system: [SYSTEM]

user: 3. 配电网变压器LCC模型 对配电网变压器LCC的系统分析确定了其每阶段的组成部分，结合配电网规划标准在各相应阶段的具体设备选型规定，进一步分析并确定各阶段成本计算时所涉及到的影响因素，从而建立相应的变压器LCC模型。合理地制定出配电变压器在全寿命周期内的设备选型策略，为电力决策者做出合理的选择提供科学的依据，进而提高电力企业的经济效益。 3.1. 变压器投资成本 变压器投资成本(C I )是指购买并建设变压器的所需成本，当且仅指在全寿命周期的初期阶段的花费成本，它主要包括变压器的购买费用、建筑安装工程费用以及培训等其他费用。 C I = C g m + C a z + C q t (2) 式中：C gm 为设备购买费用，其与设备选型标准中的变压器安装容量和规模呈一定比例；C az 为安装调试费用，其与C gm 呈正比例关系，由经验数据分析，假设C az = 7%C gm 。C qt 为其他费用一些费用的统称，由于该项费用标准存在一定的不确定性，为了简化处理假设其与C gm 也呈正比例关系，假设C qt = λC gm (λ由具体电力部门数据统计分析后得到)。 3.2. 变压器运行成本 运行成本(C O )主要是指配电网变压器在投产运营过程中的人工成本和因功率损耗产生的成本。它在变压器建成运行后即刻发生，直到变压器报废回收，具体包括运行人员成本、固定功率损耗成本以及可变功率损耗成本。 C O = C p + C p c + C v c (3) 运行人员成本是指支付给变压器运行工作人员的费用支出，包括培训费用、工资、奖金以及其他一些补贴等。它根据变压器的类型不同而有所差异，对于确定类型的变压器，运行人员成本相对固定，记为C p ，该项指标由电力人资部门统计后得到。 固定功率损耗成本是由与负荷大小无关的空载损耗引起的。记变压器的年停运时间为T s ，固定功率损耗为P g ，售电电价为a，每年固定功率损耗成本为C PC ，则有： C P C = a × P g × ( 8760 T S ) (4) 由相应设备选型规划标准可知，对于确定型号的变压器，在确定的区域范围内，固定功率损耗和售电电价是固定不变的。但是变压器在整个寿命周期内的故障率是变化的，呈“浴盆”状，从而导致每年的停运时间是不确定的。若变压器的故障率记为x，变压器故障的修复时间为T R ，则计及可靠性的变压器设备每年停运时间可表示为： T S = 8760 × x x + 8760 / T R (5) 可变功率损耗成本与负荷大小有关，是由电流通过变压器绕组中的电阻时产生损耗引起的。记可变功率的损耗电量为E e ，每年可变功率损耗成本为C vc ，则有： C V C = a × E e (6) 其中可变功率的损耗电量由最大负荷下的有功功率损耗(记为P L ，max )和最大负荷损耗时间(记为t max )共同决定的，即： E e = P L ， max × t max (7) 式(7)中的最大负荷下的有功功率损耗与变压器在最大负荷下的有功功率(记为P A ，max )、无功功率(P R ，max )、额定电压(U)和等效电阻(R)相关；式(7)中的最大负荷损耗时间可通过功率因数(记为 cos φ )和最大负荷利用小时数(记为T max )查询相关手册得到。求得和分别为： P L ， max = ( P A ， max 2 + P R ， max 2 ) × R U 2 = S × y × R U 2 (8) T max = E P A ， m a x (9) 式(8)中S、y分别表示变压器的额定容量、最大负载率；式(9)中E表示变压器每年的输送电量。设备寿命周期的相关研究中，学者们总是将电量假设为固定不变的常量，这与实际情况并不相符。随着经济发展和人民生活水平提高，用电负荷不断增长，在变压器的额定容量内，其输送的电量也会随之增长，直到达到变压器的最大负载率，亦是变压器能够输送的最大输送电量E max ，可表示为： E max = S × y × ( 8760 − T s ) (10) 综上所述变压器的运行成本可表示为： C O = C P + a ⋅ P g ⋅ ( 8760 ) 2 ⋅ x x + 8760 / T R + a ⋅ t max ⋅ S × y × R U 2 (11) 3.3. 变压器检修维护成本 根据分析变压器设备检修维护所产生的费用，定义其由检修计划失负荷成本、随机失负荷成本以及检修费用组成。设备停运检修时，当系统备用容量不足或负荷转移路径受限，会导致电网直接失去部分负荷，且该过程还可能伴有开关操作费用，此部分称为检修计划失负荷成本；设备检修停运还会使负荷点的年平均停运时间增加，导致系统电量不足期望值增加，称为随机失负荷成本；检修费用通常为设备大修或者小修所花的费用。从而，设备检修成本可表示为： C M = C m 1 + C m 2 + C m 3 (12) 式中C m1 为电网的检修计划失负荷成本；C m2 电网的随机失负荷成本；C m3 为设备检修费用。 其中： C m 1 = P m 1 × T c × a + A × γ (13) P m 1 是由检修造成的单位时间计划失负荷量；T c 为负荷停电持续时间，具体为检修恢复时间、备用电源投入时间或倒闸操作时间等；A为检修过程中开关操作的个数； γ 为开关操作费用；a为计划失负荷单位电价。 C m 2 = ∑ i = 1 K a 2 L i T i (14) L i 为负荷点i处的平均负荷；T i 为考虑检修设备集合时负荷点i处的年平均停运时间；K为需检修的负荷点个数；a 2 为随机失负荷单位电价。 其中： T i = ∑ j N ( λ ′ j r ′ j + λ j r j ) (15) N为负荷点到电源点的最小路上的设备个数； λ ′ j 为设备j的检修停运率； r ′ j 为设备j的平均检修持续时间； λ j 为设备j的故障停运率； r j 为设备j的平均故障修复时间。 B为检修设备的集合；C f，i 是设备f选择检修方式i对应的检修费用(该指标根据相对应的设备检修标准得到)。 综上所述，变压器设备检修维护成本为： C M = ( P m 1 × T c × a + A × γ ) + ( ∑ i = 1 K a 2 L i [ ∑ j N ( λ ′ j r ′ j + λ j r j ) ] ) + ∑ f ∈ B C f ， i (16) 3.4. 变压器故障损失成本 变压器故障损失是指变压器发生故障导致供电中断所带来的损失。设备故障损失成本由电网运行成本以及个体成本组成。设备发生故障导致电网失负荷带来的停电成本称为电网运行成本；设备发生故障后能修复设备的修复费用或者无法修复的设备根据同种设备更换的费用称为个体成本。 因此变压器故障损失成本可表示为： C F = ∑ S ∈ ψ [ C f 1 ， s + C f 2 ， s ] (17) 式中： ψ 为检修周期里待修设备集合； C f 1 ， s 为由设备s发生故障引起的电网运行成本(根据历史同类型变压器故障后的大数据统计分析后得到)； C f 2 ， s 为由设备s发生故障造成的个体成本(根据各规划标准规定的设备选型更换情况确定)。 其中： C f 1 ， s = P f 1 ， s × T C × a 2 (18) 式中： P f 1 ， s 为由设备s发生故障引起的单位时间失负荷大小；T C 为负荷停电持续时间，具体包括故障恢复时间、备用电源投入时间以及倒闸操作时间等；a 2 为随机失负荷单位电价。 C f 2 ， s = η S C m ， s + [ 1 − η S ] C r ， s (19) 式中： η S 为设备s故障的修复概率；C m，s 为设备s发生故障的修复费用；C r，s 为设备s根据同种设备更换的费用。 综上所述，变压器故障损失成本可表示为： C F = ∑ S ∈ ψ [ ( P f 1 ， s × T S × a 2 ) + ( η S C m ， s + [ 1 − η S ] C r ， s ) ] (20) 3.5. 变压器退役处置成本 变压器设备退役处置成本由报废成本以及设备残值组成。报废成本为设备退役时产生的一系列费用，通常为了简化处理，将其视为安装调试费用的正比关系，设备残值是设备报废之后的可回收费用，一般而言，变压器的残值与变压器的购买费用成正比，生命周期相同的变压器，购买费用越高，其残值越大。 C D = C b f − C c z (21) 式中：C bf 为设备报废成本， C b f = α C a z (经过数据统计分析后设定)，C cz 为设备残值， C c z = β C g m (由具体电力部门数据统计分析后得到)。