電網(wǎng)負(fù)荷特性分析與預(yù)測

陳茂遷，王海燕，陳仕軍

（1.寧波電業(yè)局，浙江 寧波 315800；2.眉山電力公司，四川 眉山 620010）

0 引言

負(fù)荷特性[1]曲線的波動(dòng)性與年最大負(fù)荷、日最大負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)間有關(guān)，而影響負(fù)荷曲線形狀的主要因素是負(fù)荷的季節(jié)變化、用電設(shè)備的大修情況及負(fù)荷在年內(nèi)的增長情況。

文獻(xiàn)[2-10]分別對廣州、南京、上海等地的負(fù)荷特性進(jìn)行詳細(xì)分析和說明，指出了這類地區(qū)負(fù)荷特性的影響因素和發(fā)展趨勢，符合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，但是其分析過程不適宜推廣到其他地區(qū)或城市。

負(fù)荷特性的預(yù)測與分析通常采用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理來進(jìn)行，但是數(shù)據(jù)分析相當(dāng)困難，要從大量的數(shù)據(jù)中找出各種周期性的規(guī)律,得出與預(yù)測相關(guān)因素的大小與權(quán)值,并根據(jù)這些數(shù)據(jù)來預(yù)測未來的負(fù)荷。本文提出了一種簡化的負(fù)荷特性分析與預(yù)測的算法，在現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，對某一實(shí)際地區(qū)未來5年和10年的負(fù)荷特性進(jìn)行預(yù)測。

1 現(xiàn)狀分析

在對負(fù)荷現(xiàn)狀作分析時(shí)，要綜合利用多年的數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)事先必須進(jìn)行處理和修正。

1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是分析的基礎(chǔ)，必須準(zhǔn)確地收集多年資料，A代表基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的整體，其中Xn為每組數(shù)據(jù)的多年值，即：

其中：xn（t）在年負(fù)荷特性中為第t年每個(gè)月份的負(fù)荷最大值，在日負(fù)荷特性中為第t年典型日每個(gè)時(shí)刻點(diǎn)的負(fù)荷最大值；t為年份；n在年負(fù)荷特性中為12，在日負(fù)荷特性中為24。

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)幺化

多年數(shù)據(jù)的數(shù)值大小差別很大，可比性較差，因此需要對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)幺化處理。

年度數(shù)據(jù)的最大值 Xmax（t）：

年度數(shù)據(jù)的標(biāo)幺化處理：

1.3 求平均值

綜合多年數(shù)據(jù)，對每年的標(biāo)幺值求平均值：

1.4 修正

多年的平均值得出的結(jié)果往往沒有標(biāo)幺值為1的月份或者時(shí)刻點(diǎn)，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

式中：k∈（1，2，…，n）

令Ck=1代入公式（7）得：

綜上，數(shù)列C即為以現(xiàn)狀數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)得出的多年平均年負(fù)荷特性曲線，或者多年平均典型日負(fù)荷特性曲線。

1.5 負(fù)荷特性指標(biāo)

在多年平均年負(fù)荷特性曲線或者多年平均典型日負(fù)荷特性曲線的基礎(chǔ)上，計(jì)算下列負(fù)荷特性指標(biāo)。

（1）典型日的年平均日負(fù)荷率γav

在工程實(shí)際中，要收集全年8760 h的負(fù)荷數(shù)據(jù)較難實(shí)現(xiàn)，因而在典型日24 h負(fù)荷數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計(jì)算典型日平均日負(fù)荷率，作為年平均日負(fù)荷率 γav， 即：

式中： P典型日·av為典型日的日平均負(fù)荷； P典型日·max為典型日的日最大負(fù)荷。

典型日可以分為豐水期典型日和枯水期典型日，具體劃分要在充分了解當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)多年運(yùn)行情況和氣候等因素的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

（2）典型日的年平均日最小負(fù)荷率βav

在工程實(shí)際中，可用典型日平均日最小負(fù)荷率作為年平均日最小負(fù)荷率，即：

式中： P典型日·min為典型日的日最小負(fù)荷； P典型日·max為典型日的日最大負(fù)荷。

（3）年平均月負(fù)荷率[1]σav

年平均月負(fù)荷率σav又稱月不均衡系數(shù)，是指1年中各月平均負(fù)荷之和與各月最大負(fù)荷日平均負(fù)荷之和的比值，即：

（4）季不平衡率 ρa(bǔ)v

季不平衡率ρa(bǔ)v又稱季不平衡系數(shù)，是指1年中各月最大負(fù)荷日的最大負(fù)荷之和的平均值與年最大負(fù)荷的比值，即：

2 負(fù)荷特性預(yù)測

2.1 年負(fù)荷特性

在年負(fù)荷特性中，季不平衡率ρa(bǔ)v與年負(fù)荷曲線的波動(dòng)性和年最大負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)間有關(guān)，而影響年負(fù)荷曲線形狀的主要因素是負(fù)荷的季節(jié)變化、用電設(shè)備的大修及負(fù)荷在年內(nèi)的增長。

年負(fù)荷特性預(yù)測的具體步驟如下：

（1）由歷史數(shù)據(jù)求出歷史平均年負(fù)荷曲線的季不平衡率ρa(bǔ)v。

（2）根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，用灰色預(yù)測法預(yù)測未來第 i年的季不平衡率 ρa(bǔ)v， 表示為 ρ預(yù)測·i。

（3）將以上預(yù)測出的 ρ預(yù)測·i和歷史平均年負(fù)荷曲線代入下式，求出預(yù)測年各月的負(fù)荷標(biāo)幺值。

式中： Pm·ij為預(yù)測第 i年第 j月的負(fù)荷標(biāo)幺值； Pav·j為歷史平均年負(fù)荷曲線第j月的負(fù)荷標(biāo)幺值。

（4）將預(yù)測出的年負(fù)荷曲線負(fù)荷最大月份的數(shù)值修正為1（標(biāo)幺值），重新計(jì)算季不平衡率ρa(bǔ)v，并相應(yīng)計(jì)算其他參數(shù)。

2.2 日負(fù)荷特性

在典型日負(fù)荷特性中，年平均日最小負(fù)荷率βav與曲線的峰谷差有關(guān)，而影響曲線波動(dòng)峰谷差的主要因素是用電結(jié)構(gòu)比例和氣候變化。

日負(fù)荷特性預(yù)測的具體步驟如下：

（1）由歷史數(shù)據(jù)求出歷史平均典型日負(fù)荷曲線的最小負(fù)荷率βav。

（2）根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，用灰色預(yù)測法預(yù)測出未來第i年典型日的最小負(fù)荷率βav，冬季和夏季分別表示為 β預(yù)測·夏·i（未來第 i年夏季典型日的最小負(fù)荷率）、 β預(yù)測·冬·i（未來第 i年冬季典型日的最小負(fù)荷率）。

（3）將以上預(yù)測出的 β預(yù)測·夏·i， β預(yù)測·冬·i和歷史平均典型日負(fù)荷曲線代入下式，求出預(yù)測年份典型日各時(shí)刻的負(fù)荷標(biāo)幺值。

式中：Pt·夏·ij為預(yù)測第i年夏季典型日第j時(shí)刻的負(fù)荷標(biāo)幺值； Pt·av·夏·j為歷史平均夏季典型日負(fù)荷曲線第j時(shí)刻的負(fù)荷標(biāo)幺值；βav·夏為歷史平均夏季典型日負(fù)荷曲線的最小負(fù)荷率。

式中：Pt·冬·ij為預(yù)測第i年冬季典型日第j時(shí)刻的負(fù)荷標(biāo)幺值； Pt·av·冬·j為歷史平均冬季典型日負(fù)荷曲線第j時(shí)刻的負(fù)荷標(biāo)幺值；βav·冬為歷史平均冬季典型日負(fù)荷曲線的最小負(fù)荷率。

（4）將預(yù)測出的典型日負(fù)荷曲線負(fù)荷最大時(shí)刻的數(shù)值修正為1（標(biāo)幺值），并重新計(jì)算最小負(fù)荷率βav及相應(yīng)的其他參數(shù)。

3 算法流程

通過以上的分析及數(shù)據(jù)處理，可以建立相應(yīng)的算法對現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上對未來幾年的負(fù)荷特性曲線進(jìn)行預(yù)測，計(jì)算結(jié)果可用于指導(dǎo)電網(wǎng)年度運(yùn)行計(jì)劃的制定。具體算法流程如圖1所示。

圖1 算法流程

（1）輸入數(shù)據(jù)：輸入數(shù)據(jù)為多年的年負(fù)荷特性和日負(fù)荷特性數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來源于某一地區(qū)的供電公司和電網(wǎng)規(guī)劃報(bào)告。

（2）假設(shè)條件：用典型日的最小負(fù)荷率βav來代替全年的日最小負(fù)荷率。

（3）輸出數(shù)據(jù)：輸出數(shù)據(jù)為預(yù)測出的年負(fù)荷特性曲線和日負(fù)荷特性曲線。

4 實(shí)際應(yīng)用

針對某實(shí)際系統(tǒng)，收集到相關(guān)數(shù)據(jù)后，利用以上算法得到了預(yù)測的年負(fù)荷特性曲線和日負(fù)荷特性曲線。

4.1 年負(fù)荷特性預(yù)測

該區(qū)域電網(wǎng)年負(fù)荷特性預(yù)測結(jié)果見圖2，其中實(shí)線、虛線和點(diǎn)劃線分別表示現(xiàn)狀、2015年和2020年的預(yù)測曲線。

圖2 年負(fù)荷特性

由圖2可知：

（1）季不平衡率ρa(bǔ)v由現(xiàn)狀多年平均的0.861提升到2015年的0.874和2020年的0.877，年負(fù)荷曲線的波動(dòng)穩(wěn)步減小，符合該地區(qū)大力發(fā)展第二產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。

（2）負(fù)荷曲線表明最大負(fù)荷出現(xiàn)在12月份，這是由于該地區(qū)大型工業(yè)在年底趕工和居民取暖用電比例提高，符合該地區(qū)的現(xiàn)狀。

4.2 夏、冬兩季日負(fù)荷特性預(yù)測

對該區(qū)域電網(wǎng)夏、冬兩季典型日負(fù)荷曲線進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果表明：

（1）夏季典型日的年平均日負(fù)荷率γav由現(xiàn)狀的0.872上升到2015年的0.887和2020年的0.890；冬季典型日的年平均日負(fù)荷率γav由現(xiàn)狀的0.834上升到2015年的0.841和2020年的0.842。表明日負(fù)荷曲線的峰谷差減小，這是因?yàn)槿嘀频闹毓I(yè)用電所占比例進(jìn)一步增加，第三產(chǎn)業(yè)和第一產(chǎn)業(yè)用電比例略有降低，符合該區(qū)域電網(wǎng)的發(fā)展趨勢。

（2）從夏季和冬季典型日平均負(fù)荷區(qū)域曲線預(yù)測看，在18∶00左右有1個(gè)高峰，這是由于三班制重工業(yè)的持續(xù)生產(chǎn)加上18∶00為居民生活用電高峰，符合該區(qū)域電網(wǎng)現(xiàn)狀。

5 結(jié)語

針對電力負(fù)荷特性在實(shí)際應(yīng)用中數(shù)據(jù)離散性較大的特點(diǎn)，從工程角度出發(fā)提出了一種新的負(fù)荷特性分析預(yù)測方法。采用具有代表性的典型數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行標(biāo)幺化和修正處理，強(qiáng)化了數(shù)據(jù)的一致性，然后計(jì)算負(fù)荷特性的相關(guān)指標(biāo)，進(jìn)而對年負(fù)荷特性和日負(fù)荷特性進(jìn)行預(yù)測。簡化了負(fù)荷特性預(yù)測算法，提高了算法的可操作性，克服了傳統(tǒng)算法數(shù)據(jù)需求量大的不足，準(zhǔn)確度較高，能夠反映負(fù)荷特性的變化規(guī)律，可用于電網(wǎng)發(fā)展基本成型的城市和地區(qū)的負(fù)荷特性分析預(yù)測，對電網(wǎng)規(guī)劃及電力調(diào)度等具有一定的參考價(jià)值。

通過對某實(shí)際電網(wǎng)具體數(shù)據(jù)進(jìn)行的測算，證明了該算法的適應(yīng)性，預(yù)測結(jié)果符合該地區(qū)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。該算法已經(jīng)應(yīng)用于該地區(qū)的電網(wǎng)規(guī)劃工作，為該地區(qū)的負(fù)荷特性分析提供了有力的支撐。

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