方疆，劉慶超

(1.新疆華電十三間房風(fēng)電有限責(zé)任公司，新疆 哈密 839000;2.華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030)

1 問題的提出

根據(jù)風(fēng)電場設(shè)計階段，大致可分為前期規(guī)劃、項目建議書(預(yù)可行性研究)、可行性研究、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計及竣工圖設(shè)計幾個階段［1］。

不同設(shè)計階段所對應(yīng)的投資深度不同，項目前期規(guī)劃及項目建議書階段的投資可稱為投資估算，主要方法有生產(chǎn)能力指數(shù)法、單位生產(chǎn)能力法、比例法及系數(shù)法等。在可行性研究階段的投資通常稱為投資概算，主要編制依據(jù)為水電水利規(guī)劃設(shè)計總院編制的FD 022—2007《風(fēng)電場工程可行性研究報告設(shè)計概算編制辦法及計算標(biāo)準(zhǔn)》和FD 004—2007《風(fēng)電場工程概算定額》。風(fēng)電場可行性研究設(shè)計深度通常要求達(dá)到工程初步設(shè)計深度，但是，風(fēng)電目前處于大發(fā)展階段，業(yè)主給設(shè)計單位進(jìn)行可行性研究時間較短，其設(shè)計方案往往無法達(dá)到初步設(shè)計深度。部分發(fā)電集團(tuán)公司增加了初步設(shè)計階段，其套用的定額除FD 004—2007《風(fēng)電場工程概算定額》，還增加了《電力工程建設(shè)概算定額》(2006年版)，在深度上更加符合電力工程建設(shè)需要，施工圖階段主要套用《電力建設(shè)工程預(yù)算定額》(2006年版)。

項目投資決策通常發(fā)生在項目前期規(guī)劃、項目建議書及可行性研究階段，因此，如何對投資做出較為準(zhǔn)確的估算，對于投資決策行為至關(guān)重要。鑒于項目前期規(guī)劃、項目建議書2個階段投資估算通常為線性折算，考慮因素較少，準(zhǔn)確度亦不高，本文提出了基于支持向量機(jī)算法的風(fēng)電場快速投資估算方法［2－4］。

2 基于支持向量機(jī)的風(fēng)電場投資估算模型

2.1 風(fēng)電場投資估算影響因素分析

在風(fēng)電場建設(shè)中，影響總投資的主要因素有裝機(jī)容量、風(fēng)機(jī)臺數(shù)、機(jī)組單位千瓦造價、地形、地基承載力特征值、地震烈度、基礎(chǔ)形式、風(fēng)機(jī)荷載、道路長度、集電線路形式、變電站電壓等級、永久征地費用、臨時征地費用等［1］。

(1)裝機(jī)容量指風(fēng)電場實際安裝的額定有功功率的總和。裝機(jī)容量直接影響風(fēng)電場總投資，目前，平坦地形風(fēng)電場單位造價為7600～8600元/kW，復(fù)雜地形風(fēng)電場單位造價為9 000～12 000元/kW，灘涂及近海風(fēng)電場單位造價更高，因此，裝機(jī)容量直接影響造價高低。

(2)風(fēng)機(jī)臺數(shù)主要由風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量決定。目前，裝機(jī)容量為50 MW級別的風(fēng)電場，1.5 MW機(jī)組共需33臺，2.0 MW機(jī)組共需24臺。不同單機(jī)容量風(fēng)電機(jī)組單位千瓦造價不等，單機(jī)容量越大，造價越高，由于占地面積等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)隨著單機(jī)容量增加而減小，這方面的費用會有一定下降，因此，風(fēng)機(jī)臺數(shù)是影響工程造價的一個重要因素。

(3)機(jī)組單位千瓦造價為機(jī)組造價的直接影響因素，不同階段的風(fēng)電機(jī)組造價不同，從2009年的6500元/kW下降到2011年的3600元/kW左右，使得已經(jīng)竣工投產(chǎn)的項目樣本與目前機(jī)組造價有較大區(qū)別，因此，選用機(jī)組單位千瓦造價作為主要因素具有一定意義。

(4)地形。根據(jù)目前國內(nèi)風(fēng)電場場地建設(shè)條件，主要分為山地風(fēng)電場、平坦風(fēng)電場、灘涂風(fēng)電場及海上風(fēng)電。不同建設(shè)條件對風(fēng)電場的投資影響較大。山地風(fēng)電場土建投資通常占總投資的30% ～45%，平坦地形風(fēng)電場土建投資通常占總投資的20%～40%，灘涂風(fēng)電場土建投資通常占總投資的30% ～50%，海上風(fēng)電場土建部分占總投資的40%～50%左右。復(fù)雜地形土建工程投資較高主要是因為山地地形道路投資較大，在施工過程中二次倒運費用較高。海上風(fēng)電及灘涂風(fēng)電場基礎(chǔ)造價較高，施工難度大，因此，地形對風(fēng)電場投資具有較大影響。

(5)地基承載力特征值是指載荷試驗測定的地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形所對應(yīng)的壓力值，其最大值為比例界限值。由FD 003—2007《風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)定》(試行)可知，基礎(chǔ)的埋深應(yīng)滿足地基承載力、變形和穩(wěn)定性的要求。在地基抗壓計算中，當(dāng)承受軸心載荷時，要求荷載效應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)組合下，擴(kuò)展基礎(chǔ)底面處平均壓力要小于或等于修正后地基承載力特征值。當(dāng)承受偏心載荷時，在載荷效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，擴(kuò)展基礎(chǔ)底面邊緣最大壓力值要小于或等于修正后地基承載力特征值。因此，地基承載力特征值的大小能夠影響風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的埋深和風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的大小，進(jìn)而影響工程造價。在基礎(chǔ)變形計算中，主要驗算沉降值和傾斜率，其結(jié)果不應(yīng)大于地基變形影響值。在計算地基沉降時，沉降計算經(jīng)驗系數(shù)主要由地基承載力特征值決定，從而影響基礎(chǔ)埋深和大小。

(6)地震烈度。由FD 003—2007《風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)定》可知，在抗震設(shè)防烈度為9度及以上(或50年一遇極端風(fēng)速超過70 m/s)時，應(yīng)對于風(fēng)電機(jī)組的地基基礎(chǔ)進(jìn)行專題研究。當(dāng)?shù)卣鹆叶却笥诨虻扔?度時，應(yīng)計算多遇地震工況荷載下的地基設(shè)計內(nèi)容。通常其控制的載荷為多遇地震工況下的載荷，在此情況下，基地不允許脫開，從而影響基礎(chǔ)大小。

(7)基礎(chǔ)類型?；A(chǔ)類型主要有擴(kuò)展基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和巖石錨桿基礎(chǔ)3種，基礎(chǔ)工程量的不同，會影響造價。在通常情況下，巖石錨桿基礎(chǔ)工程造價小，擴(kuò)展基礎(chǔ)工程造價次之，樁基礎(chǔ)工程造價較高。

(8)在極端載荷工況下的風(fēng)機(jī)載荷。載荷的大小直接影響地基抗壓計算、變形計算、風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性計算，從而影響風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)大小。

(9)道路長度。不同地形下道路造價不同，山地道路造價較高，通常在100萬元/km以上，平坦地形道路造價較低，通常為25萬元/km左右，因此，道路長度對工程造價影響較大。

(10)集電線路類型主要分為架空線路和地埋電纜2種，2種不同類型集電線路工程造價有較大區(qū)別，地埋電纜工程造價遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于集電線路。因此，這種情況可作為影響工程造價的一個因素。

(11)變電站電壓等級目前有35，66，110和220 kV 4個等級，不同等級變電站造價不同。

(12)永久征地費用。不同區(qū)域征地費用不同，浙江沿海永久征地費用較高，新疆戈壁灘征地費用低且相差較大，這些因素會直接影響工程造價。

(13)臨時征地費費用。不同區(qū)域臨時征地費用不同，浙江沿海臨時征地費用較高，新疆戈壁灘征地費用低，兩地征地費用相差較大，這些因素會直接影響工程造價。

2.2 支持向量機(jī)模型

支持向量機(jī)SVM(Support Vector Machine)的基本思想是通過用內(nèi)積函數(shù)定義的非線性變換將輸入空間變換到一個高維空間，在這個高維空間中，尋找輸入變量和輸出變量的非線性關(guān)系。SVM有2層結(jié)構(gòu):第1層用于選擇核函數(shù)確定支持向量個數(shù)，第2層在相應(yīng)的特征空間構(gòu)建最優(yōu)超平面［5－6］。

給定數(shù)據(jù)集 {(xi，yi)}，i=1，2，…，n，xi∈X?Rn，yi∈Y?R，設(shè)函數(shù)形式為

式中:?(x)能將輸入空間映射到高維特征空間(Hilbert空間)。

根據(jù)結(jié)構(gòu)風(fēng)險最小化準(zhǔn)則，f應(yīng)使得

式中:Lε(g)為懲罰函數(shù)(1oss function)，通常稱為ε不敏感函數(shù)，其定義為

式中:參數(shù)C(C＞0)為函數(shù)f的平滑度;ε為容許誤差，表示數(shù)值之間的平衡因子。引入松弛變量ξi，ξ*i，它們代表真實值與e容許誤差邊界對應(yīng)值的距離n，公式(2)可表示為

滿足條件

引入拉格朗日(Lagrange)乘子和對偶理論(Duality Theory)得到公式(8)

式中:0≤ai≤C;0≤≤ C，i=1，2，…，n。

在式(8)中，ai，稱為拉格朗日乘子，滿足等式aig=0，則有

式中:K(x，xi)稱為核函數(shù)，xi，xj的內(nèi)積等于核函數(shù)的值，即 K(xi，xj)= ?(xi)g?(xj)。任一滿足 Mercer條件n的函數(shù)都可以作為核函數(shù)。目前常用的核函數(shù)主要有:

(1)多項式核函數(shù)

(2)徑向基函數(shù)(RBF)核函數(shù)

(3)Sigmoid核函數(shù)

式中:d，v，c為核函數(shù)的參數(shù)。

2.3 基于支持向量機(jī)的風(fēng)電場投資估算模型

運用支持向量機(jī)算法對風(fēng)電場投資進(jìn)行快速估算，需要對各個影響因素進(jìn)行量化和標(biāo)準(zhǔn)化，由于支持向量機(jī)輸入因素通常為0～1數(shù)據(jù)，因此，可對各輸入因素進(jìn)行如下定義:

(1)裝機(jī)容量(A1)。單位為MW，利用“裝機(jī)容量/1000 MW”進(jìn)行歸一化處理。

(2)風(fēng)機(jī)臺數(shù)(A2)。單位為臺，利用“總臺數(shù)/1000臺”進(jìn)行歸一化處理。

(3)機(jī)組單位千瓦造價(A3)。單位為元/kW，利用“單位造價/(10 000元/kW)”進(jìn)行歸一化處理。

(4)地形(A4)。復(fù)雜山地取0.1，較為復(fù)雜山地取0.2，較為平坦地形取0.3，非常平坦地形取0.4，沿海灘涂風(fēng)電場取0.5。

(5)地基承載力特征值(A5)。單位為kPa，利用“地基承載力特征值/10000 kPa”進(jìn)行歸一化處理。

(6)地震烈度(A6)。大于7度地震烈度區(qū)域取0.1，小于或等于7度地震烈度區(qū)域取0.2。

(7)基礎(chǔ)形式(A7)。擴(kuò)展基礎(chǔ)為0.1，樁基礎(chǔ)為0.2，錨桿基礎(chǔ)為0.3。

(8)風(fēng)機(jī)載荷(A8)。單位為109 N·m，利用“風(fēng)機(jī)荷載/(1 N·m)”進(jìn)行歸一化處理。

(9)道路長度(A9)。單位為km，利用“道路長度/100 km”進(jìn)行歸一化處理。

(10)集電線路形式(A10)。架空線取0.1，地纜取0.2。

(11)變電站電壓等級(A11)。35 kV變電站用0.035表示，66 kV變電站用0.066表示，110 kV變電站用0.110表示，220 kV變電站用0.220表示。

(12)永久征地費用(A12)。單位為元/m2，利用“永久征地費用/(1000元/m2)”進(jìn)行歸一化處理。

(13)臨時征地費用(A13)。單位為元/m2，利用“臨時征地費用/(1000元/m2)”進(jìn)行歸一化處理。

(14)總投資(B):單位為億元，利用“總投資/100億元”進(jìn)行歸一化處理。

歸一化后，利用(1)～(13)條作為影響因素輸入，(14)條作為結(jié)果輸出，對其建立支持向量機(jī)模型，再通過已有數(shù)據(jù)作為樣本進(jìn)行訓(xùn)練，以要預(yù)測的項目影響因素數(shù)據(jù)作為輸入，從而可實現(xiàn)總投資的估算。

3 案例分析

表1 訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)

搜集國內(nèi)各個區(qū)域7個風(fēng)電場實際數(shù)據(jù)，對該模型方法進(jìn)行了驗證，驗證結(jié)果見表1。

運用表1中的前6個風(fēng)電場數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，以第7個風(fēng)電場數(shù)據(jù)作為檢驗樣本，其計算結(jié)果為26582萬元，與實際結(jié)果27260萬元誤差為2.49%，預(yù)測精度較高，因此，可用該模型進(jìn)行投資估算。

4 結(jié)束語

決策階段的投資估算是在沒有詳細(xì)技術(shù)方案前提下對工程造價進(jìn)行的一種推測，其估算精度的高低直接影響著項目是否可行。因此，如何把投資估算預(yù)測得更加準(zhǔn)確對于業(yè)主進(jìn)行項目決策具有重要意義。

本文通過對影響風(fēng)電場工程造價的主要因素進(jìn)行了深入分析，最終確定13個重要影響參數(shù)，通過利用SVM模型對其進(jìn)行模擬訓(xùn)練，選取6個樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)并以1個樣本進(jìn)行預(yù)測和驗證，結(jié)果表明，預(yù)測精度較高，該模型在實際運用中具有可行性。

［1］宮靖遠(yuǎn).風(fēng)電場工程技術(shù)手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

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