基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法
基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高压断路器全寿命周期成本计算方法，具体地，涉及一种基于主 成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会经济的转型发展，客户越来越关注产品的投入产出效益及增值能力，不 再追求产品报价最低，而是要求产品LCC(全寿命周期成本)最低，尤其是在电力行业中，变 压器的运行成本、维护成本和故障成本加起来是初期投资成本的几倍，因此国内外几乎所 有的电力公司都要求在招投标中对电网装备和工程项目进行LCC评估。
[0003] 变电站的LCC管理成为高校和机构的研究热点，主要集中在以下几个方面：1)建 模一一详细拆分变压器生命周期的每个阶段，建立总成本分析动态模型；2)优化分析一一 对动态模型进行灵敏度分析，对影响变压器LCC的因素进行分析优化;3)软件支持一一开发 支持变压器LCC分析的软件系统;4)生命周期优选一一根据生命周期成本最低原则，考虑在 不同年限的故障情况，评估和优选最佳生命周期。较多学者对变压器总成本建立动态模型， 同时，少数学者对变压器故障情况进行分析，从而推测最佳运行周期。以上的研究都是基于 企业在变压器生命周期各个环节的数据都有充分记录的假设下展开的。我国企业通常面临 这样的问题:过去较多关注生产和直接的经济效益，对于生命周期的数据积累不足，导致变 压器整个生命周期过程中的大部分信息(尤其是故障数据)缺失。相关数据不完整的现象是 我国开展LCC分析和应用中经常遇到的问题和难点。
[0004] 断路器全寿命周期成本理论为断路器经济评估提供了方法，同时也为了其他电力 设备的经济评估提供指导。当前相关研究主要对变压器总成本建立动态模型，没有考虑到 断路器故障信息不完整等问题，制约了其进一步推广应用。
【发明内容】
[0005] 本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种基于主成分分析 法的高压断路器全寿命周期成本计算方法，该方法利用主成分分析法将故障数据中的主要 成分代替所有成分，解决断路器故障信息不完整的问题，计算结果准确。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供一种基于主成分分析法的高压断路器全寿命周 期成本计算方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一，建立断路器故障成本主成分分析模型；
[0008] 采用主成分分析法获取断路器故障数据中的主要成分，利用主要成分代替断路器 故障数据的所有成分；
[0009] 步骤二，建立断路器全寿命周期成本模型；
[0010] 综合考虑断路器投资成本Ck、断路器的运行成本C〇e、断路器的检修成本CMe、断路 器的故障成本和断路器的退役处置成本C DC，计算断路器全寿命周期成本；
[0011] 步骤三，建立基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型；
[0012] 根据步骤一建立的断路器故障成本主成分分析模型计算出故障成本CVC，再利用步 骤二所得数据计算出断路器全寿命周期成本；
[0013] 步骤四，对基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型进行评估；
[0014] 据断路器全寿命周期成本随时间变化曲线中断路器全寿命周期成本的最小值对 断路器周期成本模型进行评估。
[0015] 进一步，所述步骤一具体过程为，将断路器故障成本的P个指标进行线性组合，作 为综合指标，分别用F i，F 2、、、F P表示，得出主要成分线性方程组
，具体计算过程包括以下步骤：
[0016] 1)计算线性组合相关系数矩阵R;
[0017] 首先，计算第i列第j行的相关系数计算公式为：
[0018]
[0019] 得到相关系数矩阵
[0026]
[0027] 进一步，所述步骤二中的断路器投资成本CIC、断路器的运行成本Coc、断路器的检 修成本Gc、断路器的故障成本CVC和断路器的退役处置成本CDC，计算公式分别为：
[0028] 1)断路器投资成本Cic;
[0029] Cic = Cp+Ci+Co
[0030] 式中，Cp为购置成本，Ci为安装成本，Co为其他成本；
[0031] 2)断路器的运行成本Coc;
[0032] Coc(t)=CDiF+CEcc
[0033] Coc(T)=Coc(t)ffx
[0034] 式中：Coc(t)为时间t时刻的断路器的运行成本;CDIF为断路器日常巡检费用;Cec为 断路器能耗费用;W T为年现金值系数;T为寿命周期总年限；将每年的运行成本折现为年金 现值系数·
[0035]
[0036] 式中：q为经济运行期内的平均年利率;T为寿命周期总年限;1"第11年的折现系数，
[0037] 3)断路器的检修成本Cmc;
[0038] CMc(t)=CB+Cs
[0039 ]考虑折现系数，断路器的的检修成本，Οκ (T)为 [0040]
[0041 ]式中，Cb为周期性大修成本，Cs为小修成本;q为经济运行期内的平均年利率;T为寿 命周期总年限。
[0042] 4)断路器的故障成本Cvc;
[0043] Cvc(t) =Aa(bP+CM)
[0044]
[0045] 式中：λ为每年平均故障系数;a为高压断路器故障平均修复时间；b为用户停电单 位电量的损失成本;P为高压断路器所带负荷;Cm为故障检修成本;q为经济运行期内的平均 年利率;T为寿命周期总年限;C vc(t)为时间t时刻的断路器的故障成本;考虑折现系数，高压 器的故障成本CVC(T)^
[0046] 5)断路器的退役处置成本Cdc;
[0047] Cdc (t) = Csc_Cr
[0048] 式中，Csc为报废成本，CR为设备的残值;考虑到断路器的折现系数，得到断路器的 退役处置成本计算公式为
[0049] 进一步，所述步骤三中，断路器全寿命周期成本Cm的计算公式如下：
[0050] Clcc = Cic+Coc+Cmc+Cvc+Cdc
[0051 ]其中，Ck为投资成本;Coe为运行成本;Cmc为检修维护成本;Ctc为故障成本;Cdc为退 役处置成本。
[0052]进一步，选取所述断路器故障数据的状态量特征值11大于1的线性组合作为断路 器故障数据的主要成分。
[0053]进一步，取累计贡献率为85-95 %的特征值λ:，λ2，…，\以寸应的线性组合为第一，第 二，......，第m(m < ρ)个主要成分。
[0054]本发明所达到的有益技术效果：
[0055] 本发明提出一种基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法，该方 法包括四个阶段:建立断路器故障成本主成分分析模型、建立断路器全寿命周期成本模型、 建立基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型、对基于主成分分析的断路器全寿命周 期成本模型进行评估。建立断路器故障成本主成分分析模型就是提取断路器故障数据的主 要成分来代替所有的成分;建立断路器全寿命周期成本模型就是综合考虑断路器的投资、 运行、维护、检修、退役成本;建立基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型就是考虑 到断路器故障数据不全，利用故障信息中的主成分来代替所有的成分计算断路器的全寿命 周期成本;对基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型进行评估就是根据断路器全寿 命周期成本随时间变化曲线中断路器全寿命周期成本的最小值对断路器周期成本模型进 行评估。该方法可为断路器寿命周期管理提供重要依据。
【附图说明】
[0056] 图1本发明之断路器全寿命周期成本模型；
[0057] 图2采用本发明提供的方法得到的全寿命周期成本随时间变化曲线与标准曲线的 对比图。
【具体实施方式】
[0058] 为了能更好的了解本发明的技术特征、技术内容及其达到的技术效果，现将本发 明的附图结合实施例进行更详细的说明。
[0059] 下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
[0060] 本发明提供一种基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法，包括 以下步骤：
[0061 ]步骤一，建立断路器故障成本主成分分析模型；
[0062] 采用主成分分析法获取断路器故障数据中的主要成分，利用主要成分代替断路器 故障数据的所有成分；
[0063] 将断路器故障成本的P个指标进行线性组合，作为综合指标，分别用？1^2、、、匕表 示，得出主要成分线性方程组
具体计算过程包括以下步骤：
[0064] 1)计算线性组合相关系数矩阵R;
[0065] 首先，计算第i列第j行的相关系数计算公式为：
[0066] V ^ ―1
k'=\
[0067]得到相关系数矩阵
[0068] 2)计算特征值与特征向量；
[0069] 首先解特征方程| λΙ-R | =〇，其中I是单位阵，λ是对应R的特征值，求出特征值Ai( i =1，2,…，p)，并将\按从大到小的顺序排列，即& 2 λ2 2…，2 λρ 2 〇;然后分别求出对应于 特征值Μ的特征向量ei(i = l，2,…，ρ)，特征向量ei满，
，其中eu表示特征向量 ei第1个分量；
[0070] 3)计算线性组合贡献率及累计贡献率；
[0071] 根据特征值计算出贡献率，根据贡献率计 算出累计贡献率，根据累计贡献率确定 主要成分；
[0072] 4)计算主要成分载荷；
[0073] 5)计算主要成分得分，将得分从高到低排列，得到主要成分方程组如下：
[0074]
[0075] -般情况下选取所述断路器故障数据的状态量特征值λ,大于1的线性组合作为断 路器故障数据的主要成分，或取累计贡献率为85-95%的特征值h，A2，···，λη对应的线性组 合为第一，第二，......，第m(m < ρ)个主要成分。
[0076] 步骤二，建立断路器全寿命周期成本模型；
[0077] 综合考虑断路器投资成本Ck、断路器的运行成本CQC、断路器的检修成本CMC、断路 器的故障成本和断路器的退役处置成本C DC，计算断路器全寿命周期成本；
[0078] 断路器投资成本Ck、断路器的运行成本Ci断路器的检修成本CMC、断路器的故障 成本Cve和断路器的退役处置成本C De，计算公式分别为：
[0079] 1)断路器投资成本Cic;
[0080] Cic = Cp+Ci+Co
[0081] 式中，Cp为购置成本，Ci为安装成本，Co为其他成本；
[0082] 2)断路器的运行成本Coc;
[0083] Coc(t) = Cdif+Cecc
[0084] Coc(T)=Coc(t)ffx
[0085] 式中：CQC(t)为时间t时刻的断路器的运行成本;CDIF为断路器日常巡检费用;Cec为 断路器能耗费用;W T为年现金值系数;T为寿命周期总年限；将每年的运行成本折现为年金 现值系数：
[0086]
[0087]式中：q为经济运行期内的平均年利率;T为寿命周期总年限;1"第11年的折现系数，
[0088] 3)断路器的检修成本Cmc;
[0089] CMc(t)=CB+Cs
[0090] 考虑折现系数，断路器的的检修成本，Οκ (T)为
[0091]
[0092] 式中，Cb为周期性大修成本，Cs为小修成本;q为经济运行期内的平均年利率;T为寿 命周期总年限。
[0093] 4)断路器的故障成本Cvc;
[0094] Cvc(t) =Aa(bP+CM)
[0095]
[0096] 式中：λ为每年平均故障系数;a为高压断路器故障平均修复时间；b为用户停电单 位电量的损失成本;P为高压断路器所带负荷;Cm为故障检修成本;q为经济运行期内的平均 年利率;T为寿命周期总年限;C vc(t)为时间t时刻的断路器的故障成本;考虑折现系数，高压 器的故障成本CVC(T)^
[0097] 5)断路器的退役处置成本Cdc;
[0098] Cdc (t) = Csc_Cr
[0099] 式中，CSC为报废成本，CR为设备的残值;考虑到断路器的折现系数，得到断路器的 退役处置成本计算公式为
[0100]步骤三，建立基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型；
[0101] 根据步骤一建立的断路器故障成本主成分分析模型计算出故障成本CVC，再利用步 骤二所得数据计算出断路器全寿命周期成本；
[0102] 断路器全寿命周期成本Cm的计算公式如下：
[0103] Clcc = Cic+Coc+Cmc+Cvc+Cdc
[0104] 步骤四，对基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型进行评估；
[0105] 据断路器全寿命周期成本随时间变化曲线中断路器全寿命周期成本的最小值对 断路器周期成本模型进行评估。
[0106]以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换 或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法，其特征在于:包括 以下步骤： 步骤一，建立断路器故障成本主成分分析模型； 采用主成分分析法获取断路器故障数据中的主要成分，利用主要成分代替断路器故障 数据的所有成分； 步骤二，建立断路器全寿命周期成本模型； 综合考虑断路器投资成本CK、断路器的运行成本CQC、断路器的检修成本Gc、断路器的 故障成本Cve和断路器的退役处置成本CDe，计算断路器全寿命周期成本； 步骤三，建立基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型； 根据步骤一建立的断路器故障成本主成分分析模型计算出故障成本CTC，再利用步骤二 所得数据计算出断路器全寿命周期成本； 步骤四，对基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型进行评估； 据断路器全寿命周期成本随时间变化曲线中断路器全寿命周期成本的最小值对断路 器周期成本模型进行评估。2. 根据权利要求1所述的基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法， 其特征在于:所述步骤一具体过程为，将断路器故障成本的P个指标进行线性组合，作为综 合指标，分别用F1,F2、、、FP表示，得出主要成分线性方程组具 体计算过程包括以下步骤： 1) 计算线性组合相关系数矩阵R; 首先，计算第i列第j行的相关系数计算公式为：得到相关系数矩阵2) 计算特征值与特征向量； 首先解特征方程I λΙ-R I =O，其中I是单位阵，λ是对应R的特征值，求出特征值λι( i = 1， 2，…，p)，并将\按从大到小的顺序排列，即A1 2 λ2 2…，2 λρ 2 〇;然后分别求出对应于特征 值M的特征向量ei(i = l，2,…，p)，特征向量ei满足其中eu表示特征向量ei第1 个分量； 3) 计算线性组合贡献率及累计贡献率； 根据特征值计算出贡献率，根据贡献率计算出累计贡献率，根据累计贡献率确定主要 成分； 4) 计算主要成分载荷； 5) 计算主要成分得分，将得分从高到低排列，得到主要成分方程组如下：3.根据权利要求1所述的基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法， 其特征在于:所述步骤二中的断路器投资成本Ck、断路器的运行成本CQC、断路器的检修成 本Gc、断路器的故障成本C tc和断路器的退役处置成本CDC，计算公式分别为： 1) 断路器投资成本Ck; Cic = Cp+Ci+Co 式中，Cp为购置成本，Ci为安装成本，Co为其他成本； 2) 断路器的运行成本Coc; Coc(t) = Cdif+Cecc Coc(T) = Coc(t)ffx 式中：CQC(t)为时间t时刻的断路器的运行成本;Cdif为断路器日常巡检费用；C ec为断路 器能耗费用;Wt为年现金值系数;T为寿命周期总年限；将每年的运行成本折现为年金现值 系数：式中：q为经济运行期内的平均年利率；T为寿命周期总年限；1"第11年的折现系数，3) 断路器的检修成本Cmc; CMc(t) = CB+Cs 考虑折现系数，断路器的的检修成本，Gc( T)为式中，Cb为周期性大修成本，Cs为小修成本;q为经济运行期内的平均年利率;T为寿命周 期总年限。 4) 断路器的故障成本Cvc; Cvc(t) =Aa(bP+CM)式中：λ为每年平均故障系数;a为高压断路器故障平均修复时间；b为用户停电单位电 量的损失成本;P为高压断路器所带负荷;Cm为故障检修成本;q为经济运行期内的平均年利 率;T为寿命周期总年限;Cvc(t)为时间t时刻的断路器的故障成本;考虑折现系数，高压器的 故障成本Cve(T)为：5)断路器的退役处置成本Cdc; CDC(t) = Csc-Cr 式中，Csc为报废成本，Cr为设备的残值;考虑到断路器的折现系数，得到断路器的退役 处置成本计算公式为：4. 根据权利要求1所述的基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法， 其特征在于:所述步骤三中，断路器全寿命周期成本的计算公式如下： Clcc = Cic+Coc+Cmc+Cvc+Cdc 其中，Cig为投资成本;Cqg为运行成本;Cmg为检修维护成本;Cvg为故障成本;Cdg为退役处 置成本。5. 根据权利要求2所述的基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法， 其特征在于:选取所述断路器故障数据的状态量特征值A 1大于1的线性组合作为断路器故 障数据的主要成分。6. 根据权利要求2所述的基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法， 其特征在于：取累计贡献率为85-95 %的特征值A1，λ2，…，应的线性组合为第一，第 二，......，第m(m < ρ)个主要成分。
【专利摘要】本发明提供一种基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法，包括以下步骤：步骤一，建立断路器故障成本主成分分析模型；采用主成分分析法获取断路器故障数据中的主要成分，利用主要成分代替断路器故障数据的所有成分；步骤二，建立断路器全寿命周期成本模型；综合考虑断路器投资成本CIC、断路器的运行成本COC、断路器的检修成本CMC、断路器的故障成本CVC和断路器的退役处置成本CDC，计算断路器全寿命周期成本；步骤三，建立基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型；根据步骤一建立的断路器故障成本主成分分析模型计算出故障成本CVC，再利用步骤二所得数据计算出断路器全寿命周期成本；步骤四，对基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型进行评估。
【IPC分类】G06Q50/06
【公开号】CN105488737
【申请号】CN201510932216
【发明人】杨志超, 李晓健, 周宇浩, 陆文伟, 葛乐
【申请人】南京工程学院
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月15日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高压断路器全寿命周期成本计算方法，具体地，涉及一种基于主 成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会经济的转型发展，客户越来越关注产品的投入产出效益及增值能力，不 再追求产品报价最低，而是要求产品LCC(全寿命周期成本)最低，尤其是在电力行业中，变 压器的运行成本、维护成本和故障成本加起来是初期投资成本的几倍，因此国内外几乎所 有的电力公司都要求在招投标中对电网装备和工程项目进行LCC评估。
[0003] 变电站的LCC管理成为高校和机构的研究热点，主要集中在以下几个方面：1)建 模一一详细拆分变压器生命周期的每个阶段，建立总成本分析动态模型；2)优化分析一一 对动态模型进行灵敏度分析，对影响变压器LCC的因素进行分析优化;3)软件支持一一开发 支持变压器LCC分析的软件系统;4)生命周期优选一一根据生命周期成本最低原则，考虑在 不同年限的故障情况，评估和优选最佳生命周期。较多学者对变压器总成本建立动态模型， 同时，少数学者对变压器故障情况进行分析，从而推测最佳运行周期。以上的研究都是基于 企业在变压器生命周期各个环节的数据都有充分记录的假设下展开的。我国企业通常面临 这样的问题:过去较多关注生产和直接的经济效益，对于生命周期的数据积累不足，导致变 压器整个生命周期过程中的大部分信息(尤其是故障数据)缺失。相关数据不完整的现象是 我国开展LCC分析和应用中经常遇到的问题和难点。
[0004] 断路器全寿命周期成本理论为断路器经济评估提供了方法，同时也为了其他电力 设备的经济评估提供指导。当前相关研究主要对变压器总成本建立动态模型，没有考虑到 断路器故障信息不完整等问题，制约了其进一步推广应用。
【发明内容】
[0005] 本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种基于主成分分析 法的高压断路器全寿命周期成本计算方法，该方法利用主成分分析法将故障数据中的主要 成分代替所有成分，解决断路器故障信息不完整的问题，计算结果准确。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供一种基于主成分分析法的高压断路器全寿命周 期成本计算方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一，建立断路器故障成本主成分分析模型；
[0008] 采用主成分分析法获取断路器故障数据中的主要成分，利用主要成分代替断路器 故障数据的所有成分；
[0009] 步骤二，建立断路器全寿命周期成本模型；
[0010] 综合考虑断路器投资成本Ck、断路器的运行成本C〇e、断路器的检修成本CMe、断路 器的故障成本和断路器的退役处置成本C DC，计算断路器全寿命周期成本；
[0011] 步骤三，建立基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型；
[0012] 根据步骤一建立的断路器故障成本主成分分析模型计算出故障成本CVC，再利用步 骤二所得数据计算出断路器全寿命周期成本；
[0013] 步骤四，对基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型进行评估；
[0014] 据断路器全寿命周期成本随时间变化曲线中断路器全寿命周期成本的最小值对 断路器周期成本模型进行评估。
[0015] 进一步，所述步骤一具体过程为，将断路器故障成本的P个指标进行线性组合，作 为综合指标，分别用F i，F 2、、、F P表示，得出主要成分线性方程组
，具体计算过程包括以下步骤：
[0016] 1)计算线性组合相关系数矩阵R;
[0017] 首先，计算第i列第j行的相关系数计算公式为：
[0018]
[0019] 得到相关系数矩阵
[0026]
[0027] 进一步，所述步骤二中的断路器投资成本CIC、断路器的运行成本Coc、断路器的检 修成本Gc、断路器的故障成本CVC和断路器的退役处置成本CDC，计算公式分别为：
[0028] 1)断路器投资成本Cic;
[0029] Cic = Cp+Ci+Co
[0030] 式中，Cp为购置成本，Ci为安装成本，Co为其他成本；
[0031] 2)断路器的运行成本Coc;
[0032] Coc(t)=CDiF+CEcc
[0033] Coc(T)=Coc(t)ffx
[0034] 式中：Coc(t)为时间t时刻的断路器的运行成本;CDIF为断路器日常巡检费用;Cec为 断路器能耗费用;W T为年现金值系数;T为寿命周期总年限；将每年的运行成本折现为年金 现值系数·
[0035]
[0036] 式中：q为经济运行期内的平均年利率;T为寿命周期总年限;1"第11年的折现系数，
[0037] 3)断路器的检修成本Cmc;
[0038] CMc(t)=CB+Cs
[0039 ]考虑折现系数，断路器的的检修成本，Οκ (T)为 [0040]
[0041 ]式中，Cb为周期性大修成本，Cs为小修成本;q为经济运行期内的平均年利率;T为寿 命周期总年限。
[0042] 4)断路器的故障成本Cvc;
[0043] Cvc(t) =Aa(bP+CM)
[0044]
[0045] 式中：λ为每年平均故障系数;a为高压断路器故障平均修复时间；b为用户停电单 位电量的损失成本;P为高压断路器所带负荷;Cm为故障检修成本;q为经济运行期内的平均 年利率;T为寿命周期总年限;C vc(t)为时间t时刻的断路器的故障成本;考虑折现系数，高压 器的故障成本CVC(T)^
[0046] 5)断路器的退役处置成本Cdc;
[0047] Cdc (t) = Csc_Cr
[0048] 式中，Csc为报废成本，CR为设备的残值;考虑到断路器的折现系数，得到断路器的 退役处置成本计算公式为
[0049] 进一步，所述步骤三中，断路器全寿命周期成本Cm的计算公式如下：
[0050] Clcc = Cic+Coc+Cmc+Cvc+Cdc
[0051 ]其中，Ck为投资成本;Coe为运行成本;Cmc为检修维护成本;Ctc为故障成本;Cdc为退 役处置成本。
[0052]进一步，选取所述断路器故障数据的状态量特征值11大于1的线性组合作为断路 器故障数据的主要成分。
[0053]进一步，取累计贡献率为85-95 %的特征值λ:，λ2，…，\以寸应的线性组合为第一，第 二，......，第m(m < ρ)个主要成分。
[0054]本发明所达到的有益技术效果：
[0055] 本发明提出一种基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法，该方 法包括四个阶段:建立断路器故障成本主成分分析模型、建立断路器全寿命周期成本模型、 建立基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型、对基于主成分分析的断路器全寿命周 期成本模型进行评估。建立断路器故障成本主成分分析模型就是提取断路器故障数据的主 要成分来代替所有的成分;建立断路器全寿命周期成本模型就是综合考虑断路器的投资、 运行、维护、检修、退役成本;建立基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型就是考虑 到断路器故障数据不全，利用故障信息中的主成分来代替所有的成分计算断路器的全寿命 周期成本;对基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型进行评估就是根据断路器全寿 命周期成本随时间变化曲线中断路器全寿命周期成本的最小值对断路器周期成本模型进 行评估。该方法可为断路器寿命周期管理提供重要依据。
【附图说明】
[0056] 图1本发明之断路器全寿命周期成本模型；
[0057] 图2采用本发明提供的方法得到的全寿命周期成本随时间变化曲线与标准曲线的 对比图。
【具体实施方式】
[0058] 为了能更好的了解本发明的技术特征、技术内容及其达到的技术效果，现将本发 明的附图结合实施例进行更详细的说明。
[0059] 下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
[0060] 本发明提供一种基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法，包括 以下步骤：
[0061 ]步骤一，建立断路器故障成本主成分分析模型；
[0062] 采用主成分分析法获取断路器故障数据中的主要成分，利用主要成分代替断路器 故障数据的所有成分；
[0063] 将断路器故障成本的P个指标进行线性组合，作为综合指标，分别用？1^2、、、匕表 示，得出主要成分线性方程组
具体计算过程包括以下步骤：
[0064] 1)计算线性组合相关系数矩阵R;
[0065] 首先，计算第i列第j行的相关系数计算公式为：
[0066] V ^ ―1
k'=\
[0067]得到相关系数矩阵
[0068] 2)计算特征值与特征向量；
[0069] 首先解特征方程| λΙ-R | =〇，其中I是单位阵，λ是对应R的特征值，求出特征值Ai( i =1，2,…，p)，并将\按从大到小的顺序排列，即& 2 λ2 2…，2 λρ 2 〇;然后分别求出对应于 特征值Μ的特征向量ei(i = l，2,…，ρ)，特征向量ei满，
，其中eu表示特征向量 ei第1个分量；
[0070] 3)计算线性组合贡献率及累计贡献率；
[0071] 根据特征值计算出贡献率，根据贡献率计 算出累计贡献率，根据累计贡献率确定 主要成分；
[0072] 4)计算主要成分载荷；
[0073] 5)计算主要成分得分，将得分从高到低排列，得到主要成分方程组如下：
[0074]
[0075] -般情况下选取所述断路器故障数据的状态量特征值λ,大于1的线性组合作为断 路器故障数据的主要成分，或取累计贡献率为85-95%的特征值h，A2，···，λη对应的线性组 合为第一，第二，......，第m(m < ρ)个主要成分。
[0076] 步骤二，建立断路器全寿命周期成本模型；
[0077] 综合考虑断路器投资成本Ck、断路器的运行成本CQC、断路器的检修成本CMC、断路 器的故障成本和断路器的退役处置成本C DC，计算断路器全寿命周期成本；
[0078] 断路器投资成本Ck、断路器的运行成本Ci断路器的检修成本CMC、断路器的故障 成本Cve和断路器的退役处置成本C De，计算公式分别为：
[0079] 1)断路器投资成本Cic;
[0080] Cic = Cp+Ci+Co
[0081] 式中，Cp为购置成本，Ci为安装成本，Co为其他成本；
[0082] 2)断路器的运行成本Coc;
[0083] Coc(t) = Cdif+Cecc
[0084] Coc(T)=Coc(t)ffx
[0085] 式中：CQC(t)为时间t时刻的断路器的运行成本;CDIF为断路器日常巡检费用;Cec为 断路器能耗费用;W T为年现金值系数;T为寿命周期总年限；将每年的运行成本折现为年金 现值系数：
[0086]
[0087]式中：q为经济运行期内的平均年利率;T为寿命周期总年限;1"第11年的折现系数，
[0088] 3)断路器的检修成本Cmc;
[0089] CMc(t)=CB+Cs
[0090] 考虑折现系数，断路器的的检修成本，Οκ (T)为
[0091]
[0092] 式中，Cb为周期性大修成本，Cs为小修成本;q为经济运行期内的平均年利率;T为寿 命周期总年限。
[0093] 4)断路器的故障成本Cvc;
[0094] Cvc(t) =Aa(bP+CM)
[0095]
[0096] 式中：λ为每年平均故障系数;a为高压断路器故障平均修复时间；b为用户停电单 位电量的损失成本;P为高压断路器所带负荷;Cm为故障检修成本;q为经济运行期内的平均 年利率;T为寿命周期总年限;C vc(t)为时间t时刻的断路器的故障成本;考虑折现系数，高压 器的故障成本CVC(T)^
[0097] 5)断路器的退役处置成本Cdc;
[0098] Cdc (t) = Csc_Cr
[0099] 式中，CSC为报废成本，CR为设备的残值;考虑到断路器的折现系数，得到断路器的 退役处置成本计算公式为
[0100]步骤三，建立基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型；
[0101] 根据步骤一建立的断路器故障成本主成分分析模型计算出故障成本CVC，再利用步 骤二所得数据计算出断路器全寿命周期成本；
[0102] 断路器全寿命周期成本Cm的计算公式如下：
[0103] Clcc = Cic+Coc+Cmc+Cvc+Cdc
[0104] 步骤四，对基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型进行评估；
[0105] 据断路器全寿命周期成本随时间变化曲线中断路器全寿命周期成本的最小值对 断路器周期成本模型进行评估。
[0106]以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换 或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法，其特征在于:包括 以下步骤： 步骤一，建立断路器故障成本主成分分析模型； 采用主成分分析法获取断路器故障数据中的主要成分，利用主要成分代替断路器故障 数据的所有成分； 步骤二，建立断路器全寿命周期成本模型； 综合考虑断路器投资成本CK、断路器的运行成本CQC、断路器的检修成本Gc、断路器的 故障成本Cve和断路器的退役处置成本CDe，计算断路器全寿命周期成本； 步骤三，建立基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型； 根据步骤一建立的断路器故障成本主成分分析模型计算出故障成本CTC，再利用步骤二 所得数据计算出断路器全寿命周期成本； 步骤四，对基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型进行评估； 据断路器全寿命周期成本随时间变化曲线中断路器全寿命周期成本的最小值对断路 器周期成本模型进行评估。2. 根据权利要求1所述的基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法， 其特征在于:所述步骤一具体过程为，将断路器故障成本的P个指标进行线性组合，作为综 合指标，分别用F1,F2、、、FP表示，得出主要成分线性方程组具 体计算过程包括以下步骤： 1) 计算线性组合相关系数矩阵R; 首先，计算第i列第j行的相关系数计算公式为：得到相关系数矩阵2) 计算特征值与特征向量； 首先解特征方程I λΙ-R I =O，其中I是单位阵，λ是对应R的特征值，求出特征值λι( i = 1， 2，…，p)，并将\按从大到小的顺序排列，即A1 2 λ2 2…，2 λρ 2 〇;然后分别求出对应于特征 值M的特征向量ei(i = l，2,…，p)，特征向量ei满足其中eu表示特征向量ei第1 个分量； 3) 计算线性组合贡献率及累计贡献率； 根据特征值计算出贡献率，根据贡献率计算出累计贡献率，根据累计贡献率确定主要 成分； 4) 计算主要成分载荷； 5) 计算主要成分得分，将得分从高到低排列，得到主要成分方程组如下：3.根据权利要求1所述的基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法， 其特征在于:所述步骤二中的断路器投资成本Ck、断路器的运行成本CQC、断路器的检修成 本Gc、断路器的故障成本C tc和断路器的退役处置成本CDC，计算公式分别为： 1) 断路器投资成本Ck; Cic = Cp+Ci+Co 式中，Cp为购置成本，Ci为安装成本，Co为其他成本； 2) 断路器的运行成本Coc; Coc(t) = Cdif+Cecc Coc(T) = Coc(t)ffx 式中：CQC(t)为时间t时刻的断路器的运行成本;Cdif为断路器日常巡检费用；C ec为断路 器能耗费用;Wt为年现金值系数;T为寿命周期总年限；将每年的运行成本折现为年金现值 系数：式中：q为经济运行期内的平均年利率；T为寿命周期总年限；1"第11年的折现系数，3) 断路器的检修成本Cmc; CMc(t) = CB+Cs 考虑折现系数，断路器的的检修成本，Gc( T)为式中，Cb为周期性大修成本，Cs为小修成本;q为经济运行期内的平均年利率;T为寿命周 期总年限。 4) 断路器的故障成本Cvc; Cvc(t) =Aa(bP+CM)式中：λ为每年平均故障系数;a为高压断路器故障平均修复时间；b为用户停电单位电 量的损失成本;P为高压断路器所带负荷;Cm为故障检修成本;q为经济运行期内的平均年利 率;T为寿命周期总年限;Cvc(t)为时间t时刻的断路器的故障成本;考虑折现系数，高压器的 故障成本Cve(T)为：5)断路器的退役处置成本Cdc; CDC(t) = Csc-Cr 式中，Csc为报废成本，Cr为设备的残值;考虑到断路器的折现系数，得到断路器的退役 处置成本计算公式为：4. 根据权利要求1所述的基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法， 其特征在于:所述步骤三中，断路器全寿命周期成本的计算公式如下： Clcc = Cic+Coc+Cmc+Cvc+Cdc 其中，Cig为投资成本;Cqg为运行成本;Cmg为检修维护成本;Cvg为故障成本;Cdg为退役处 置成本。5. 根据权利要求2所述的基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法， 其特征在于:选取所述断路器故障数据的状态量特征值A 1大于1的线性组合作为断路器故 障数据的主要成分。6. 根据权利要求2所述的基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法， 其特征在于：取累计贡献率为85-95 %的特征值A1，λ2，…，应的线性组合为第一，第 二，......，第m(m < ρ)个主要成分。
【专利摘要】本发明提供一种基于主成分分析法的高压断路器全寿命周期成本计算方法，包括以下步骤：步骤一，建立断路器故障成本主成分分析模型；采用主成分分析法获取断路器故障数据中的主要成分，利用主要成分代替断路器故障数据的所有成分；步骤二，建立断路器全寿命周期成本模型；综合考虑断路器投资成本CIC、断路器的运行成本COC、断路器的检修成本CMC、断路器的故障成本CVC和断路器的退役处置成本CDC，计算断路器全寿命周期成本；步骤三，建立基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型；根据步骤一建立的断路器故障成本主成分分析模型计算出故障成本CVC，再利用步骤二所得数据计算出断路器全寿命周期成本；步骤四，对基于主成分分析的断路器全寿命周期成本模型进行评估。
【IPC分类】G06Q50/06
【公开号】CN105488737
【申请号】CN201510932216
【发明人】杨志超, 李晓健, 周宇浩, 陆文伟, 葛乐
【申请人】南京工程学院
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月15日
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