基于AHP-CRITIC技術(shù)的考慮全壽命周期成本下變電站項(xiàng)目實(shí)施方案比選模型研究

摘要：精益化管理變電站設(shè)備成本是全面提高電網(wǎng)投資的一項(xiàng)重要工作。本文在分析現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，從經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、社會性三個維度，識別11個表征變電站項(xiàng)目實(shí)施方案的比選評價(jià)指標(biāo)；接著，利用AHP-CRITIC技術(shù)，構(gòu)建了考慮全壽命周期下的變電站項(xiàng)目實(shí)施方案的比選模型，有助于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：變電站項(xiàng)目；全壽命周期成本；AHP-CRITIC技術(shù)

一、引言

隨著我國逐步建設(shè)和推進(jìn)新型電力系統(tǒng)，多類型電網(wǎng)工程的投資建設(shè)成本達(dá)到了一個新的高度[1]。根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會2022年公布數(shù)據(jù)顯示，“十四五”期間，南方電網(wǎng)建設(shè)將規(guī)劃投資約6700億元，投資額相比“十三五”期間同比提升了33%[2]。其中，變電站作為推進(jìn)新型電力系統(tǒng)的一個重要組成部分，具有將高壓電能變成適合輸送和供應(yīng)給用戶的低壓電能的作用[3]。因此，為了精準(zhǔn)選擇變電站多個實(shí)施方案的優(yōu)劣性，將全壽命周期概念引入變電站項(xiàng)目方案決定過程中尤為重要。許多學(xué)者基于全壽命周期下的變電站建設(shè)管理方面得到成果[4]，提出全壽命周期下的變電站成本－效能綜合評估方法，使得設(shè)備價(jià)值的最大化[5]：

1.對比分析了影響變電站全壽命周期下的各項(xiàng)消耗成本[6]；2.考慮了變電站全壽命周期成本下的經(jīng)濟(jì)評價(jià)模型[7]；3.建立高壓斷路器全壽命周期成本模型評估其經(jīng)濟(jì)壽命；4.建立年均成本最小目標(biāo)函數(shù)下的全壽命周期成本模型；5.建立裝配式建筑綜合效益評價(jià)機(jī)制，為裝配式建筑優(yōu)劣評價(jià)提供借鑒；6.采用成本效益分析方法判斷方案的可行性；7.對設(shè)備運(yùn)行的全過程費(fèi)用進(jìn)行拆分，提出LCC模型。

上述研究成果通過考慮全壽命周期理論，對變電站項(xiàng)目進(jìn)行了精準(zhǔn)投資，但是在多個實(shí)施方案的比選過程中，應(yīng)當(dāng)利用大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)分析其不同指標(biāo)對其產(chǎn)生的影響，有助于變電站項(xiàng)目的順利實(shí)施和開展。因此，本文在分析現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，從經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、技術(shù)性指標(biāo)、社會性指標(biāo)三個維度，識別11個表征變電站項(xiàng)目實(shí)施方案的比選評價(jià)指標(biāo)，利用AHP-CRITIC技術(shù)構(gòu)建，考慮全壽命周期下的變電站項(xiàng)目實(shí)施方案的比選模型，并進(jìn)行實(shí)證分析，以驗(yàn)證提出模型的有效性和可行性。

二、設(shè)計(jì)變電站項(xiàng)目實(shí)施方案評價(jià)指標(biāo)體系

（一）經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)引入全壽命周期概念考慮了變電站項(xiàng)目方案的各維度成本，反映了電網(wǎng)企業(yè)整體利益，涉及購置成本、運(yùn)維成本、檢修成本、故障成本、處置成本、效益成本率、投資回收期等7個指標(biāo)，如下：

1.購置成本

涉及采購和安裝成本，即：

CGZ=CCG+CAZ

式中，CCG為采購成本；CAZ為安裝成本。

2.運(yùn)維成本

涉及操作成本、維護(hù)成本、巡視成本和監(jiān)測成本，按標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)法核算獲得，即：

式中，為各設(shè)備單次使用成本； 為第t年各成本的使用頻次。

3.檢修成本

涉及例行檢修成本、消缺成本、試驗(yàn)成本和大修成本，其中前三項(xiàng)成本按照標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)法核算獲得，大修成本以年為周期計(jì)算，即：

式中，為各設(shè)備單次使用成本； 為第t年各成本的使用頻次；大修成本由各設(shè)備在大修年及投入維修成本統(tǒng)計(jì)獲得。

（二）技術(shù)性指標(biāo)

技術(shù)性指標(biāo)反映全壽命周期內(nèi)變電站各類設(shè)備的可靠性，涉及系統(tǒng)可靠性、變運(yùn)維難易程度及可擴(kuò)展性等3個指標(biāo)，如下：

1.系統(tǒng)可靠性

可靠性是衡量各設(shè)備的一個重要指標(biāo)。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，要求減少各類設(shè)備的相關(guān)成本支出，關(guān)注設(shè)備效益，如較高的一次設(shè)備可靠性，以顯著降低設(shè)備故障發(fā)生的概率，提高企業(yè)效益；關(guān)注準(zhǔn)確的繼電保護(hù)可靠性，防止因設(shè)備故障帶來的損失。

2.變運(yùn)維難易程度

變運(yùn)維難易程度包含更換和運(yùn)行，在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需求設(shè)備具有安裝簡單、更換容易、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，使得各設(shè)備保持安全穩(wěn)定運(yùn)行的工況。

3.可擴(kuò)展性

隨著新型電力系統(tǒng)的全面推進(jìn)，與之對應(yīng)的變電站技術(shù)應(yīng)同步得到發(fā)展，滿足了全新需求，有效提高了各設(shè)備的可靠性。

（三）社會性指標(biāo)

社會性指標(biāo)反映全壽命周期內(nèi)項(xiàng)目的安全穩(wěn)定運(yùn)行，涉及運(yùn)行安全性、環(huán)境保護(hù)能力、故障切斷能力等3個指標(biāo)，如下：

1.運(yùn)行安全性

在運(yùn)行過程中，應(yīng)當(dāng)關(guān)注各類設(shè)備的運(yùn)行情況，以有效保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此運(yùn)行安全性是一項(xiàng)關(guān)鍵的指標(biāo)。

2.環(huán)境保護(hù)能力

隨著各類技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，與之匹配的設(shè)備也得到空前的發(fā)展，同時(shí)對地區(qū)環(huán)境保護(hù)能力提出了更高要求，例如在運(yùn)行過程中造成較大的噪聲、檢修過程中排放六氟化硫等氣體，應(yīng)當(dāng)關(guān)注環(huán)境保護(hù)能力等指標(biāo)。

3.相關(guān)產(chǎn)業(yè)拉動率

受電網(wǎng)項(xiàng)目投資額不斷增加，各設(shè)備的需求也將逐步變多，能夠提供更多產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。該指標(biāo)越大，說明帶來的社會性效益越強(qiáng)。

三、構(gòu)建基于AHP-CRITIC技術(shù)的變電站項(xiàng)目實(shí)施方案比選模型

（一）AHP法

層次分析法（AHP）是一種層次權(quán)重決策分析方法，將復(fù)雜的決策系統(tǒng)分解為不同的組成因素，并按不同的層次組合，用數(shù)量形式表達(dá)和處理的方法來代替邀請專家的主觀判斷因素造成的臆斷，使評價(jià)結(jié)果客觀且可行，步驟如下：

1.建立初始判斷矩陣

若存在有m個評價(jià)目標(biāo)，每個評價(jià)目標(biāo)有個評價(jià)指標(biāo)，則構(gòu)建判斷矩陣如下：

式中，D為項(xiàng)目評價(jià)目標(biāo)； 為項(xiàng)目評價(jià)指標(biāo)，且指標(biāo)t與指標(biāo)j相比的重要性權(quán)數(shù)，采用1～9標(biāo)度法量化。

2.判斷矩陣歸一化

針對指標(biāo)體系中指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，即：

再將標(biāo)準(zhǔn)判斷矩陣正規(guī)化，得到權(quán)重系數(shù)，即：

3.計(jì)算特征值

其中，λmax為判斷矩陣的最大特征值。

4.一致性檢驗(yàn)

其中，n為變電站項(xiàng)目評價(jià)指標(biāo)數(shù)量。根據(jù)判斷矩陣階數(shù)，確定相對應(yīng)的RI值。

最后，計(jì)算一致性比例CR，即：

若CR＜0.1，判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn)，反之亦然。

（二）CRITIC法

CRITIC法是熵權(quán)法的一種改進(jìn)方法，能夠綜合衡量指標(biāo)間的情況，確定各評價(jià)指標(biāo)對應(yīng)包含的信息量及指標(biāo)權(quán)重。

1.數(shù)據(jù)規(guī)范化處理

對變電站項(xiàng)目評價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)的比較矩陣中的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，分為正向化和逆向化。

2.計(jì)算評價(jià)指標(biāo)xj的標(biāo)準(zhǔn)差

變電站項(xiàng)目評價(jià)指標(biāo)xj的標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式，即：

3.計(jì)算評價(jià)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

計(jì)算變電站項(xiàng)目評價(jià)指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)rij，評價(jià)指標(biāo)之間相關(guān)系數(shù)數(shù)值越大，關(guān)聯(lián)程度越高，包含的信息量越統(tǒng)一，權(quán)重越小，即：

4.計(jì)算客觀權(quán)重

變電站項(xiàng)目評價(jià)指標(biāo)Xj對應(yīng)的客觀權(quán)重，即：

（三）主客觀權(quán)重相關(guān)性分析

由上述計(jì)算得到的主客觀權(quán)重進(jìn)行相關(guān)性分析，以便判斷AHP法得到的主觀權(quán)重與CRITIC法得到的客觀權(quán)重是否通過顯著性檢驗(yàn)，即當(dāng)P＞0.05，則說明兩者顯著性不相關(guān)，反之亦然。

（四）確定總權(quán)重

利用Lagrange法進(jìn)行最優(yōu)組合權(quán)重，得到綜合賦權(quán)重，即：

四、算例分析

（一）項(xiàng)目概況

為了提高地區(qū)可靠性與進(jìn)線“N-1”，對原變電站設(shè)備進(jìn)行資產(chǎn)評估，對不滿足公司要求的老化設(shè)備投資整改。其中，自動化設(shè)備和自動化保護(hù)裝置已運(yùn)行16年之久，發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)較大，且斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的額定容量小，不滿足高負(fù)荷工作需求。因此，選取110kV下的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行更新設(shè)計(jì)，方案中對原有變電站變壓器進(jìn)行更換，一二次設(shè)備全部更換為智能化設(shè)備，采用戶內(nèi)氣體絕緣金屬封閉，主接線方式調(diào)整為雙電源，拆除原有的戶外開關(guān)設(shè)備，見表1。

（二）結(jié)果分析

1.評價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

邀請業(yè)內(nèi)10位專家對變電站項(xiàng)目的各評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分，得到主觀評價(jià)指標(biāo)權(quán)重；利用CRITIC法得到評價(jià)指標(biāo)客觀權(quán)重，見表2和3。

2.相關(guān)性分析

利用SPSS軟件審計(jì)得到的變電站項(xiàng)目主客觀評價(jià)權(quán)重，相關(guān)系數(shù)為0.028。顯著性檢驗(yàn)的值0.875大于0.05，說明兩種評價(jià)方法得到的權(quán)重相互獨(dú)立，不具有重復(fù)性。

五、結(jié)束語

針對變電站項(xiàng)目實(shí)施情況，本文考慮了全壽命周期成本，提出了變電站項(xiàng)目實(shí)施方案評估方法，在變電站項(xiàng)目各指標(biāo)數(shù)據(jù)可獲取基礎(chǔ)上，引入全壽命周期理論，表征了購置成本對變電站項(xiàng)目實(shí)施過程中產(chǎn)生較大的影響。但是，目前的評估方法受制于變電站項(xiàng)目實(shí)施方案歷史數(shù)據(jù)，會造成評估結(jié)果不夠準(zhǔn)確等問題。

作者單位：畢竟 .中山供電局

李彥明 廣東電網(wǎng)公司

丁超民 熊振東 李垂有 中山供電局

參考文獻(xiàn)

[1]孫瑜歌，丁濤，黃雨涵，等.高比例新能源電力市場不同發(fā)展階段劃分及形態(tài)結(jié)構(gòu)演進(jìn)[J].高電壓技術(shù)，2023，49（07）：2725-2743.

[2]鄒俊雄.電網(wǎng)工程信息化投資決策分析[J].中國電力企業(yè)管理，2023（18）：58-59.

[3]錢宇騁，朱太云，甄超，等.基于多源數(shù)據(jù)分析的變電站狀態(tài)維護(hù)策略優(yōu)化方法[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2021，21（13）：5387-5393.

[4]李娜，李程啟，徐冉，等.變電設(shè)備全壽命周期成本-效能綜合評估方法[J].山東電力技術(shù)，2023，50（05）：48-54.

[5]梁金正，梁九齡，熊振冬，等.基于全壽命周期成本的變電站設(shè)計(jì)方案比選方法研究[J].湖南電力，2023，43（03）：115-119.

[6]王乙斐，劉怡.基于全生命周期成本理論的變電站決策選型研究[J].電力勘測設(shè)計(jì)，2022（09）：12-16.

[7]吐松江·卡日，逯浩坦，高文勝，等.基于系統(tǒng)動力學(xué)的高壓斷路器全壽命成本評估[J].高壓電器，2023，59（01）：169-175，184.