基于主成分分析的风电工程设备选型研究
郭艳凤+李健
新能源发展的大背景下，风力发电具有良好的发展趋势。风电场建设过程中，设备选型是造价控制的重点，如何在风电设备选型时综合考虑技术性与经济性因素，合理制定选型标准是现阶段亟待解决的问题。
本文提出了基于主成分分析的风电工程设备选型方法，通过建立合理的综合评价体系，同时考虑风电设备选型时的技术性和经济性因素，以得到综合评价最优的风电设备选型方案。
1 主成分分析评价
1.1 模型原理
主成分分析法采用数据降维的方法，将一组相关性变量，通过线性变换为少量不相关向量（即主成分），主成分涵盖原指标大部分原信息，且可以独立考虑。利用这种方法，简化综合评价的同时，可以避免单一变量的偏差，简化了评价过程。
设F1表示原变量的第一个主成分指标，其方差Var（F1）越大，表示F1包含的信息越多。此在所有的线性组合中选取的F1，是X1，X2，…，XP的所有线性组合中方差最大的，故称F1为第一主成分，以此类推，各主成分表达式如下：
2 风电设备选型的指标识别与指标体系建立
基于风电项目的特点，依据风电场设计的功能要求与效益规划，结合场地环境等条件以及设备的技术水平，利用层次分析法，参照当前的学术研究结论，本文将设备选型指标分为技术指标与经济指标，并进行进一步划分至三级指标。
2.1 技术性指标
风电设备的技术性指标是用来比较风电设备性能特性的标准，不同种类的风电设备，其技术性能参数不同。因此通过对技术性指标的考察可以综合得出设备整体的性能。再通过对技术性指标的合理综合量化，最终作为风电设备选型的依据。本文以功能参数、可靠性、可维修性和安全性四个方面来描述。
2.2 经济性指标
设备经济性是指在满足工艺对设备性能要求的条件下，在整个设备寿命周期内的成本和消耗的费用。本文以设备的购置成本、设备的安装成本和设备的运行维护成本三个方面来描述。
其中运行维护成本应设置一个统一的运维时间标准，这里以风电机组为例，因为风电机组的寿命设计通常在20年以上，所以各风电机组运行20年为条件。
2.3 风电工程设备选型指标体系的建立
结合风电设备选型项目的特点，，按照指标体系分析理论进行初选、优化，最终构建风电设备选型综合评价指标体系
3 实例分析
某陆上风电工程需要选购25台2000kW的风电机组，拟定从9个国内风机制造商中选择较为合适的产品，下面对9个厂家所提供的风电机组进行单台的综合评价分析，确定最终的风电机组选型方案。现通过对个因素指标的技术经济性指标汇总。作为主成分分析的数据资源。
在进行指标数据处理前，风电机组的经济型因素可以被直接量化表示（其中三项费用的单位为元，经济单位为年），结果如下：
其中，上文识别的指标中，技术性指标为定性指标，利用模糊综合评价法将其量化并对数据进行标准化处理，之后结合经济性指标，结果如表4-12：
利用SPSS22.0软件，以相关系数矩阵为标准作为确定待选方案的主成分分析依据；将累计贡献率到达85%的指标定义为本次分析的主成分指标（二至四个主成分为宜）。其中经标准化处理后的荷载矩阵如表5-3所示：
通过已经过标准化处理的矩阵的特征向量得出各主成分得分的表达式：
其中F1、F2、F3表示三个主成分间的得分；zxi表示各风电机组选型方案中所有的指标所对应的标准化数据。
分析该表知，9个风电机组选购方案中，B方案不仅主成分F2的得分排在第一，其余两个主成分的得分也都在前三名，无论在设备经济寿命周期的技术性能，还是成本控制上，都具有较突出的表现。综上所述，本次基于主成分分析的风电机组选型的最终结果是B方案。
作者简介
郭艳凤（1979-），女，汉族，辽宁人，本科生，国网北京市电力公司经济技术研究院，高级工程师，研究方向：电网工程建设管理。
新能源发展的大背景下，风力发电具有良好的发展趋势。风电场建设过程中，设备选型是造价控制的重点，如何在风电设备选型时综合考虑技术性与经济性因素，合理制定选型标准是现阶段亟待解决的问题。
本文提出了基于主成分分析的风电工程设备选型方法，通过建立合理的综合评价体系，同时考虑风电设备选型时的技术性和经济性因素，以得到综合评价最优的风电设备选型方案。
1 主成分分析评价
1.1 模型原理
主成分分析法采用数据降维的方法，将一组相关性变量，通过线性变换为少量不相关向量（即主成分），主成分涵盖原指标大部分原信息，且可以独立考虑。利用这种方法，简化综合评价的同时，可以避免单一变量的偏差，简化了评价过程。
设F1表示原变量的第一个主成分指标，其方差Var（F1）越大，表示F1包含的信息越多。此在所有的线性组合中选取的F1，是X1，X2，…，XP的所有线性组合中方差最大的，故称F1为第一主成分，以此类推，各主成分表达式如下：
2 风电设备选型的指标识别与指标体系建立
基于风电项目的特点，依据风电场设计的功能要求与效益规划，结合场地环境等条件以及设备的技术水平，利用层次分析法，参照当前的学术研究结论，本文将设备选型指标分为技术指标与经济指标，并进行进一步划分至三级指标。
2.1 技术性指标
风电设备的技术性指标是用来比较风电设备性能特性的标准，不同种类的风电设备，其技术性能参数不同。因此通过对技术性指标的考察可以综合得出设备整体的性能。再通过对技术性指标的合理综合量化，最终作为风电设备选型的依据。本文以功能参数、可靠性、可维修性和安全性四个方面来描述。
2.2 经济性指标
设备经济性是指在满足工艺对设备性能要求的条件下，在整个设备寿命周期内的成本和消耗的费用。本文以设备的购置成本、设备的安装成本和设备的运行维护成本三个方面来描述。
其中运行维护成本应设置一个统一的运维时间标准，这里以风电机组为例，因为风电机组的寿命设计通常在20年以上，所以各风电机组运行20年为条件。
2.3 风电工程设备选型指标体系的建立
结合风电设备选型项目的特点，，按照指标体系分析理论进行初选、优化，最终构建风电设备选型综合评价指标体系
3 实例分析
某陆上风电工程需要选购25台2000kW的风电机组，拟定从9个国内风机制造商中选择较为合适的产品，下面对9个厂家所提供的风电机组进行单台的综合评价分析，确定最终的风电机组选型方案。现通过对个因素指标的技术经济性指标汇总。作为主成分分析的数据资源。
在进行指标数据处理前，风电机组的经济型因素可以被直接量化表示（其中三项费用的单位为元，经济单位为年），结果如下：
其中，上文识别的指标中，技术性指标为定性指标，利用模糊综合评价法将其量化并对数据进行标准化处理，之后结合经济性指标，结果如表4-12：
利用SPSS22.0软件，以相关系数矩阵为标准作为确定待选方案的主成分分析依据；将累计贡献率到达85%的指标定义为本次分析的主成分指标（二至四个主成分为宜）。其中经标准化处理后的荷载矩阵如表5-3所示：
通过已经过标准化处理的矩阵的特征向量得出各主成分得分的表达式：
其中F1、F2、F3表示三个主成分间的得分；zxi表示各风电机组选型方案中所有的指标所对应的标准化数据。
分析该表知，9个风电机组选购方案中，B方案不仅主成分F2的得分排在第一，其余两个主成分的得分也都在前三名，无论在设备经济寿命周期的技术性能，还是成本控制上，都具有较突出的表现。综上所述，本次基于主成分分析的风电机组选型的最终结果是B方案。
作者简介
郭艳凤（1979-），女，汉族，辽宁人，本科生，国网北京市电力公司经济技术研究院，高级工程师，研究方向：电网工程建设管理。
