)率，根據(jù)歷年利率和通脹率計(jì)算。由于GIS組合電器在投運(yùn)后的前幾年中設(shè)備的故障率較高，隨著調(diào)試、排除故障的進(jìn)行，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)逐漸正常，故障發(fā)生率逐步下降至某一固定值；然后，隨著使用時間延長，各部分機(jī)件因磨損、腐蝕、疲勞、材料老化等逐漸加劇而失效，致使設(shè)備故障增多，生產(chǎn)效能下降，為排除故障所需時間和排除故障的難度都逐漸增加，維修費(fèi)用上升。這時應(yīng)采取不同形式的檢修、或進(jìn)行技術(shù)改造，才能恢復(fù)生產(chǎn)效能；如果繼續(xù)使用，就可能造成事故。本實(shí)施例中所述的總故障率的取值由供應(yīng)商根據(jù)自身設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況按設(shè)備全生命周期浴盆曲線取值，設(shè)備全生命周期浴盆曲線如圖2所示。本實(shí)施例中，以某供應(yīng)商給出的數(shù)據(jù)來計(jì)算GIS組合電器運(yùn)行過程中的故障費(fèi)用，具體如下。其中，λA＝0.0005次/間隔，λB＝0.0005次/間隔，λC＝0次/間隔，F(xiàn)A＝55312.5元/次，F(xiàn)B＝13875元/次，F(xiàn)C＝88333元/次，γA＝96小時，γB＝24小時，γC＝408，分別計(jì)算CFA、CFB、CFC。由上述計(jì)算得出該供應(yīng)商所提供的GIS組合電器運(yùn)行過程中的故障費(fèi)用為：CF＝CFA+CFB+CFC＝94601.07元+23650.67元+0元＝118251.7元。F.建立CD子模型，計(jì)算GIS組合電器的廢棄費(fèi)用。CD子模型為：式中，x為GIS組合電器實(shí)際購置費(fèi)用，y為安裝直接費(fèi)用，根據(jù)國際大電網(wǎng)會議、南方電網(wǎng)電力設(shè)備檢修規(guī)程、廣州供電局變電站歷史數(shù)據(jù)計(jì)提,取值為24664元，μ為設(shè)備折舊率，根據(jù)國家能源局《電網(wǎng)工程建設(shè)預(yù)算編制和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)使用指南》，取值為5％，為設(shè)備退役處理費(fèi)率，根據(jù)國家能源局《電網(wǎng)工程建設(shè)預(yù)算編制和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)使用指南》，取值為32％，σ(40)為GIS組合電器最后運(yùn)行一年的貼現(xiàn)率。本實(shí)施例仍以步驟E中所述的供應(yīng)商為例，GIS組合電器的實(shí)際購置費(fèi)用為2193209.85元，那么，其廢棄費(fèi)用為：G.依據(jù)步驟B～F建立GIS組合電器全生命周期成本的計(jì)算模型，并依據(jù)計(jì)算模型計(jì)算GIS組合電器全生命周期成本。GIS組合電器全生命周期成本的計(jì)算模型為：LCC＝CI+CO+CM+CF+CD。本實(shí)施例中，GIS組合電器全生命周期成本的計(jì)算過程為：LCC＝CI+CO+CM+CF+CD＝2267568.85元+222045.29元+765172.23元+118251.7元+8592.38元＝3381630.45元。本發(fā)明構(gòu)建的GIS組合電器全生命周期成本的計(jì)算模型，其可運(yùn)用SAPDashboard研發(fā)工具，把模型相關(guān)參數(shù)固化系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)出LCC自動計(jì)算軟件，軟件會自動計(jì)算LCC價格及綜合得分，對供應(yīng)商報價情況進(jìn)行排名，并自動繪制柱狀比較圖，以供招標(biāo)采購決策分析，減少了人工計(jì)算的繁瑣和重復(fù)。當(dāng)前第1頁1 2 3