區(qū)域配電網(wǎng)全壽命周期成本優(yōu)化研究

劉志偉，董力通，谷志紅，齊慧文，陳英華，葛艷琴

（1.國家電網(wǎng)山西省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，太原 030000；2.國家電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究有限公司，北京 102209）

隨著新一輪電力市場化的有序推進(jìn)，電網(wǎng)企業(yè)在提高設(shè)備可用率和供電服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，要減少運(yùn)行成本，提高企業(yè)效益［1］。配電網(wǎng)作為連接輸電系統(tǒng)與用戶的重要紐帶設(shè)備數(shù)量多、元件分布廣、運(yùn)行方式復(fù)雜，其成本隨區(qū)域不同呈現(xiàn)出明顯差別，不同區(qū)域的自然條件、經(jīng)濟(jì)條件、技術(shù)發(fā)展程度多樣化組合增大了成本管控的難度，現(xiàn)階段亟需掌握配電網(wǎng)的成本變動(dòng)規(guī)律、準(zhǔn)確定位最有效的成本增量控制方向，從而降低配電成本優(yōu)化配電網(wǎng)投資策略。

許多學(xué)者針對配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)研究。劉自發(fā)等［2］建立了微電網(wǎng)的成本效益模型和配電網(wǎng)的綜合效益模型，對各項(xiàng)成本效益做出量化評估后針對配電網(wǎng)建立了最優(yōu)效益模型。韓俊等［3］提出一種基于停電損失計(jì)算與成本分析的配電網(wǎng)單元制供電網(wǎng)格可靠性規(guī)劃方法，分析了停電損失、投資成本與可靠性指標(biāo)間的關(guān)系。全壽命周期理論能夠從時(shí)間維度橫向梳理掌握成本發(fā)生情況。Politano 和Frohlich［4］將電網(wǎng)費(fèi)用成本發(fā)生參數(shù)與目標(biāo)函數(shù)聯(lián)系起來進(jìn)行優(yōu)化求解。劉波［5］側(cè)重于全壽命周期成本管理的重要階段進(jìn)行探討。李英和孫素苗［6］基于輸配電價(jià)改革背景，對現(xiàn)行的輸配電成本核算現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。Morea 等［7］分析變壓器負(fù)載情況與全壽命成本的關(guān)系，給出不同負(fù)載率情況下全壽命周期成本的變化趨勢。Julia 和Lina［8］提出光伏風(fēng)電混合式發(fā)電系統(tǒng)的全壽命周期成本的計(jì)算模型及經(jīng)濟(jì)評估方法。李咸善等［9］提出了一種基于靈敏度分析的微電網(wǎng)全生命周期多目標(biāo)優(yōu)化模型，基于擬合法求出優(yōu)化目標(biāo)對這些關(guān)鍵因素的靈敏度獲得微電網(wǎng)全生命周期適應(yīng)性優(yōu)化配置方案。崔馨慧等［10］將關(guān)鍵因素靈敏性分析改進(jìn)、優(yōu)化應(yīng)用于電網(wǎng)穩(wěn)定裕度計(jì)算、電網(wǎng)規(guī)劃方案優(yōu)化、輸電線率線損率降低等問題。張彥和劉金森［11］對貴州輸電電網(wǎng)理論線損率的影響因素進(jìn)行了靈敏度分析。李濤等［12］建立了計(jì)及全壽命成本和收益的微電網(wǎng)儲(chǔ)能優(yōu)化配置模型，進(jìn)一步證明了在安全范圍內(nèi)，通過套利的經(jīng)濟(jì)手段降低了其成本。魯改鳳等［13］建立了全壽命周期成本和收益的模型，采用內(nèi)外層所采用的遺傳與模擬退火相結(jié)合的算法提出降低成本優(yōu)化配置策略。王永利等［14］從風(fēng)機(jī)無功成本、安全能效成本、改進(jìn)掙值法幾個(gè)方面對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性及全壽命周期成本優(yōu)化問題進(jìn)行了研究。宋春麗等［15］基于大電網(wǎng)差異化特性，提出了一套差異化全壽命周期成本效益經(jīng)濟(jì)評估體系。祝錦舟等［16］基于現(xiàn)行的電網(wǎng)規(guī)劃方案比選SEC 評價(jià)方法，借助全壽命周期理論，提出了一種新的確定電網(wǎng)全壽命周期評估年限的方法。蘇衛(wèi)華等［17］著重考慮電網(wǎng)規(guī)劃的可靠性成本，提出了一種針對居民用戶的需求側(cè)單位缺電成本的求解方法。鄭重等［18］基于變壓器全壽命周期成本采用威布爾分布的故障概率模型優(yōu)化運(yùn)維策略，建立壽命效率指數(shù)模型用杜鵑算法進(jìn)行參數(shù)尋優(yōu)。上述研究極大地推動(dòng)了配電網(wǎng)全壽命周期成本的研究，但鮮有從區(qū)域差異導(dǎo)致電網(wǎng)成本變動(dòng)原因的角度而尋求成本優(yōu)化途徑的研究。

本文基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型分析了配電網(wǎng)的復(fù)雜成本構(gòu)成，篩選影響成本的關(guān)鍵因子，基于改進(jìn)蒙特卡法針對關(guān)鍵影響因子構(gòu)建綜合靈敏度模型并計(jì)算各關(guān)鍵影響因子對配電網(wǎng)全壽命周期成本影響的綜合靈敏度系數(shù)，最后以關(guān)鍵影響因子對配電網(wǎng)全壽命周期成本總影響量最小為目標(biāo)構(gòu)建成本優(yōu)化模型，采用GAACS組合算法進(jìn)行求解。

一、配電網(wǎng)全壽命周期成本靈敏度分析

（一）配電網(wǎng)全壽命周期成本存量流量關(guān)系

區(qū)域配電網(wǎng)的投資建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)每年都需要投資大筆的資金，對區(qū)域配電網(wǎng)的成本進(jìn)行梳理能夠有效識(shí)別配電網(wǎng)成本中的關(guān)鍵因素，為有效管控配電網(wǎng)資產(chǎn)成本提供方向和建議。本節(jié)沿著區(qū)域配電網(wǎng)全壽命周期的各環(huán)節(jié)，將期間產(chǎn)生的成本分為4 個(gè)環(huán)節(jié)，分別為初始投資成本、運(yùn)維檢修成本、故障損失成本、退役處置成本，每項(xiàng)成本中又有成本項(xiàng)目多、分支復(fù)雜的特點(diǎn)，息費(fèi)、稅金等因素對多條成本產(chǎn)生影響，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)可以剖析全壽命周期成本的復(fù)雜構(gòu)成，梳理4 個(gè)環(huán)節(jié)的成本，構(gòu)建全壽命周期成本核算模型，如圖1 所示。

圖1 配電網(wǎng)成本系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

由圖1 可知，用存量流量圖來表示區(qū)域配電網(wǎng)資產(chǎn)成本和各個(gè)因素之間的動(dòng)態(tài)演化關(guān)系，該模型中有4個(gè)存量變量，分別是初始投資成本、運(yùn)行維護(hù)成本、故障成本和退役處置成本，由于不同配電網(wǎng)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)環(huán)境不同、行業(yè)發(fā)展與新能源電量的接入量不同，存量變量會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生流量變量，分別是投資成本增量、運(yùn)維成本增量、故障成本增量和退役處置成本增量，這4 個(gè)流量變量可以為負(fù)。

（1）初始投資成本主要部分為設(shè)計(jì)規(guī)劃費(fèi)、設(shè)備購置費(fèi)，建筑安裝工程費(fèi)，其中設(shè)計(jì)規(guī)劃費(fèi)和設(shè)備購置費(fèi)會(huì)由于區(qū)域不同產(chǎn)生較大區(qū)別，根據(jù)系數(shù)的不同體現(xiàn)區(qū)域差異化。設(shè)計(jì)規(guī)劃費(fèi)主要包括可行性研究費(fèi)、設(shè)計(jì)費(fèi)；建安費(fèi)主要包括直接費(fèi)、間接費(fèi)、承包方合理利潤與稅金；設(shè)備購置費(fèi)主要有設(shè)備費(fèi)和各運(yùn)雜費(fèi)組成。

其中：CI表示初始投資成本；Cds表示設(shè)計(jì)規(guī)劃費(fèi)；Cep表示設(shè)備購置費(fèi)；Cei表示建筑安裝工程費(fèi)。

（2）運(yùn)維成本主要由運(yùn)行成本、維護(hù)成本和其他費(fèi)用組成。運(yùn)行成本主要考慮線路損耗；維護(hù)成本包括日常維修費(fèi)、例行檢修費(fèi)、大修費(fèi)用、技改費(fèi)用，均受到線損率的影響。

其中：COM表示運(yùn)維成本；Clm表示運(yùn)行損耗；Cds表示日常維修費(fèi)；Crm表示檢修費(fèi)；Coh表示大修費(fèi)；Ctt表示技改費(fèi)；Qt表示輸電量；δ表示線損率；Ql表示線損電量；Qs表示供電量；Lline表示線路長度；Cp表示網(wǎng)損電價(jià)。

（3）故障成本主要包括停電損失成本、故障損失成本。故障損失成本主要包含檢修費(fèi)、返廠修理費(fèi)，停電損失成本包括電網(wǎng)收益損失、用戶補(bǔ)償損失。

其中：CF表示故障成本；Cfc表示查找故障的成本；Crp表示返廠修理成本；Cil表示電網(wǎng)失電收益損失；Cul表示用戶補(bǔ)償損失；Ql表示總停電量；t表示單次故障停電時(shí)間；γ表示停電補(bǔ)償系數(shù)，與用戶類型相關(guān)。

（4）退役處置成本主要包括設(shè)備處置成本和設(shè)備凈殘值，影響因素為固定資產(chǎn)原值、維修率、設(shè)備使用率，退役處置成本計(jì)算如下：

其中：CD表示退役處置成本；Cdw表示處置所要支付的費(fèi)用；Fr表示設(shè)備原值；φ表示殘值率；φr表示默認(rèn)殘值率；a表示設(shè)備使用率；b表示設(shè)備維修率；Inφr和分別表示殘值率和設(shè)備使用率與設(shè)備維修率比值的函數(shù)。

由存量流量圖（圖1）可知，影響配電網(wǎng)初始投資成本增量的關(guān)鍵影響因子有設(shè)備購置費(fèi)、規(guī)劃設(shè)計(jì)費(fèi)。影響運(yùn)維成本的關(guān)鍵因子有線損率、技改成本、大修與檢修成本；影響故障成本的關(guān)鍵因子是停電損失，影響退役處置成本的關(guān)鍵因子是殘值率。

（二）配電網(wǎng)全壽命周期成本靈敏度分析

對上述關(guān)鍵影響因子構(gòu)建基于蒙特卡洛靈敏度模型，進(jìn)行靈敏度分析，計(jì)算各關(guān)鍵影響因子對配電網(wǎng)全壽命周期成本影響的綜合靈敏度系數(shù)。但由于傳統(tǒng)的蒙特卡洛方法抽取的樣本數(shù)目多，模擬工作量大，不適合復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，由此結(jié)合混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)傳統(tǒng)蒙特卡洛方法，解決其工作量大的問題。

1.混合網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)抽樣

將所有樣本分成n個(gè)相互獨(dú)立的子空間，進(jìn)行獨(dú)立的等概率抽樣，避免子空間內(nèi)的重復(fù)抽樣。假設(shè)關(guān)鍵影響因子的概率分布函數(shù)為F(wj)，由此在n個(gè)子空間中產(chǎn)生的邊界點(diǎn)有n+1 個(gè)，如式（10），為第m個(gè)樣本在n空間的概率分布,為對于的概率分布函數(shù)。

為在獨(dú)立等概率的子空間隨機(jī)抽取某樣本的計(jì)算公式表達(dá)，即

2.計(jì)算綜合靈敏度系數(shù)

基于各關(guān)鍵因子的概率密度函數(shù)進(jìn)行隨機(jī)抽樣，然后根據(jù)關(guān)鍵因子的變化范圍計(jì)算配電網(wǎng)全壽命周期成本的變化情況。為了確定各關(guān)鍵因子對配電網(wǎng)全壽命周期的靈敏度，采取Pearson 相關(guān)系數(shù)度量關(guān)鍵影響因子與全壽命周期成本間的相關(guān)關(guān)系，同時(shí)引入關(guān)鍵因子的變異系數(shù)計(jì)算綜合靈敏度系數(shù)，消除測量尺度與量綱的影響。具體如式（12）所示：

其中：wj表示關(guān)鍵影響因子i；f(wj)表示輸入wj下的配電網(wǎng)全壽命周期成本；v表示蒙特卡洛隨機(jī)抽樣次數(shù)；Qp表示綜合靈敏度系數(shù)，系數(shù)絕對值越大，說明關(guān)鍵影響因子對配電網(wǎng)全壽命周期影響程度越大，反之亦然，系數(shù)正負(fù)為關(guān)鍵影響因子與配電網(wǎng)全壽命周期的相關(guān)程度，系數(shù)為正，代表正相關(guān)，反之亦然；ηp表示蒙特卡洛隨機(jī)抽取下的關(guān)鍵影響因子樣本點(diǎn)的變異系數(shù)。

二、基于綜合靈敏度系數(shù)的配電網(wǎng)全壽命周期成本優(yōu)化模型

（一）目標(biāo)函數(shù)

滿足了區(qū)域供電需求、保持供電可靠性等約束條件下，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)全壽命周期成本最小，具體配電網(wǎng)目標(biāo)函數(shù)，即

（二）約束條件

結(jié)合配電網(wǎng)全壽命周期成本特點(diǎn)，在初始投資、運(yùn)行維護(hù)、停電故障、退役處置4 個(gè)階段基礎(chǔ)上，具體約束條件如下。

（1）初始投資約束。配電網(wǎng)在初始投資階段受到投資額與配電區(qū)域電力需求量兩方面的約束，式（15）為初始投資成本不能超過總的投資額，式（16）為所建配電網(wǎng)能夠滿足該區(qū)域電力需求，即電力供給量大于等于電力需求量，即

其中：CTotal表示初始投資階段總的投資額；Qs表示區(qū)域的電力供給量；D表示區(qū)域的電力需求量。

（2）運(yùn)行維護(hù)約束。運(yùn)行維護(hù)階段收到線損率及其輸電量約束，式（17）為保證配電網(wǎng)輸電穩(wěn)定性，約束線損率的取值范圍；式（18）為供電量與輸電量及其損耗量之間的平衡。

其中：δmax表示線損率允許達(dá)到的最大值。

（3）停電與故障約束。為了保障配電網(wǎng)給用戶的供電質(zhì)量，受到停電時(shí)間上限及其停電補(bǔ)償?shù)募s束，具體如式（19）、式（20）所示：

其中：γmax、tmax分別表示停電補(bǔ)償與單詞停電故障時(shí)間的最大值。

（4）退役與處置階段約束。退役與處置階段受到殘值率、設(shè)備維修率、設(shè)備使用率的約束，具體如式（21）～式（23）所示：

其中：φmax表示殘值率的上限；bmax表示設(shè)備維修率的上限；amax表示設(shè)備使用率的上限。

三、模型計(jì)算與求解

（一）GAACS 組合算法

遺傳算法具有全局搜索的優(yōu)勢，但忽略反饋信息導(dǎo)致求解速度受到影響；蟻群算法則基于信息素搜索最優(yōu)解，但信息素的缺乏會(huì)降低算法的效率。將兩種算法進(jìn)行組合，利用遺傳算法的全局搜索優(yōu)勢為蟻群算法提供信息素進(jìn)行最優(yōu)解的搜尋，由此提高優(yōu)化效率，減少搜尋時(shí)間。

（1）始化種群。個(gè)體數(shù)量也即關(guān)鍵因子個(gè)數(shù)確定種群規(guī)模，并與關(guān)鍵因子取值一一對應(yīng)。假定關(guān)鍵因子wj的編碼為wj=[wj1，wj2，…，wji，…，wjn]，其中wji表示第j個(gè)關(guān)鍵因子的第i個(gè)取值。關(guān)鍵因子的取值在其取值范圍內(nèi)隨機(jī)生成，防止取值超過關(guān)鍵因子的取值上限。

（2）確定遺傳算子。算子的選擇能夠提高算法的計(jì)算效率與收斂性，同時(shí)變異與交叉算子的有效結(jié)合能夠保證遺傳算法的有效性。由此采取輪盤賭進(jìn)行采樣，進(jìn)行基因單點(diǎn)的交叉與隨機(jī)位的變異，并引入精英保留策略，即子代中適應(yīng)度低的個(gè)體被父代中較優(yōu)個(gè)體替代。

（3）轉(zhuǎn)入蟻群算法的時(shí)間點(diǎn)。首先假設(shè)遺傳算法的最大最小迭代次數(shù)與子代的最小進(jìn)化率。通過比較每一代的進(jìn)化率與設(shè)定的最小進(jìn)化率，假如連續(xù)n代的子代進(jìn)化率小于最小進(jìn)化率，則從遺傳算法進(jìn)入到蟻群算法。

（4）更新蟻群轉(zhuǎn)移概率。螞蟻a在搜索過程中的轉(zhuǎn)移概率如式（24）所示：

其中：(t)表示t時(shí)刻支路i上相應(yīng)的信息素；(t)表示螞蟻在t時(shí)刻的能見度；λ表示信息因子；θ表示期望啟發(fā)因子。后面螞蟻的行進(jìn)方式與信息素受到前面螞蟻行走方式的影響，所以需要在前面螞蟻行進(jìn)一步之后進(jìn)行信息素的更新，即

（二）模型具體求解流程

基于GAACS 組合算法的模型求解流程具體如圖2 所示。

圖2 模型求解流程圖

（1）篩選關(guān)鍵因子，計(jì)算綜合靈敏度系數(shù)。通過篩選影響配電網(wǎng)全壽命周期成本的關(guān)鍵因子，利用改進(jìn)的蒙特卡洛方法進(jìn)行隨機(jī)抽樣，由此計(jì)算不同關(guān)鍵因子的綜合靈敏度系數(shù)。

（2）初始化種群，確定遺傳算子。根據(jù)關(guān)鍵因子數(shù)目確定種群規(guī)模，對關(guān)鍵因子的取值進(jìn)行編碼，初始化種群，通過輪盤賭采樣方式確定遺傳算子。

（3）計(jì)算適應(yīng)度，判斷轉(zhuǎn)入蟻群算法的時(shí)間點(diǎn)。通過比較子進(jìn)化率與最小進(jìn)化率的大小，判斷是否轉(zhuǎn)入蟻群算法，當(dāng)連續(xù)n代的子進(jìn)化率＜最小進(jìn)化率，則轉(zhuǎn)入蟻群算法，反之，則繼續(xù)遞歸迭代。

（4）形成蟻群信息素，計(jì)算轉(zhuǎn)移概率。通過式（24）計(jì)算蟻群行進(jìn)的轉(zhuǎn)移概率。

（5）更新蟻群信息素。通過式（25）、式（26）計(jì)算蟻群信息素的更新情況。

（6）判斷是否達(dá)到最優(yōu)解。通過判斷在滿足約束條件的情況下，實(shí)現(xiàn)了全壽命周期成本最小，若滿足，則輸出最優(yōu)解，也即全壽命周期成本最?。蝗舨粷M足則繼續(xù)進(jìn)行遞歸迭代。

四、算例分析

（一）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

選取某省10 千伏配電網(wǎng)區(qū)域共4 個(gè)低壓臺(tái)區(qū)2017 年的投資建設(shè)及運(yùn)維數(shù)據(jù)，該配電區(qū)域10 千伏主線15 年間最大負(fù)荷為2439 千瓦，具體參數(shù)見表1。

表1 數(shù)據(jù)參數(shù)表

考慮到不同區(qū)域間配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、供用電情況復(fù)雜多變，運(yùn)維數(shù)據(jù)不易得，控制變量困難等因素?，F(xiàn)依據(jù)算例區(qū)域配電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，分別考慮自然條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度、技術(shù)成熟程度對全壽命周期各項(xiàng)成本的綜合影響，模擬出不同情景的區(qū)域配電網(wǎng)成本數(shù)據(jù)，分析全壽命周期成本中各關(guān)鍵因子的綜合靈敏度系數(shù)，再進(jìn)一步進(jìn)行區(qū)域配電網(wǎng)間成本的橫向?qū)Ρ确治?。根?jù)原始數(shù)據(jù)計(jì)算得出各個(gè)關(guān)鍵因子的綜合敏感系數(shù)見表2。

表2 基礎(chǔ)綜合靈敏系數(shù)表

（二）結(jié)果分析

1.綜合靈敏性度系數(shù)

（1）自然條件。不同區(qū)域配電網(wǎng)自然條件的復(fù)雜性會(huì)綜合影響成本，地形復(fù)雜區(qū)域的規(guī)劃設(shè)計(jì)難度增加，直接導(dǎo)致規(guī)劃設(shè)計(jì)費(fèi)增高、建安費(fèi)增加，間接增大運(yùn)維檢修成本；氣候潮濕或者極度干燥直接導(dǎo)致初始設(shè)備購置費(fèi)增大；極端天氣概率頻發(fā)導(dǎo)致大修次數(shù)增加；綜合考慮地形、氣候、極端天氣發(fā)生概率，將自然條件按照利好電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)維程度分為4 個(gè)等級(jí)，依據(jù)模擬數(shù)據(jù)計(jì)算得各關(guān)鍵因子的綜合靈敏度系數(shù)變動(dòng)如圖3所示。

由圖3 中變化明顯的系數(shù)分析可知，自然條件發(fā)生變化時(shí)，各關(guān)鍵因子的綜合靈敏度系數(shù)產(chǎn)生變化，其中較為典型的6 個(gè)關(guān)鍵因子，分別是設(shè)備購置費(fèi)、大修費(fèi)、電網(wǎng)損失費(fèi)、技改費(fèi)、檢修費(fèi)、用戶補(bǔ)償損失費(fèi)。當(dāng)自然條件逐漸利好時(shí)，設(shè)備購買費(fèi)和技改費(fèi)對總成本的影響程度逐漸升高，大修費(fèi)和檢修費(fèi)對成本的影響程度呈下降趨勢，電網(wǎng)損失和用戶損失對成本的影響程度變化平滑。分析可知，當(dāng)自然條件有利于配電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)維時(shí)，初始建設(shè)投資和技改性投資應(yīng)是關(guān)注的重點(diǎn)，尤其是設(shè)備購置環(huán)節(jié)，綜合靈敏系數(shù)最高為0.95；運(yùn)維檢修的改進(jìn)優(yōu)化對成本的優(yōu)化作用隨環(huán)境條件變好而減??；電網(wǎng)損失和用戶補(bǔ)償損失與沒有環(huán)境變化呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系。

（2）經(jīng)濟(jì)條件。區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度的差異帶來區(qū)域負(fù)荷密度變化，線路、設(shè)備的初始投資成本隨之變化，負(fù)荷密度高時(shí)，區(qū)域配電網(wǎng)的網(wǎng)損、線損率、設(shè)備利用率均會(huì)升高，大修、檢修頻率增加，成本相應(yīng)增加。區(qū)域用戶特性會(huì)對用戶補(bǔ)償損失、年運(yùn)行小時(shí)數(shù)等產(chǎn)生影響，對故障停電時(shí)間、帶電作業(yè)能力提出不同要求，結(jié)合經(jīng)濟(jì)條件變化的區(qū)域成本數(shù)據(jù)，各因子的綜合靈敏度系數(shù)變化如圖4 所示。

圖4 經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度變化時(shí)關(guān)鍵因子的典型變化趨勢

由圖4 中變化明顯的系數(shù)分析可知，隨著經(jīng)濟(jì)逐漸發(fā)達(dá)，區(qū)域配電網(wǎng)的設(shè)備購買費(fèi)和技改費(fèi)的綜合靈敏度系數(shù)呈下降趨勢，大修費(fèi)、檢修費(fèi)、電網(wǎng)損失用戶損失呈上升趨勢。設(shè)備購置環(huán)節(jié)和技改環(huán)節(jié)會(huì)隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)達(dá)對成本的影響逐漸降低，技改費(fèi)的影響變動(dòng)幅度較大；而運(yùn)維檢修環(huán)節(jié)的成本會(huì)隨經(jīng)濟(jì)的發(fā)達(dá)對總成本的影響逐漸增大，尤其是檢修環(huán)節(jié)，分析可能由于區(qū)域負(fù)荷密度大，增加了檢修次數(shù)和檢修成本；而電網(wǎng)損失和用戶補(bǔ)償損失的影響也明顯升高，驗(yàn)證了負(fù)荷密度大的區(qū)域供電保障、電網(wǎng)可靠性的會(huì)越發(fā)重要。

（3）技術(shù)條件。區(qū)域配電網(wǎng)的技術(shù)成熟度也會(huì)影響全壽命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)的成本，技術(shù)成熟程度可以從供電可靠性、配電自動(dòng)化程度以及可再生能源接入量3 個(gè)角度出發(fā)，供電可靠性高的區(qū)域故障發(fā)生概率低，電網(wǎng)損失和用戶補(bǔ)償損失低，初始投資成本及技改費(fèi)較高；配電自動(dòng)化程度高的區(qū)域則運(yùn)維檢修的成本低；可再生能源接入量大的區(qū)域技改費(fèi)高，網(wǎng)損率、線損率高，具體變化如圖5 所示。

圖5 技術(shù)成熟程度變化時(shí)關(guān)鍵因子的典型變化趨勢

由圖5 中變化明顯的系數(shù)分析可知，隨著技術(shù)成熟程度增加，設(shè)備購置費(fèi)綜合靈敏度系數(shù)的升高，其對成本的影響程度增大，表示技術(shù)要求越高，設(shè)備購買環(huán)節(jié)存在越大的成本控制潛力；大修費(fèi)、電網(wǎng)損失費(fèi)、用戶損失的綜合靈敏度都明顯下降，表明區(qū)域技術(shù)程度越成熟，運(yùn)維檢修以及故障損失對成本的影響在減少，那么對這幾項(xiàng)成本的優(yōu)化研究可以適度降低；值得關(guān)注的是技改費(fèi)的綜合靈敏度出現(xiàn)凹陷，分析推斷技術(shù)程度較差區(qū)域可能因?yàn)橹悄芑娋W(wǎng)建設(shè)進(jìn)行技改，而技術(shù)發(fā)達(dá)區(qū)域會(huì)因?yàn)樾履茉错?xiàng)目進(jìn)行技改。

2.成本優(yōu)化結(jié)果

為研究區(qū)域條件綜合時(shí)各關(guān)鍵因子對成本的綜合影響，簡化自然、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的影響程度，分為優(yōu)、中、差3 個(gè)等級(jí)，共有27 種情景組合方式，現(xiàn)針對典型情景進(jìn)行成本優(yōu)化分析，由于情景組合數(shù)量較多，按照自然條件優(yōu)、中、差將結(jié)果分為3 個(gè)板塊進(jìn)行分析，見表3 和圖6。

表3 情景1～情景9 條件等級(jí)情況

圖6 情景1～情景9 的綜合靈敏度系數(shù)變化曲線

情景1 曲線和情景9 曲線對比分析設(shè)備購置費(fèi)的綜合靈敏度因數(shù)明顯下降，下降幅度在0.25 左右，表明技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)條件差時(shí)設(shè)備購置費(fèi)對總成本的影響變小；用戶損失的綜合靈敏度系數(shù)略有上升，幅度在0.04 左右，表明經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件變差時(shí)用戶補(bǔ)償損失對總成本的影響變大。情景1 曲線與情景7 曲線分析僅經(jīng)濟(jì)條件改變，設(shè)備購置費(fèi)下降約0.15，情景1 曲線與情景3 曲線對比可看出，設(shè)備購買費(fèi)的綜合靈敏度系數(shù)下降0.1 左右，比經(jīng)濟(jì)條件變化時(shí)影響變動(dòng)小，證明技術(shù)條件的度區(qū)域成本影響力度小于經(jīng)濟(jì)條件，見表4和圖7。

表4 情景10～情景18 條件等級(jí)情況

圖7 情景10～情景18 的綜合靈敏度系數(shù)變化曲線

情景18 曲線與情景9 曲線對比分析可知，自然條件變差時(shí)，設(shè)備購置費(fèi)對總成本影響程度下降約0.07，檢修費(fèi)影響程度總體升高，見表5 和圖8。

綜合情景1～情景27 的綜合靈敏度系數(shù)曲線可知，對區(qū)域配電網(wǎng)全壽命周期成本影響最大的關(guān)鍵因子時(shí)設(shè)備購置費(fèi)在0.3 上下浮動(dòng)，其次是用戶損失在0.2 上下浮動(dòng)、檢修費(fèi)在0.12 上下浮動(dòng)、大修費(fèi)在0.1 上下浮動(dòng)，對全壽命周期成本進(jìn)行優(yōu)化可從這幾項(xiàng)出發(fā)能夠得到較大的降成本效果；由情景1 曲線和情景27 曲線對比分析，區(qū)域條件整體變差時(shí)，各影響因子對成本的影響均減弱，設(shè)備購置費(fèi)下降了0.3 左右，用戶損失補(bǔ)償下降了0.08 左右，檢修費(fèi)和大修費(fèi)的影響基本不變，表明隨著大修、檢修環(huán)節(jié)無論在什么區(qū)域都有一定降成本能力，其影響力基本不隨環(huán)境整體變化而變化。情景1 曲線與情景19 曲線分析可知，設(shè)備購置費(fèi)的綜合靈敏度系數(shù)下降0.11 左右，比經(jīng)濟(jì)條件變動(dòng)的0.15 要小，說明自然條件對區(qū)域成本的影響力度也小于經(jīng)濟(jì)條件，說明區(qū)域經(jīng)濟(jì)條件是對區(qū)域成本影響最大的條件。

結(jié)合27 組情景的關(guān)鍵影響因子的綜合靈敏系數(shù)對配電網(wǎng)全壽命周期成本影響總量進(jìn)行優(yōu)化求解，如圖9 所示。

表5 情景19～情景27 條件等級(jí)情況

圖8 情景18～情景27 的綜合靈敏度系數(shù)變化曲線

圖9 27 種情景下成本優(yōu)化結(jié)果

由圖9 可知，關(guān)鍵影響因子對配電網(wǎng)全壽命周期成本總的影響量在299 萬～895 萬之間，差距較大，證明區(qū)域不同配電網(wǎng)成本控制能力有較大區(qū)別；影響量最小的是情景1，證明區(qū)域總體條件好時(shí)，成本優(yōu)化空間較小，最大是情景15，其次情景24 和情景12，說明當(dāng)自然、經(jīng)濟(jì)情況較好，技術(shù)及條件較差時(shí)，具有較大的成本優(yōu)化空間，此種區(qū)域進(jìn)行技改能夠有效地降低配電網(wǎng)成本。

五、結(jié)論

為了整體分析配電網(wǎng)區(qū)域變化對成本優(yōu)化空間帶來的利好條件，本文首先針對區(qū)域配電網(wǎng)全壽命周期成本優(yōu)化問題，從區(qū)域配電網(wǎng)自然、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)3 個(gè)維度進(jìn)行了差異性分析，以及識(shí)別了關(guān)鍵成本因子和確定了綜合靈敏度系數(shù)。然后建立了區(qū)域配電網(wǎng)全壽命周期成本優(yōu)化模型和采用了GAACS 組合算法對其求解，具體得到結(jié)果如下。

（1）建立了基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的配電網(wǎng)全壽命周期成本模型；分析了配電網(wǎng)復(fù)雜成本構(gòu)成，并提出影響區(qū)域配電網(wǎng)成本的關(guān)鍵因子。

（2）基于改進(jìn)蒙特卡洛法建立了配電網(wǎng)全壽命周期成本的靈敏度分析模型，發(fā)現(xiàn)設(shè)備購置費(fèi)對配電網(wǎng)成本影響最大，其次是用戶補(bǔ)償損失。

（3）通過綜合情景分析發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)條件對配電網(wǎng)成本影響最大，最后求解模型得出各種情景成本影響總量，發(fā)現(xiàn)技術(shù)條件差的區(qū)域降低成本能力較大。