可靠性与经济性

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1、成本效益分析法主要是通过对标的物的成本、效益的分析与评价，以达到综合协调 成本效益之间的关系。电网可靠性成本可定义为供电部门为使电网达到一定供电可靠性 水平而需增加的投资成本(也包括运行成本)；可靠性效益可定义为因电网达到一定供电可 靠性水平而使用户获得的效益。由于某一供电可靠性水平下的社会、经济效益较难估算， 因此本文将可靠性效益用缺电成本，也即由于电力供给不足或中断引起用户缺电、停电而 造成的经济损失来表示。显然，在单位缺电成本不变的情况下，缺电成本越低，可靠性效 益越高。这样，就可以把可靠性成本与可靠性效益统一在电网的经济性上衡量，它将给通 过可靠性成本效益分析进行电网规划带来方便。电网

2、规划成本效益分析曲线如图1。成 本可靠性水平供电总成本TC系统投资成本SC缺点成本OC01 理论计算方法：数学模型目标函数可表示为:TCSCOC其中:TC 表示供电总成本；SC 表示系统投资费用(包括电网的直接投资成本和网损)；C 表示缺电成本。为使供电总成本最少,社会效益最大，对 SC 求导并使其为零:10TCOC SCSC 1OC SC 用增量形式表示为:OCSC 分析可得： 当时，系统投资费用的增加小于缺电成本的减少，此时可靠OCSC 性水平的提高只需增加较少的系统投资费用，系统投资费用的增加能够获得收 益； 当时，系统投资费用的增加大于缺电成本的减少，OCSC 此时系统可靠性水平的提高

3、需要大量增加系统投资费用,增加的系统投资费用已 不能获得收益，系统可靠性水平不宜再提高。只有当时,系统投资OCSC 费用的边际增加将完全为停电损失成本的边际减少所抵消，供电总成本达到最 小。是最理想、最完美的情况。但是,在实际中这种情况并不存在，OCSC 即系统投资成本的增量与缺电成本的增量不会绝对相等。事实上，在满足一定 可靠性水平的基础上，系统投资成本的增量总是大于缺电成本的增量。因此，电网规划的目的就在于如何最大限度地接近最理想的状态，而成本效益分析 方法的优点就在于用它进行网络规划可以得到最接近这种理想状态的电网结构， 使得网络的可靠性和经济性达到合理的组合。总结：可靠性成本定义为供电

4、部门为使配网达到一定的供电可靠性水平而需增 加的投资；配网的可靠性效益定义为因电网达到一定的可靠性水平而使用户获 得 的效益，体现在停电损失上就是使用户的停电损失减少。 以配电网为增加可靠性而增加的投资与可靠性增加而使用户减少的年停电损 失之和作为年供电总成本，并以年供电总成本为目标函数来寻求最佳的投资策 略可用率与成本关系图增加一个单位可靠性水平而增加的投资成本，通常称之为投资费用相对于 可靠性水平的微增率：增加一个单位可靠性水平而获得的效益或减少的停电损 失 当投资成本对可靠性的单位增量与停电损失对可靠性的单位增量互为相反数时 的可靠性水平为最佳的可靠性水平，即此时所对应的投资决策为最佳投

5、资决策。在配电网中为提高对用户供电可靠性往往需要增加设备，这当然使得投入 增加；另一方面，对用户供电可靠性增加会使用户的停电损失减少。如果将增 加可靠性而增加设备的投入当成可靠性成本，而将用户供电可靠性的增加 使用户的停电损失减少看成可靠性效益的话，有必要寻找一个比较好的投资策略使可靠性成本与可靠性效益综合最为有利。2配电网实用计算方法配电子网的投资决策问题应该从社会效益最佳的角度出发来考虑。将电网 方与用户方的投资行为结合起来考虑，在分析供电可靠性指标的基础上考虑用 户的停电损失，并将停电损失与投资费用相结合，从而得到年费用最低的投资 方案 配电网末端的投资策略的研究上。在研究配网末端的投资

6、时与用户自身的反应 相结合，即将考虑电网的投入和用户自身在电力设备上的投入相结合，并考虑 最终用户的供电可靠性和停电损失，从而得到社会效益最优的前提下的投资策 略。文中用决策树的方法来获得最终的投资策略3 问题引出某新建用户的总容量为，其中重要负荷的容量为，一般负tpip荷的容量为，重要负荷所占比例为，用户的平均负荷总量为P，np用户的平均负荷系数为，且认为重要负荷与一般负荷的负荷系数相同，重要负荷的年平均负荷为，一般负荷的年平均负荷为，ipnp则有，；其重要负荷的停电()tinppppipp(1)npp损失比一般负荷要大得多，重要负荷得停电损失为元kW.h，一id般负荷的停电损失为元kW.h

7、。根据具体的地理环境及已有的配nd电网络，离该用户最近的两条高压馈线距离分别为、，此二高压1l2l馈线的供电可用率均为R。现在的问题是如何进行投资，以使社会效益达到最优。4问题解析供电线路一般不会超过两条，而在用户侧自备电源(这里分析中选为UPS)又 可分为三种情况：对所有用户都不配UPS、只对重要用户配UPS以及对所有用户 配UPS。 对于以上问题，可能有的投资方案有六种，分别为： 1)从高压馈线之一架设一输电线路至用户，所有的用户负荷均由电网供电 2)从两条高压馈线分别架设一条输电线路至用户，所有的用户负荷均由电网供 电 3)架设一条输电线路至用户，但在用户侧，将一般负荷由电网直接供电，而

8、重要负荷则由电网经UPS供电， 4)从两条高压馈线分别架设一条输电线路至用户，但在用户侧，将一般负荷由 电网直接供电，而重要负荷则由电网经UPS供电 5)从一条高压馈线上架设一条输电线路至用户，将所有用户由电网经UPS供电 (即所有负荷都配UPS)， 6)分别从两条高压馈线上设一条输电线路至用户，将所有用户由电网经UPS供电以年成本代价最小为目标函数，为了确定投资决策，应该对每种方案计算 其投资及停电损失。其中，每种方案的投资为线路的投资、变压器的投资以及 UPS的投资(如果有的话)；而停电损失则由每种方案的可靠性指标求得。由于 UPS的成本较高，第5、6种两种方案通常不被考虑，5 问题求解1

9、）计算平均投资成本设架设线路的成本为元，变压器的成本为元台，UPS电源的成本为dkm1C元台。由于两条高压馈线的供电可靠性相同，因此如果是架设一条线路的2C话，肯定是从离用户近的那条高压馈线处获电。设用户离两条高压馈线距离分别为 、，且，则以上四种策略的线路与变压器的投资费用之和分别为：1l2l12ll、11dlC121()2dllC11dlC121()2dllC社会折现率SRD(Social Rate of Discount)为(在我国推荐取10%左右) ，线p路及变压器总投资费用在其寿命周期内(按30年计)的年均费用为其投资费用与系数的乘积，如，则此系数近似为； 3030(1) (1)1p

10、p p 10%p 0.1而对UPS电源而言，由于其设计寿命一般为10年，为UPS的价格与系数的乘积，如，则此系数近似为。1010(1) (1)1pp p 10%p 0.15综上所述，前四种方案的年均投资成本代价分别为:第一种方案：110.1()dlC第二种方案： 1210.1()2dllC第三种方案： 1120.1( *)0.15dlCC第四种方案：12120.1()20.15d llCC2）计算年停电损失的费用下面我们来考虑前四种方案下的年停电损失的费用。为了方便，设两线路的故障率均为，变压器(含隔离开关、断路器等)的故1障率为，由于线路与变压器串联，因此每回线的故障率，设每回212线的修复

11、率为，则所架设的负荷支路的可可用率为。 对方案一，用户获得的供电可用率，则用户所有负荷的年停电时间均为R ，方案一的年停电损失为(1)8760R 111(1)8760()(1)8760(1)nnnRp dp dRpdpd这里为重要负荷的年平均负荷量，为一般负荷的年平均负荷量；为1pnp1d重要负荷的单位停电损失，为一般负荷的停电损失，P为用户总负荷的年平nd均负荷量，为重要负荷占总负荷的比例。以下三式中各符号的意义与此同。同样的分析可得，方案二的年停电损失为：22 111(1)8760()(1)8760(1)nnnRp dp dRpdpd方案三的年停电损失为： 111(1)8760(1)(1)

12、8760(1)8760(1)(1)(1)8760nnnRp dRRp dRpdRRpd方案四的年停电损失为：2222 111(1)8760(1) (1)8760(1)8760(1)(1) (1)8760nnnRp dRRp dRpdRRpd这几个式子中为高压馈线的可用率，为UPS的可用率。RR3）求得各方案的年费用有了各方案下的停电损失，将它们与各方案的年均投资成本代价相加即得各方 案的年费用，将这四种方案的年费用进行比较，即可得出最优的投资方案。 1）求各方案的年平均投资成本代价 2）求各方案下各种负荷所得到的供电可靠性指标即供电不可用率 3）根据可靠性指标求各方案下所有负荷的年停电损失 4

13、）求出各方案的年费用 5）画决策树，剪枝、决策6 实例分析用户距2高压馈线的距离分别为1.8km、2.7km，架空线路的成本约为50万元 km，高压馈线上供电的可用率为99.5：用户负荷总量为160kW，其中重要R 负荷为15kw，一般负荷为145kw，重要负荷的停电损失为125元.小时，一kw 般负荷的停电损失为18.5元.小时：根据用户的容量，其配电变压器应选kw 为200kVA，其价格为40万元/台套；若用户选用UPS电源，则UPS电源的容量 应选为20kVA，其价格为21万元台套；每回线(含线路和变压器)的故障率为 0.1=次年，修复时间为48小时：UPS的平均无故障时间MTTF=50

14、00小时，修复 时间为8小时。每回线路的修复率为，每回线路的可用率8760182.548，UPS的可用率为1182.599.95%182.50.1R 500099.84%50008R 则第一种方案的所有负荷的年停电时间为：小时18760(1)48.15RR则第二种方案的所有负荷的年停电时间为：小时2 18760(1)0.2647RR第三种方案下一般负荷的年停电时间与方案一相同即为48.15小时；重要负荷的年停电时间为小时 18760(1)(1)0.077RRR第四种方案下一般负荷的年停电时间与方案二相同即为0.2647小时；重要负荷的年停电时间小时2 18760(1) (1)0.0005RRR

15、方案一的年均投资成本代价为：0.1(50 1.840)13方案二的年均投资成本代价为：万元0.150(1.82.7)(240)30.5方案三的年均投资成本代价为：万元0.1(50 1.840)0.152116.15方案四的年均投资成本代价为：万0.150(1.82.7)2400.152133.65元 由此得： 方案一的年费用为：元13000048.15 (125 15 0.818.5 145 0.8)306951此处用户的平均负荷系数为取0.8方案二的年费用为：元3050000.2647(125 15 0.818.5 145 0.8)305972方案三的年费用为： 元16150048.15 18.5 0.8 1450.077 125 15 0.8266341 方案四的年费用为： 元3365000.2647 18.5 145 0.80.0005 125 15 0.8337076为了决策方便，将以上过程画成决策树如下：为了验证前面所说的方案五、六不可取，我们来计算一下这两种方案的年 投资成本二如果所有负荷均配