基于AHP-CRITIC技術的考慮全壽命周期成本下變電站項目實施方案比選模型研究

摘要：精益化管理變電站設備成本是全面提高電網投資的一項重要工作。本文在分析現有研究基礎上，從經濟性、技術性、社會性三個維度，識別11個表征變電站項目實施方案的比選評價指標；接著，利用AHP-CRITIC技術，構建了考慮全壽命周期下的變電站項目實施方案的比選模型，有助于電力系統的穩定運行。

關鍵詞：變電站項目；全壽命周期成本；AHP-CRITIC技術

一、引言

隨著我國逐步建設和推進新型電力系統，多類型電網工程的投資建設成本達到了一個新的高度[1]。根據中國電力企業聯合會2022年公布數據顯示，“十四五”期間，南方電網建設將規劃投資約6700億元，投資額相比“十三五”期間同比提升了33%[2]。其中，變電站作為推進新型電力系統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給用戶的低壓電能的作用[3]。因此，為了精準選擇變電站多個實施方案的優劣性，將全壽命周期概念引入變電站項目方案決定過程中尤為重要。許多學者基于全壽命周期下的變電站建設管理方面得到成果[4]，提出全壽命周期下的變電站成本－效能綜合評估方法，使得設備價值的最大化[5]：

1.對比分析了影響變電站全壽命周期下的各項消耗成本[6]；2.考慮了變電站全壽命周期成本下的經濟評價模型[7]；3.建立高壓斷路器全壽命周期成本模型評估其經濟壽命；4.建立年均成本最小目標函數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機制，為裝配式建筑優劣評價提供借鑒；6.采用成本效益分析方法判斷方案的可行性；7.對設備運行的全過程費用進行拆分，提出LCC模型。

上述研究成果通過考慮全壽命周期理論，對變電站項目進行了精準投資，但是在多個實施方案的比選過程中，應當利用大數據相關技術分析其不同指標對其產生的影響，有助于變電站項目的順利實施和開展。因此，本文在分析現有研究基礎上，從經濟性指標、技術性指標、社會性指標三個維度，識別11個表征變電站項目實施方案的比選評價指標，利用AHP-CRITIC技術構建，考慮全壽命周期下的變電站項目實施方案的比選模型，并進行實證分析，以驗證提出模型的有效性和可行性。

二、設計變電站項目實施方案評價指標體系

（一）經濟性指標

經濟性指標引入全壽命周期概念考慮了變電站項目方案的各維度成本，反映了電網企業整體利益，涉及購置成本、運維成本、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，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.運維成本

涉及操作成本、維護成本、巡視成本和監測成本，按標準作業法核算獲得，即：

式中，為各設備單次使用成本； 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、試驗成本和大修成本，其中前三項成本按照標準作業法核算獲得，大修成本以年為周期計算，即：

式中，為各設備單次使用成本； 為第t年各成本的使用頻次；大修成本由各設備在大修年及投入維修成本統計獲得。

（二）技術性指標

技術性指標反映全壽命周期內變電站各類設備的可靠性，涉及系統可靠性、變運維難易程度及可擴展性等3個指標，如下：

1.系統可靠性

可靠性是衡量各設備的一個重要指標。在電力系統運行過程中，要求減少各類設備的相關成本支出，關注設備效益，如較高的一次設備可靠性，以顯著降低設備故障發生的概率，提高企業效益；關注準確的繼電保護可靠性，防止因設備故障帶來的損失。

2.變運維難易程度

變運維難易程度包含更換和運行，在電力系統運行過程中，需求設備具有安裝簡單、更換容易、通用性強等特點，使得各設備保持安全穩定運行的工況。

3.可擴展性

隨著新型電力系統的全面推進，與之對應的變電站技術應同步得到發展，滿足了全新需求，有效提高了各設備的可靠性。

（三）社會性指標

社會性指標反映全壽命周期內項目的安全穩定運行，涉及運行安全性、環境保護能力、故障切斷能力等3個指標，如下：

1.運行安全性

在運行過程中，應當關注各類設備的運行情況，以有效保障電力系統的安全穩定運行，因此運行安全性是一項關鍵的指標。

2.環境保護能力

隨著各類技術的不斷更新和發展，與之匹配的設備也得到空前的發展，同時對地區環境保護能力提出了更高要求，例如在運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，應當關注環境保護能力等指標。

3.相關產業拉動率

受電網項目投資額不斷增加，各設備的需求也將逐步變多，能夠提供更多產業的經濟效益。該指標越大，說明帶來的社會性效益越強。

三、構建基于AHP-CRITIC技術的變電站項目實施方案比選模型

（一）AHP法

層次分析法（AHP）是一種層次權重決策分析方法，將復雜的決策系統分解為不同的組成因素，并按不同的層次組合，用數量形式表達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，使評價結果客觀且可行，步驟如下：

1.建立初始判斷矩陣

若存在有m個評價目標，每個評價目標有個評價指標，則構建判斷矩陣如下：

式中，D為項目評價目標； 為項目評價指標，且指標t與指標j相比的重要性權數，采用1～9標度法量化。

2.判斷矩陣歸一化

針對指標體系中指標進行數據標準化處理，即：

再將標準判斷矩陣正規化，得到權重系數，即：

3.計算特征值

其中，λmax為判斷矩陣的最大特征值。

4.一致性檢驗

其中，n為變電站項目評價指標數量。根據判斷矩陣階數，確定相對應的RI值。

最后，計算一致性比例CR，即：

若CR＜0.1，判斷矩陣通過一致性檢驗，反之亦然。

（二）CRITIC法

CRITIC法是熵權法的一種改進方法，能夠綜合衡量指標間的情況，確定各評價指標對應包含的信息量及指標權重。

1.數據規范化處理

對變電站項目評價指標設計的比較矩陣中的數據進行標準化處理，分為正向化和逆向化。

2.計算評價指標xj的標準差

變電站項目評價指標xj的標準差計算公式，即：

3.計算評價指標的相關系數

計算變電站項目評價指標之間的相關系數rij，評價指標之間相關系數數值越大，關聯程度越高，包含的信息量越統一，權重越小，即：

4.計算客觀權重

變電站項目評價指標Xj對應的客觀權重，即：

（三）主客觀權重相關性分析

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

（四）確定總權重

利用Lagrange法進行最優組合權重，得到綜合賦權重，即：

四、算例分析

（一）項目概況

為了提高地區可靠性與進線“N-1”，對原變電站設備進行資產評估，對不滿足公司要求的老化設備投資整改。其中，自動化設備和自動化保護裝置已運行16年之久，發生故障的風險較大，且斷路器、隔離開關等設備的額定容量小，不滿足高負荷工作需求。因此，選取110kV下的相關設備進行更新設計，方案中對原有變電站變壓器進行更換，一二次設備全部更換為智能化設備，采用戶內氣體絕緣金屬封閉，主接線方式調整為雙電源，拆除原有的戶外開關設備，見表1。

（二）結果分析

1.評價指標權重計算結果

邀請業內10位專家對變電站項目的各評價指標進行打分，得到主觀評價指標權重；利用CRITIC法得到評價指標客觀權重，見表2和3。

2.相關性分析

利用SPSS軟件審計得到的變電站項目主客觀評價權重，相關系數為0.028。顯著性檢驗的值0.875大于0.05，說明兩種評價方法得到的權重相互獨立，不具有重復性。

五、結束語

針對變電站項目實施情況，本文考慮了全壽命周期成本，提出了變電站項目實施方案評估方法，在變電站項目各指標數據可獲取基礎上，引入全壽命周期理論，表征了購置成本對變電站項目實施過程中產生較大的影響。但是，目前的評估方法受制于變電站項目實施方案歷史數據，會造成評估結果不夠準確等問題。

作者單位：畢竟 .中山供電局

李彥明 廣東電網公司

丁超民 熊振東 李垂有 中山供電局

參考文獻

[1]孫瑜歌，丁濤，黃雨涵，等.高比例新能源電力市場不同發展階段劃分及形態結構演進[J].高電壓技術，2023，49（07）：2725-2743.

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

[3]錢宇騁，朱太云，甄超，等.基于多源數據分析的變電站狀態維護策略優化方法[J].科學技術與工程，2021，21（13）：5387-5393.

[4]李娜，李程啟，徐冉，等.變電設備全壽命周期成本-效能綜合評估方法[J].山東電力技術，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計方案比選方法研究[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].電力勘測設計，2022（09）：12-16.

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