基于主成分分析法的高壓斷路器全壽命周期成本計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高壓斷路器全壽命周期成本計算方法，具體地，涉及一種基于主 成分分析法的高壓斷路器全壽命周期成本計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型發(fā)展，客戶越來越關(guān)注產(chǎn)品的投入產(chǎn)出效益及增值能力，不 再追求產(chǎn)品報價最低，而是要求產(chǎn)品LCC(全壽命周期成本)最低，尤其是在電力行業(yè)中，變 壓器的運行成本、維護成本和故障成本加起來是初期投資成本的幾倍，因此國內(nèi)外幾乎所 有的電力公司都要求在招投標中對電網(wǎng)裝備和工程項目進行LCC評估。
[0003] 變電站的LCC管理成為高校和機構(gòu)的研究熱點，主要集中在以下幾個方面：1)建 模一一詳細拆分變壓器生命周期的每個階段，建立總成本分析動態(tài)模型；2)優(yōu)化分析一一 對動態(tài)模型進行靈敏度分析，對影響變壓器LCC的因素進行分析優(yōu)化;3)軟件支持一一開發(fā) 支持變壓器LCC分析的軟件系統(tǒng);4)生命周期優(yōu)選一一根據(jù)生命周期成本最低原則，考慮在 不同年限的故障情況，評估和優(yōu)選最佳生命周期。較多學(xué)者對變壓器總成本建立動態(tài)模型， 同時，少數(shù)學(xué)者對變壓器故障情況進行分析，從而推測最佳運行周期。以上的研究都是基于 企業(yè)在變壓器生命周期各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)都有充分記錄的假設(shè)下展開的。我國企業(yè)通常面臨 這樣的問題:過去較多關(guān)注生產(chǎn)和直接的經(jīng)濟效益，對于生命周期的數(shù)據(jù)積累不足，導(dǎo)致變 壓器整個生命周期過程中的大部分信息(尤其是故障數(shù)據(jù))缺失。相關(guān)數(shù)據(jù)不完整的現(xiàn)象是 我國開展LCC分析和應(yīng)用中經(jīng)常遇到的問題和難點。
[0004] 斷路器全壽命周期成本理論為斷路器經(jīng)濟評估提供了方法，同時也為了其他電力 設(shè)備的經(jīng)濟評估提供指導(dǎo)。當前相關(guān)研究主要對變壓器總成本建立動態(tài)模型，沒有考慮到 斷路器故障信息不完整等問題，制約了其進一步推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷和不足，提供了一種基于主成分分析 法的高壓斷路器全壽命周期成本計算方法，該方法利用主成分分析法將故障數(shù)據(jù)中的主要 成分代替所有成分，解決斷路器故障信息不完整的問題，計算結(jié)果準確。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于主成分分析法的高壓斷路器全壽命周 期成本計算方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一，建立斷路器故障成本主成分分析模型；
[0008] 采用主成分分析法獲取斷路器故障數(shù)據(jù)中的主要成分，利用主要成分代替斷路器 故障數(shù)據(jù)的所有成分；
[0009] 步驟二，建立斷路器全壽命周期成本模型；
[0010] 綜合考慮斷路器投資成本Ck、斷路器的運行成本C〇e、斷路器的檢修成本CMe、斷路 器的故障成本和斷路器的退役處置成本C DC，計算斷路器全壽命周期成本；
[0011] 步驟三，建立基于主成分分析的斷路器全壽命周期成本模型；
[0012] 根據(jù)步驟一建立的斷路器故障成本主成分分析模型計算出故障成本CVC，再利用步 驟二所得數(shù)據(jù)計算出斷路器全壽命周期成本；
[0013] 步驟四，對基于主成分分析的斷路器全壽命周期成本模型進行評估；
[0014] 據(jù)斷路器全壽命周期成本隨時間變化曲線中斷路器全壽命周期成本的最小值對 斷路器周期成本模型進行評估。
[0015] 進一步，所述步驟一具體過程為，將斷路器故障成本的P個指標進行線性組合，作 為綜合指標，分別用F i，F(xiàn) 2、、、F P表示，得出主要成分線性方程組
，具體計算過程包括以下步驟：
[0016] 1)計算線性組合相關(guān)系數(shù)矩陣R;
[0017] 首先，計算第i列第j行的相關(guān)系數(shù)計算公式為：
[0018]
[0019] 得到相關(guān)系數(shù)矩陣
[0026]
[0027] 進一步，所述步驟二中的斷路器投資成本CIC、斷路器的運行成本Coc、斷路器的檢 修成本Gc、斷路器的故障成本CVC和斷路器的退役處置成本CDC，計算公式分別為：
[0028] 1)斷路器投資成本Cic;
[0029] Cic = Cp+Ci+Co
[0030] 式中，Cp為購置成本，Ci為安裝成本，Co為其他成本；
[0031] 2)斷路器的運行成本Coc;
[0032] Coc(t)=CDiF+CEcc
[0033] Coc(T)=Coc(t)ffx
[0034] 式中：Coc(t)為時間t時刻的斷路器的運行成本;CDIF為斷路器日常巡檢費用;Cec為 斷路器能耗費用;W T為年現(xiàn)金值系數(shù);T為壽命周期總年限；將每年的運行成本折現(xiàn)為年金 現(xiàn)值系數(shù)·
[0035]
[0036] 式中：q為經(jīng)濟運行期內(nèi)的平均年利率;T為壽命周期總年限;1"第11年的折現(xiàn)系數(shù)，
[0037] 3)斷路器的檢修成本Cmc;
[0038] CMc(t)=CB+Cs
[0039 ]考慮折現(xiàn)系數(shù)，斷路器的的檢修成本，Οκ (T)為 [0040]
[0041 ]式中，Cb為周期性大修成本，Cs為小修成本;q為經(jīng)濟運行期內(nèi)的平均年利率;T為壽 命周期總年限。
[0042] 4)斷路器的故障成本Cvc;
[0043] Cvc(t) =Aa(bP+CM)
[0044]
[0045] 式中：λ為每年平均故障系數(shù);a為高壓斷路器故障平均修復(fù)時間；b為用戶停電單 位電量的損失成本;P為高壓斷路器所帶負荷;Cm為故障檢修成本;q為經(jīng)濟運行期內(nèi)的平均 年利率;T為壽命周期總年限;C vc(t)為時間t時刻的斷路器的故障成本;考慮折現(xiàn)系數(shù)，高壓 器的故障成本CVC(T)^
[0046] 5)斷路器的退役處置成本Cdc;
[0047] Cdc (t) = Csc_Cr
[0048] 式中，Csc為報廢成本，CR為設(shè)備的殘值;考慮到斷路器的折現(xiàn)系數(shù)，得到斷路器的 退役處置成本計算公式為
[0049] 進一步，所述步驟三中，斷路器全壽命周期成本Cm的計算公式如下：
[0050] Clcc = Cic+Coc+Cmc+Cvc+Cdc
[0051 ]其中，Ck為投資成本;Coe為運行成本;Cmc為檢修維護成本;Ctc為故障成本;Cdc為退 役處置成本。
[0052]進一步，選取所述斷路器故障數(shù)據(jù)的狀態(tài)量特征值11大于1的線性組合作為斷路 器故障數(shù)據(jù)的主要成分。
[0053]進一步，取累計貢獻率為85-95 %的特征值λ:，λ2，…，\以寸應(yīng)的線性組合為第一，第 二，......，第m(m < ρ)個主要成分。
[0054]本發(fā)明所達到的有益技術(shù)效果：
[0055] 本發(fā)明提出一種基于主成分分析法的高壓斷路器全壽命周期成本計算方法，該方 法包括四個階段:建立斷路器故障成本主成分分析模型、建立斷路器全壽命周期成本模型、 建立基于主成分分析的斷路器全壽命周期成本模型、對基于主成分分析的斷路器全壽命周 期成本模型進行評估。建立斷路器故障成本主成分分析模型就是提取斷路器故障數(shù)據(jù)的主 要成分來代替所有的成分;建立斷路器全壽命周期成本模型就是綜合考慮斷路器的投資、 運行、維護、檢修、退役成本;建立基于主成分分析的斷路器全壽命周期成本模型就是考慮 到斷路器故障數(shù)據(jù)不全，利用故障信息中的主成分來代替所有的成分計算斷路器的全壽命 周期成本;對基于主成分分析的斷路器全壽命周期成本模型進行評估就是根據(jù)斷路器全壽 命周期成本隨時間變化曲線中斷路器全壽命周期成本的最小值對斷路器周期成本模型進 行評估。該方法可為斷路器壽命周期管理提供重要依據(jù)。
【附圖說明】
[0056] 圖1本發(fā)明之斷路器全壽命周期成本模型；
[0057] 圖2采用本發(fā)明提供的方法得到的全壽命周期成本隨時間變化曲線與標準曲線的 對比圖。
【具體實施方式】
[0058] 為了能更好的了解本發(fā)明的技術(shù)特征、技術(shù)內(nèi)容及其達到的技術(shù)效果，現(xiàn)將本發(fā) 明的附圖結(jié)合實施例進行更詳細的說明。
[0059] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明專利進一步說明。
[0060] 本發(fā)明提供一種基于主成分分析法的高壓斷路器全壽命周期成本計算方法，包括 以下步驟：
[0061 ]步驟一，建立斷路器故障成本主成分分析模型；
[0062] 采用主成分分析法獲取斷路器故障數(shù)據(jù)中的主要成分，利用主要成分代替斷路器 故障數(shù)據(jù)的所有成分；
[0063] 將斷路器故障成本的P個指標進行線性組合，作為綜合指標，分別用？1^2、、、匕表 示，得出主要成分線性方程組
具體計算過程包括以下步驟：
[0064] 1)計算線性組合相關(guān)系數(shù)矩陣R;
[0065] 首先，計算第i列第j行的相關(guān)系數(shù)計算公式為：
[0066] V ^ ―1
k'=\
[0067]得到相關(guān)系數(shù)矩陣
[0068] 2)計算特征值與特征向量；
[0069] 首先解特征方程| λΙ-R | =〇，其中I是單位陣，λ是對應(yīng)R的特征值，求出特征值A(chǔ)i( i =1，2,…，p)，并將\按從大到小的順序排列，即& 2 λ2 2…，2 λρ 2 〇;然后分別求出對應(yīng)于 特征值Μ的特征向量ei(i = l，2,…，ρ)，特征向量ei滿，
，其中eu表示特征向量 ei第1個分量；
[0070] 3)計算線性組合貢獻率及累計貢獻率；
[0071] 根據(jù)特征值計算出貢獻率，根據(jù)貢獻率計