本发明涉及一种考虑非平稳特征的变电站运行成本预测方法，包括以下步骤：收集历史维护费用和历史能耗费用；提取变电站运行全生命周期的非平稳特征，包括历史变电站组件的故障数据以及历史气象数据；建立变电站组件的可靠性分析模型；基于历史维护费用与历史变电站组件的故障数据间的映射关系建立变电站的维护策略，并建立基于组件可靠性的维护费用预测模型；对历史能耗费用和历史气象数据进行聚类，分别得到若干聚类结果，根据聚类结果分别对历史能耗费用中的数据和历史气象数据中的数据添加标签，并以此建立训练样本集；以训练样本集对神经网络进行训练，得到能耗费用预测模型；通过维护费用预测模型和能耗费用预测模型预测变电站的运行成本。