本發(fā)明屬于輸電線路，具體涉及基于無人機(jī)的輸電線路數(shù)字化巡檢投資成效分析方法。

背景技術(shù)：

1、隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電網(wǎng)企業(yè)正加速推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以提升運(yùn)營效率和管理水平，輸電線路巡檢作為電網(wǎng)維護(hù)的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的人工巡檢方式因效率低、覆蓋范圍有限、受地理?xiàng)l件影響大等問題，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代電網(wǎng)高效、安全的運(yùn)行需求；為此，基于無人機(jī)的數(shù)字化巡檢技術(shù)以其高效、精準(zhǔn)、靈活的特點(diǎn)，成為電網(wǎng)巡檢數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要方向，現(xiàn)有的基于無人機(jī)的數(shù)字化巡檢投資成效分析方法主要通過對無人機(jī)巡檢和人工巡檢的成本進(jìn)行比較，評估兩種巡檢方式的經(jīng)濟(jì)效益，模型通常包括設(shè)備購置成本、運(yùn)營維護(hù)成本、人員培訓(xùn)成本等多個方面的成本核算，并通過綜合計(jì)算得出數(shù)字化巡檢在長期運(yùn)營中的經(jīng)濟(jì)效益；現(xiàn)有的成本效益分析模型主要關(guān)注基于無人機(jī)的數(shù)字化巡檢和人工巡檢在設(shè)備購置、運(yùn)營維護(hù)和人員培訓(xùn)等方面的直接成本，但對巡檢效率、故障發(fā)現(xiàn)率和巡檢質(zhì)量等間接成本的考慮較為有限，難以全面評估不同巡檢模式的綜合效益；在復(fù)雜地形和惡劣氣候條件下，現(xiàn)有模型對數(shù)字化巡檢效益的評估較為薄弱，未能充分考慮不同巡檢模式在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性和可靠性差異，例如在不同的地形環(huán)境中，數(shù)字化巡檢的巡檢效率會出現(xiàn)差別，這導(dǎo)致模型在實(shí)際應(yīng)用中的局限性，難以為企業(yè)在多樣化的環(huán)境中提供準(zhǔn)確的投資指導(dǎo)；因此，提供一種綜合分析直接和間接成本、成本效益評估更全面、針對復(fù)雜環(huán)境巡檢效益分析、確保作出最優(yōu)決策的基于無人機(jī)的輸電線路數(shù)字化巡檢投資成效分析方法是非常有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種綜合分析直接和間接成本、成本效益評估更全面、針對復(fù)雜環(huán)境巡檢效益分析、確保作出最優(yōu)決策的基于無人機(jī)的輸電線路數(shù)字化巡檢投資成效分析方法。

2、本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：基于無人機(jī)的輸電線路數(shù)字化巡檢投資成效分析方法，所述方法包括以下步驟：

3、步驟1：首先構(gòu)建故障賠償成本計(jì)算模塊，考慮人工巡檢與基于無人機(jī)巡檢的線路故障概率的區(qū)別，通過分析輸電線路故障的歷史數(shù)據(jù)，得到人工巡檢模式下的線路故障概率；

4、步驟2：利用已有地區(qū)采用無人機(jī)巡檢前后的故障情況，預(yù)測采用無人機(jī)巡檢后的故障概率；

5、步驟3：基于故障切負(fù)荷量計(jì)算模型，計(jì)算出系統(tǒng)在故障趨于穩(wěn)定后需切除的負(fù)荷量，以此作為故障所需賠償?shù)碾娏?，并根?jù)停電范圍和停電時間，計(jì)算故障發(fā)生后的賠償費(fèi)用；

6、步驟4：通過對比人工巡檢和基于無人機(jī)的數(shù)字化巡檢的巡檢效率，計(jì)算兩者的人力資源投入，得出人工費(fèi)用差別；

7、步驟5：考慮巡檢效率的差別，分析線路巡檢時需要的汽車運(yùn)輸數(shù)量和往返次數(shù)，對比分析車輛運(yùn)輸產(chǎn)生的費(fèi)用；同時，計(jì)算數(shù)字化巡檢額外產(chǎn)生的費(fèi)用，包括無人機(jī)的動力費(fèi)用和維修費(fèi)用；

8、步驟6：基于效益分析模型，計(jì)算數(shù)字化巡檢帶來的額外效益，將其作為輸入，通過投入產(chǎn)出分析模型計(jì)算電網(wǎng)企業(yè)引入無人機(jī)巡檢的投入產(chǎn)出；

9、步驟7：最終，給出投入無人機(jī)數(shù)字化巡檢技術(shù)的年化收益率作為指標(biāo)，為電網(wǎng)投資提供決策支持。

10、所述步驟3中的基于故障切負(fù)荷量計(jì)算模型，計(jì)算出系統(tǒng)在故障趨于穩(wěn)定后需切除的負(fù)荷量，以此作為故障所需賠償?shù)碾娏?，并根?jù)停電范圍和停電時間，計(jì)算故障發(fā)生后的賠償費(fèi)用，具體為：通過基于故障切負(fù)荷量計(jì)算模型，輸入線路故障后的網(wǎng)架參數(shù)信息，可以計(jì)算出當(dāng)線路出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)所能供應(yīng)的最大負(fù)荷情況；由線路未發(fā)生故障時的負(fù)荷需求和故障后的最大可供應(yīng)負(fù)荷可知，系統(tǒng)不同的故障情況下的最小切負(fù)荷量；為下一步計(jì)算在輸電線路投入無人機(jī)進(jìn)行巡檢的成效提供數(shù)據(jù)支撐。

11、所述步驟3中的基于故障切負(fù)荷量計(jì)算模型，具體為：選擇由線路故障導(dǎo)致的停電，電網(wǎng)企業(yè)因此而需給用電用戶的賠償做為線路故障的成本，在故障發(fā)生后，應(yīng)盡可能的減少切斷負(fù)荷的量，減少停電范圍和影響，降低給用戶帶來的不便與經(jīng)濟(jì)損失，同時也減少了電網(wǎng)公司向停電用戶的賠償成本，因此故障切負(fù)荷量應(yīng)盡可能的小，可等效為故障后剩余可供應(yīng)負(fù)荷最大，本發(fā)明故障切負(fù)荷量計(jì)算模型目標(biāo)函數(shù)為系統(tǒng)剩余可供應(yīng)負(fù)荷最大：

12、式中，dnum代表系統(tǒng)接入負(fù)荷的個數(shù)；di表示故障切負(fù)荷后第i個負(fù)荷的大小；const1表示電力系統(tǒng)的功率平衡約束；gnum為發(fā)電機(jī)組的個數(shù)；gj表示第j個機(jī)組的出力情況；const2表示潮流傳輸約束；plmax為線路的最大傳輸功率矩陣；lf表示線路上傳輸?shù)墓β?；sf為變換因子矩陣；kp為發(fā)電機(jī)組的節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣；kd為負(fù)荷的節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣；const3表示發(fā)電機(jī)組的最大和最小出力約束；gj,min表示第j臺發(fā)電機(jī)組的最小出力；gj,max表示第j臺發(fā)電機(jī)組的最大出力；const4表示為最大和最小的負(fù)荷需求約束，發(fā)生故障后剩余可供應(yīng)負(fù)荷的最大值為無需切除負(fù)荷時的負(fù)荷值，最小值為負(fù)荷需全部切除時的負(fù)荷值；di,max為線路未發(fā)生故障時第i個負(fù)荷需求值。

13、所述步驟4和步驟5中的相關(guān)費(fèi)用采用成效分析模型實(shí)現(xiàn)，具體為：基于成效分析模型，將對人工巡檢與無人機(jī)數(shù)字化巡檢兩種不同的巡檢模式進(jìn)行成效分析，相比于人工巡檢，無人機(jī)數(shù)字化巡檢所能帶來的效益多來自于其巡檢所降低的巡檢成本，因此成效分析模型包括：線路故障賠償成本、線路故障概率以及人工費(fèi)用成本。

14、所述線路故障賠償成本包括：①人工巡檢的線路故障賠償成本：式中，為人工巡檢模式下的線路故障賠償成本；lnum為線路的數(shù)量；代表人工巡檢模式下第a條線路發(fā)生故障的概率；δda表示第a條線路發(fā)生故障時，系統(tǒng)所需切除的負(fù)荷量，即事故的停電范圍；②基于無人機(jī)巡檢的線路故障賠償成本：其中，為無人機(jī)數(shù)字化巡檢模式下的線路故障賠償成本；代表無人機(jī)數(shù)字化巡檢模式下第a條線路發(fā)生故障的概率；kfault為單位兆瓦切負(fù)荷賠償系數(shù)。

15、所述線路故障概率具體為：故障時負(fù)荷所需切除量由故障切負(fù)荷計(jì)算模型給出，人工巡檢模式下的線路故障概率由電網(wǎng)給出歷史數(shù)據(jù)所得；無人機(jī)數(shù)字化巡檢的線路故障概率由已經(jīng)實(shí)施無人機(jī)數(shù)字化巡檢的示范工程的線路故障歷史數(shù)據(jù)，可以對未投入無人機(jī)巡檢的線路進(jìn)行估計(jì)，預(yù)測其投入無人機(jī)巡檢后的線路故障概率。

16、所述人工費(fèi)用成本包括：①人工巡檢模式下的人工費(fèi)用成本：其中，為人工巡檢模式下的人工費(fèi)用成本；li為第i條線路的長度；em為人工巡檢的巡線效率，表示每人每天可巡線距離；klabor為勞動力成本；②無人機(jī)數(shù)字化巡檢的人工費(fèi)用成本：其中，為無人機(jī)巡檢模式下的人工費(fèi)用成本；euav為無人機(jī)巡檢的巡線效率，表示每臺無人機(jī)每天可巡線距離；n表示每臺無人機(jī)配備的工作人員人數(shù)。

17、所述成效分析模型還考慮在線路巡檢過程中所需投入的車輛運(yùn)輸費(fèi)用，主要為車輛動力費(fèi)用，考慮到不同輸電線路場景下巡檢的路徑規(guī)劃不同，其車輛運(yùn)輸路程也不同，包括：①人工巡檢的車輛運(yùn)輸成本：其中，為人工巡檢模式下車輛運(yùn)輸費(fèi)用；為人工巡檢模式下從巡線工作點(diǎn)到大本營一個來回的平均里程；tm為人工巡檢一個巡檢周期所需要花費(fèi)的天數(shù)；ktr為每公里車輛行駛所需費(fèi)用；為人工巡檢模式線路巡檢所需投入的車輛數(shù)量；②無人機(jī)數(shù)字化巡檢模式下的車輛運(yùn)輸成本：其中，為人工巡檢模式下車輛運(yùn)輸費(fèi)用；為無人機(jī)巡檢模式下從巡線工作點(diǎn)到大本營一個來回的平均里程；tuav為無人機(jī)巡檢一個巡檢周期所需要花費(fèi)的天數(shù)；為人工巡檢模式線路巡檢所需投入的車輛數(shù)量。

18、所述無人機(jī)數(shù)字化巡檢模式下的車輛運(yùn)輸成本相比于人工巡檢，無人機(jī)數(shù)字化巡檢時還需考慮無人機(jī)使用產(chǎn)生的費(fèi)用，包括無人機(jī)的動力費(fèi)用：cuav＝luav×kuav+kre×nuav(8)，其中，cuav為無人機(jī)使用成本；luav為無人機(jī)巡檢時無人機(jī)所需飛行的總距離；kuav表示每公里無人機(jī)進(jìn)行巡檢產(chǎn)生的費(fèi)用，即每公里動力費(fèi)；kre為無人機(jī)設(shè)備維修費(fèi)用；nuav是所配備無人機(jī)的數(shù)量；綜上所述，人工巡檢模式下的總巡檢成本為：無人機(jī)數(shù)字化巡檢模式的總巡檢成本為：

19、所述步驟6中的投入產(chǎn)出分析模型具體為：本發(fā)明采用不考慮利率的年化收益率和考慮利率的年化收益率兩種方法對投入產(chǎn)出進(jìn)行分析，其中①不考慮利率的年化收益率為：式中，y代表不考慮利率的年化收益率；p為投資后一年所帶來的收益；ci為總投資成本；n為投資設(shè)備的全壽命周期，亦是投資年份；②考慮利率的年化收益率：式中，yr代表考慮利率的年化收益率；α為將投資成本用于其他理財(cái)所能得到的年利率。

20、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明為基于無人機(jī)的輸電線路數(shù)字化巡檢投資成效分析方法，主要解決現(xiàn)有成本效益分析模型在基于無人機(jī)的數(shù)字化巡檢投資決策中的局限性，在使用中，首先，現(xiàn)有模型僅考慮了基于無人機(jī)巡檢以及人工巡檢的直接成本(如設(shè)備購置、運(yùn)營維護(hù)和人員培訓(xùn))，而忽略了巡檢效率、故障發(fā)現(xiàn)率和巡檢質(zhì)量等間接成本，本發(fā)明通過綜合分析直接和間接成本，提供更全面的成本效益評估，使企業(yè)能夠準(zhǔn)確判斷不同巡檢模式的綜合經(jīng)濟(jì)效益；現(xiàn)有模型在復(fù)雜地形和惡劣氣候條件下對基于無人機(jī)的巡檢效益的評估較為薄弱，未能充分考慮不同巡檢模式在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性和可靠性差異，本發(fā)明特別針對復(fù)雜環(huán)境下的巡檢效益進(jìn)行詳細(xì)分析，提供更具針對性的投資指導(dǎo)，確保企業(yè)在多樣化環(huán)境中能夠作出最優(yōu)決策；本發(fā)明具有綜合分析直接和間接成本、成本效益評估更全面、針對復(fù)雜環(huán)境巡檢效益分析、確保作出最優(yōu)決策的優(yōu)點(diǎn)。