基于主成分分析的風電工程設備選型研究

郭艷鳳+李健

新能源發展的大背景下，風力發電具有良好的發展趨勢。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濟性因素，合理制定選型標準是現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濟性因素，以得到綜合評價最優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據降維的方法，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，依據風電場設計的功能要求與效益規劃，結合場地環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。本文以功能參數、可靠性、可維修性和安全性四個方面來描述。

2.2 經濟性指標

設備經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個國內風機制造商中選擇較為合適的產品，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?，F通過對個因素指標的技術經濟性指標匯總。作為主成分分析的數據資源。

在進行指標數據處理前，風電機組的經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據進行標準化處理，之后結合經濟性指標，結果如表4-12：

利用SPSS22.0軟件，以相關系數矩陣為標準作為確定待選方案的主成分分析依據；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）。其中經標準化處理后的荷載矩陣如表5-3所示：

通過已經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據。

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。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，國網北京市電力公司經濟技術研究院，高級工程師，研究方向：電網工程建設管理。