專利名稱：一種供電可靠性成本/效益精益化分析與優化方法
技術領域：
本發明屬于電力系統領域，具體涉及一種供電可靠性成本/效益精益化分析與 優化方法。
背景技術：
由于供電不可靠而造成的電力用戶停電，不僅可能會給用戶帶來嚴重經濟損失 和不良社會影響，還會給供電企業帶來由于少售電量和賠償用戶停電損失而產生的經濟 效益降低。但對供電企業來講，提高供電可靠性與提高企業經濟效益往往是相互矛盾。 采取哪些措施的合理組合來提高供電可靠性才能以合理的投資成本獲得最佳的可靠性水 平；或者應該以多大的投資成本把可靠性提高到何種水平為最佳，這些都需要通過可靠 性成本/效益分析來進行決策。為便于衡量和計算某一供電可靠性水平下電網所產生的社會和經濟效益，可以 將可靠性效益用缺電成本，亦即由于電力供給不足或中斷引起用戶缺電、停電而造成的 經濟損失來表示。顯然，在單位缺電成本不變的情況下，缺電成本越低，可靠性效益越 高。這樣就可以把可靠性改善方案的可靠性成本與可靠性效益統一在電網的經濟性上衡 量，便于通過可靠性成本/效益分析進行優化。可靠性成本/效益分析可用邊際成本與邊際效益概念來說明。可靠性邊際成本 定義為為增加一個單位可靠性水平而需增加的投資成本。可靠性邊際效益定義為因 增加了一個單位可靠性水平而獲得的效益或因此而減少的缺電成本，故也可稱為邊際缺 電成本。在附圖1所示的可靠性成本/效益分析曲線中，UC代表可靠性邊際成本曲線； CC代表可靠性邊際效益曲線或邊際缺電成本曲線；TC為邊際供電總成本曲線。由供電 可靠性成本/效益分析的相關理論可知，在可靠性成本/效益分析曲線中，當可靠性邊際 成本等于可靠性邊際效益時，邊際供電總成本最低，這時所對應的可靠性水平Rm為最佳 可靠性水平。附圖1中UC和CC曲線對橫坐標的積分值即是實際的可靠性投資成本和可 靠性效益。配電網的可靠性成本就是供電企業為使供電可靠性達到一定水平所花費的成 本，包括系統建設與改造的一次投資費用、設備運維與管理費用、以及人工費等，這些 費用的總和就是配電網供電可靠性成本。在實際計算當中，還要考慮貨幣時間價值的劃 分和貨幣時間價值的轉換。此外，由于各類可靠性優化措施往往不僅為提高可靠性服 務，通常還有其他目的(如降低線損、提高服務質量等)，因此，在計算投資時，應考慮 各項投資在不同區域中用于提高可靠性的比重，這樣才能更為實際的衡量可靠性投資成 本。供電可靠性成本計算相對容易，但其可靠性效益計算卻比較困難，特別是社會 效益較難估算。一般為便于計算，可以把為提高供電可靠性水平而采取的措施所產生的 可靠性效益轉化為對缺電成本減少的計算。顯然，在單位缺電成本不變的情況下，缺電 成本越低，可靠性效益就越高。影響缺電成本的因素很多，并沒有統一的計算方法，一般可采用GDP計算法、按電價倍數計算法，以及按缺電功率、缺電量、缺電持續時間及 缺電頻率計算法。雖然供電可靠性成本/效益分析在理論上相對比較成熟，但在配電網規劃建設 工程實際當中，我國并未有效運用成本/效益分析和優化理念，而仍是基于供電能力和 N_k指導策略，即預想事故分析指導策略為基礎的規劃方法，通過一定的規劃準則，預 留足夠的備用容量，通過線路切換和其他措施，間接地保證供電可靠性。這一方式存在 一定缺陷。究其原因，主要是由于供電可靠性的影響因素有很多(主要可分為網絡、設 備、技術、管理四大類，每類中還可進一步細分)，多種因素組合所能產生的可靠性成本 及其可能帶來的可靠性效益很難確定，而且不同地區在不同發展階段下的可靠性成本/ 效益也都不同，致使供電可靠性成本/效益分析理論模型在工程實際當中的可操作性很 差，難以開展實際應用。為此，本專利在傳統供電可靠性成本/效益分析理論基礎上，進一步結合實際 提出了一種精益化分析與優化方法。通過對各類可靠性改善措施的分析，得到每類措施 單獨使用下的可靠性成本/效益分析曲線，之后可利用供電可靠性成本/效益分析理論， 通過一定的優化策略從曲線中選取可靠性優化路徑，并可進一步分解成每種措施的實施 規模和投資，最后結合配電網實際情況，將實施措施落實到具體項目方案當中。該方法 可在滿足一定可靠性目標(或投資約束)的前提下，使投資(或可靠性)得到優化，從而 提高可靠性效益，且該方法具有很高的實際可操作性。
發明內容
本發明的目的是為了克服上述現有技術的缺陷，提供了一種供電可靠性成本/ 效益精益化分析與優化方法。在進行以提高供電可靠性為目標的配電網規劃時，利用本 的方法，通過對各類可靠性改善措施的實際分析，可得到每類措施單獨實施下的可靠性 成本/效益分析曲線；之后對多種措施對應的曲線進行組合，再利用經典供電可靠性成 本/效益分析理論，制定出考慮多種措施相結合的可靠性優化策略；利用該策略可從組 合曲線中選取可靠性優化路徑(即優化路線圖)，并可將該路徑進一步分解成每種優化 措施的實際投資，進而可得到每種措施所需實施的規模，最后可結合配電網實際情況， 將實施規模落實到具體項目方案當中。本方法不但能優化區域配電網，還能優化單獨 的線路；不但能對給定可靠性目標的投資進行優化，還能對給定投資的可靠性目標進行 優化；本方法還能形成考慮多種措施組合的可靠性優化路線圖，用于指導可靠性優化工 作，實現精益化管理。本方法是一種具有很高實際可操作性的配電網供電可靠性優化方 法。本發明的一種供電可靠性成本/效益精益化分析與優化方法，包括以下步驟(1)確定研究對象研究對象包括一個供電區域或若干條配電線路；(2)研究對象現狀可靠性分析現狀可靠性分析包括基于實際停電事件的統計分析和基于評估模型的預測性評 估，進而明確研究對象的可靠性薄弱環節；(3)可靠性優化措施分解
通過對可靠性影響因素的分析，選擇可靠性優化措施組，并進行分解；(4)優化措施敏感度分析首先可以將每類措施對可靠性的影響轉化為對可靠性參數的改變，之后就可將 這種改變應用到常規配電網供電可靠性評估模型當中，進行預測性評估，從而可以得到 該措施單獨實施后的可靠性改善效果，其邊際效益和成本的比值就是效益/成本敏感 度，其值越高表明該措施敏感度越高，其實施效果會越好；(5)優化措施精益化分析把可靠性成本/效益分析曲線中的可靠性邊際成本曲線進一步按照不同的優化 措施分解成多條曲線，并將多個措施對應的可靠性邊際效益曲線擬定為一條曲線；(6)制定可靠性優化策略針對不同的優化目標優化投資或優化可靠性，采用合理的優化策略，制定出 優化方案，形成工程項目，為實施奠定基礎。其中，制定可靠性優化策略的方法如下以確定可靠性下的投資成本優化為目標，其策略制定如下1)利用優化措施精益化分析結果，從可靠性成本/效益分析曲線中找到起始段 距離X軸最近的一條可靠性邊際成本曲線，從該曲線起始點開始向后搜索；2)如果與另一條可靠性邊際成本曲線相交，則轉而從這條新曲線繼續向后搜 索，以后類推，直到達到可靠性目標為止；3)分布在搜索路徑上的所有線段就連接成了考慮多項優化措施下的可靠性邊際 成本優化曲線；該曲線從起始點到目標點之間對可靠率的積分即為相應可靠性水平下的 總投資；4)得到總投資后，即可將該投資按段分解為多種優化措施的投資；對于每種措 施，則可根據投資大小和研究對象的可靠性薄弱環節，制定出優化措施的具體內容和規 模；之后可進一步形成具體的優化方案和工程項目。其中，優化措施精益化分析的方法如下利用不同優化措施下的效益/成本敏感度分析結果，可采用線性、對數和/或指 數的擬合方法，把可靠性成本/效益分析曲線中的可靠性邊際成本曲線按照不同的優化 措施分解擬合成多條曲線，每條曲線代表單獨使用該措施達到其極限可靠性水平時的可 靠性邊際成本，由于在給定區域配電網中提高單位可靠率的效益是一個定值，因此可將 多個措施對應的可靠性邊際效益曲線擬定為一條曲線，從而簡化分析過程。其中，不同優化措施下的效益/成本敏感度分析的方法如下將每類可靠性優化措施對可靠性的影響轉化為對可靠性參數的改變，之后將這 種改變應用到常規配電網供電可靠性評估模型當中，從而得到該措施單獨實施后的可靠 性改善效果；為便于分析，可評估在最大可能實施程度下的可靠性變化，這時產生的邊 際效益可稱為“極限平均邊際效益”，所需的成本稱為“極限平均邊際成本”，其比值 就是效益/成本敏感度，其值越高表明該措施敏感度越高，其實施效果會越好。本發明技術方案的優點是(1)本發明的方法從區域配電網實際出發，不但充分應用了供電可靠性成本/效 益分析理論模型，而且大幅度提高了這一理論模型的實際可操作性，具有很高的工程應用價值。(2)本發明的方法不但能對給定可靠性目標的優化措施及投資進行優化，降低可 靠性優化成本；還能對給定投資約束下的可靠性目標進行優化，提升可靠性水平。(3)運用基于可靠性成本/效益分析曲線提出的優化策略，可形成考慮多種措施 的可靠性優化路徑，進而可為供電企業可靠性優化規劃項目的分類和優先級設定(即優 化路線圖)提供依據。(4)本發明的方法具有較高的適應性，通過應用精益化分析思路，可對單個區域 或單條線路進行分析，能夠適應不同層次的分析和優化需求，其實際應用有助于供電企 業實現可靠性精益化管理，并能帶來顯著效益。
下面結合附圖對本發明進一步說明。圖1是可靠性成本/效益分析曲線；圖2是依據本發明的方法的利用可靠性成本/效益分析曲線進行優化的流程 圖；圖3是依據本發明的方法的局部放大的可靠性成本/效益分析曲線示例；圖4是基于多種措施可靠性成本/效益分析曲線的優化路徑示例(藍色部分)。
具體實施例方式本發明的方法主要針對中壓配電網供電可靠性優化，具體實施方案如下。(1)優化措施敏感度分析在同一區域配電網中，不同的可靠性優化措施在提高單位可靠率方面的投資是 不同的，產生的效益也是不同的。因此，首先可以將每類措施對可靠性的影響轉化為對 可靠性參數的改變(如永久故障率、故障修復時間、切換時間等)，之后就可將這種改變 應用到常規配電網供電可靠性評估模型當中，進行預測性評估，從而可以得到該措施單 獨實施后的可靠性改善效果。對于同一區域配電網，即便是同一措施，其實施程度的差 異對可靠性所帶來的影響是不同的，為便于分析，可評估在最大可能實施程度下的可靠 性變化。這時產生的邊際效益可稱為“極限平均邊際效益”，所需的成本稱為“極限平 均邊際成本”，其比值就是效益/成本敏感度，其值越高表明該措施敏感度越高，其實施 效果會越好。其中，成本和效益的計算可采用“背景技術”中提到的計算方法。(2)優化措施精益化分析利用不同優化措施下的效益/成本敏感度分析結果，把可靠性成本/效益分析曲 線中的UC曲線(即可靠性邊際成本曲線)進一步按照不同的優化措施分解成多條曲線， 為區域配電網在不同可靠性優化措施下的精益化分析奠定基礎。每種措施所能達到的極 限可靠性水平是不同的，即各曲線的終點不同。其中，每條UC曲線代表單獨使用該措 施達到其極限可靠性水平時的可靠性邊際成本，其對可靠性水平(X軸)的積分即為該措 施所需的投資成本。由于在給定區域配電網中提高單位可靠率的效益是一個定值，因此可將多個措 施對應的可靠性邊際效益曲線擬定為一條曲線，這樣便于簡化分析過程，同時也更具實
7際可操作性。利用可靠性成本/效益分析曲線進行優化的主要流程如附圖2所示，過程如 下1)確定研究對象，可以是一個區域，也可以是若干條配電線路；2)對研究對象進行現狀可靠性分析，包括基于實際停電事件的統計分析和基于 評估模型的預測性評估，進而明確研究對象的可靠性薄弱環節；3)通過對主要可靠性影響因素的分析，選擇可靠性優化措施組，并進行分解；4)針對每種措施，通過預測性評估，確定其極限平均邊際效益(缺電成本)和極 限平均邊際成本(投資成本)；5)利用效益/成本敏感度分析，擬合得到成本/效益分析曲線(如附圖3所 示)；6)針對不同的優化目標(優化投資或優化可靠性)，采用合理的優化策略，制定 優化方案；(3)可靠性優化策略局部放大的可靠性成本/效益分析曲線示例見附圖3。下面通過以確定可靠性目標下的投資成本優化為例，對優化策略進行論述。1)從可靠性成本/效益分析曲線中找到起始段距離X軸最近的一條可靠性邊際 成本曲線，如附圖3中的“自動化水平”可靠性邊際成本曲線，從該曲線起始點開始向 后搜索；2)如果與另一條可靠性邊際成本曲線相交(如附圖3中紅色豎線所示交點)，則 轉而從這條曲線繼續向后搜索，以后類推，直到達到可靠性目標(如附圖3中藍色豎線所 示位置)；3)分布在搜索路徑上的所有線段就連接成了考慮多項優化措施下的可靠性邊際 成本優化曲線；該曲線從起始點到目標點之間對可靠率的積分即為相應可靠性水平下的 總投資；曲線上兩個相鄰交點之間的曲線對可靠率(X軸)的積分即為對應的優化措施所 需要的投資成本；4)附圖3中可靠性邊際效益曲線與任何一個邊際成本曲線的交點，即為單獨使 用該項措施時所對應的最佳可靠性水平；5)得到總投資后，即可將該投資按段分解為多種優化措施的投資；對于每種措 施，則可根據投資大小和研究對象的可靠性薄弱環節，制定出優化措施的具體內容和規 模；之后可進一步形成具體的優化方案和工程項目，為實施奠定基礎。采用上述策略形成的基于多種措施的可靠性成本/效益分析曲線的優化路徑示 例見附圖4。可以看到，如果選擇其它任何一條不同的優化路徑，其成本都會高于按照上 述優化策略得到的結果。(4)方法的說明與擴展附圖3中各可靠性邊際成本曲線的交點實質上是各措施下邊際供電總成本曲線 TC = CC+UC的交點，優化的目的是力圖找到各措施綜合應用下的邊際供電總成本最低 點，但由于邊際效益曲線CC是同一條曲線(見前文)，所以各措施下TC曲線的交點就 是UC曲線的交點，故可將邊際供電總成本曲線省去。
由于配電網最佳可靠性優化方案的理論求解過程非常復雜，可操作性很低。本 方法所得到的方案未必是理論最優結果，但卻具有很強的可操作性，同時由于該方法包 含有一定的啟發式優化思路在內，因此其結果具有較高的合理性。事實上，由于一次網架的建設和優化是配電網運行的基礎，因此，在實際應用 本章所述的分析和優化思路時，一般都會在網絡優化的基礎上再考慮其他優化措施的選 擇，特別對于網架方面存在問題的區域，更為現實和重要。這時，就需要對原優化策略 進行修正，首先從網絡優化入手，沿網絡優化可靠性邊際成本曲線搜索，至與可靠性邊 際效益曲線相交點后(如附圖3綠色豎線所示交點)，再按照前述思路繼續搜索優化路 徑，最后的合成路徑即為最終優化路徑。本方法可以為供電企業可靠性優化規劃項目的分類和優先級設定(即優化路線 圖)提供依據。如果進一步深入應用精益化分析思路的話，這些規劃項目可以細分到單 個分區或單條線路，可見本方法具有較高的適應性，能夠適應不同層次的分析和優化需 求，其實際應用可為企業可靠性精益化管理帶來效益。此處已經根據特定的示例性實施例對本發明進行了描述。對本領域的技術人員 來說在不脫離本發明的范圍下進行適當的替換或修改將是顯而易見的。示例性的實施 例僅僅是例證性的，而不是對本發明的范圍的限制，本發明的范圍由所附的權利要求定 義。
權利要求
1.一種供電可靠性成本/效益精益化分析與優化方法，其特征在于包括以下步驟(1)確定研究對象研究對象包括一個供電區域或若干條配電線路；(2)研究對象現狀可靠性分析現狀可靠性分析包括基于實際停電事件的統計分析和基于評估模型的預測性評估， 進而明確研究對象的可靠性薄弱環節；(3)可靠性優化措施分解通過對可靠性影響因素的分析，選擇可靠性優化措施組，并進行分解；(4)優化措施敏感度分析首先可以將每類措施對可靠性的影響轉化為對可靠性參數的改變，之后就可將這種 改變應用到常規配電網供電可靠性評估模型當中，進行預測性評估，從而可以得到該措 施單獨實施后的可靠性改善效果，其邊際效益和成本的比值就是效益/成本敏感度，其 值越高表明該措施敏感度越高，其實施效果會越好；(5)優化措施精益化分析把可靠性成本/效益分析曲線中的可靠性邊際成本曲線進一步按照不同的優化措施 分解成多條曲線，并將多個措施對應的可靠性邊際效益曲線擬定為一條曲線；(6)制定可靠性優化策略針對不同的優化目標優化投資或優化可靠性，采用合理的優化策略，制定出優化 方案，形成工程項目，為實施奠定基礎。
2.如權利要求1所述的分析與優化方法，其特征在于制定可靠性優化策略的方法如下以確定可靠性下的投資成本優化為目標，其策略制定如下1)利用優化措施精益化分析結果，從可靠性成本/效益分析曲線中找到起始段距離X 軸最近的一條可靠性邊際成本曲線，從該曲線起始點開始向后搜索；2)如果與另一條可靠性邊際成本曲線相交，則轉而從這條新曲線繼續向后搜索，以 后類推，直到達到可靠性目標為止；3)分布在搜索路徑上的所有線段就連接成了考慮多項優化措施下的可靠性邊際成本 優化曲線；該曲線從起始點到目標點之間對可靠率的積分即為相應可靠性水平下的總投 資；4)得到總投資后，即可將該投資按段分解為多種優化措施的投資；對于每種措施， 則可根據投資大小和研究對象的可靠性薄弱環節，制定出優化措施的具體內容和規模； 之后可進一步形成具體的優化方案和工程項目。
3.如權利要求2所述的分析與優化方法，其特征在于優化措施精益化分析的方法如下利用不同優化措施下的效益/成本敏感度分析結果，可采用線性、對數和/或指數的 擬合方法，把可靠性成本/效益分析曲線中的可靠性邊際成本曲線按照不同的優化措施 分解擬合成多條曲線，每條曲線代表單獨使用該措施達到其極限可靠性水平時的可靠性 邊際成本，由于在給定區域配電網中提高單位可靠率的效益是一個定值，因此可將多個 措施對應的可靠性邊際效益曲線擬定為一條曲線，從而簡化分析過程。
4.如權利要求3所述的分析與優化方法，其特征在于不同優化措施下的效益/成本敏 感度分析的方法如下將每類可靠性優化措施對可靠性的影響轉化為對可靠性參數的改變，之后將這種改 變應用到常規配電網供電可靠性評估模型當中，從而得到該措施單獨實施后的可靠性改 善效果；為便于分析，可評估在最大可能實施程度下的可靠性變化，這時產生的邊際效 益可稱為“極限平均邊際效益”，所需的成本稱為“極限平均邊際成本”，其比值就是 效益/成本敏感度，其值越高表明該措施敏感度越高，其實施效果會越好。
全文摘要
本發明屬于電力系統領域，具體涉及一種供電可靠性成本/效益精益化分析與優化方法。在進行以提高供電可靠性為目標的配電網規劃時，利用本方法，通過對各類可靠性改善措施的實際分析，可得到每類措施單獨實施下的可靠性成本/效益分析曲線；之后對多種措施對應的曲線進行組合，再利用經典供電可靠性成本/效益分析理論，制定出考慮多種措施相結合的可靠性優化策略；利用該策略可從組合曲線中選取可靠性優化路徑，并可將該路徑進一步分解成每種優化措施的實際投資，進而可得到每種措施所需實施的規模，最后可結合配電網實際情況，將實施規模落實到具體項目方案當中。
文檔編號G06Q10/00GK102013051SQ20101051945
公開日2011年4月13日 申請日期2010年10月26日 優先權日2010年10月26日
發明者倪煒, 劉偉, 周莉梅, 崔艷妍, 李子韻, 楊曉梅, 王之偉, 王自楨, 蘇劍, 趙大溥, 錢朝陽 申請人:中國電力科學研究院, 江蘇省電力公司南京供電公司