基于主成分分析的風電工程設備選型研究

郭艷鳳+李健

新能源發(fā)展的大背景下，風力發(fā)電具有良好的發(fā)展趨勢。風電場建設過程中，設備選型是造價控制的重點，如何在風電設備選型時綜合考慮技術性與經(jīng)濟性因素，合理制定選型標準是現(xiàn)階段亟待解決的問題。

本文提出了基于主成分分析的風電工程設備選型方法，通過建立合理的綜合評價體系，同時考慮風電設備選型時的技術性和經(jīng)濟性因素，以得到綜合評價最優(yōu)的風電設備選型方案。

1 主成分分析評價

1.1 模型原理

主成分分析法采用數(shù)據(jù)降維的方法，將一組相關性變量，通過線性變換為少量不相關向量（即主成分），主成分涵蓋原指標大部分原信息，且可以獨立考慮。利用這種方法，簡化綜合評價的同時，可以避免單一變量的偏差，簡化了評價過程。

設F1表示原變量的第一個主成分指標，其方差Var（F1）越大，表示F1包含的信息越多。此在所有的線性組合中選取的F1，是X1，X2，…，XP的所有線性組合中方差最大的，故稱F1為第一主成分，以此類推，各主成分表達式如下：

2 風電設備選型的指標識別與指標體系建立

基于風電項目的特點，依據(jù)風電場設計的功能要求與效益規(guī)劃，結合場地環(huán)境等條件以及設備的技術水平，利用層次分析法，參照當前的學術研究結論，本文將設備選型指標分為技術指標與經(jīng)濟指標，并進行進一步劃分至三級指標。

2.1 技術性指標

風電設備的技術性指標是用來比較風電設備性能特性的標準，不同種類的風電設備，其技術性能參數(shù)不同。因此通過對技術性指標的考察可以綜合得出設備整體的性能。再通過對技術性指標的合理綜合量化，最終作為風電設備選型的依據(jù)。本文以功能參數(shù)、可靠性、可維修性和安全性四個方面來描述。

2.2 經(jīng)濟性指標

設備經(jīng)濟性是指在滿足工藝對設備性能要求的條件下，在整個設備壽命周期內(nèi)的成本和消耗的費用。本文以設備的購置成本、設備的安裝成本和設備的運行維護成本三個方面來描述。

其中運行維護成本應設置一個統(tǒng)一的運維時間標準，這里以風電機組為例，因為風電機組的壽命設計通常在20年以上，所以各風電機組運行20年為條件。

2.3 風電工程設備選型指標體系的建立

結合風電設備選型項目的特點，，按照指標體系分析理論進行初選、優(yōu)化，最終構建風電設備選型綜合評價指標體系

3 實例分析

某陸上風電工程需要選購25臺2000kW的風電機組，擬定從9個國內(nèi)風機制造商中選擇較為合適的產(chǎn)品，下面對9個廠家所提供的風電機組進行單臺的綜合評價分析，確定最終的風電機組選型方案。現(xiàn)通過對個因素指標的技術經(jīng)濟性指標匯總。作為主成分分析的數(shù)據(jù)資源。

在進行指標數(shù)據(jù)處理前，風電機組的經(jīng)濟型因素可以被直接量化表示（其中三項費用的單位為元，經(jīng)濟單位為年），結果如下：

其中，上文識別的指標中，技術性指標為定性指標，利用模糊綜合評價法將其量化并對數(shù)據(jù)進行標準化處理，之后結合經(jīng)濟性指標，結果如表4-12：

利用SPSS22.0軟件，以相關系數(shù)矩陣為標準作為確定待選方案的主成分分析依據(jù)；將累計貢獻率到達85%的指標定義為本次分析的主成分指標（二至四個主成分為宜）。其中經(jīng)標準化處理后的荷載矩陣如表5-3所示：

通過已經(jīng)過標準化處理的矩陣的特征向量得出各主成分得分的表達式：

其中F1、F2、F3表示三個主成分間的得分；zxi表示各風電機組選型方案中所有的指標所對應的標準化數(shù)據(jù)。

分析該表知，9個風電機組選購方案中，B方案不僅主成分F2的得分排在第一，其余兩個主成分的得分也都在前三名，無論在設備經(jīng)濟壽命周期的技術性能，還是成本控制上，都具有較突出的表現(xiàn)。綜上所述，本次基于主成分分析的風電機組選型的最終結果是B方案。

作者簡介

郭艷鳳（1979-），女，漢族，遼寧人，本科生，國網(wǎng)北京市電力公司經(jīng)濟技術研究院，高級工程師，研究方向：電網(wǎng)工程建設管理。