電能計(jì)量自動(dòng)化及負(fù)荷預(yù)測(cè)的優(yōu)化分析

深圳供電局有限公司 廣東深圳 518000

摘要：電能計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)能及時(shí)收集和全面掌握客戶的用電信息，對(duì)計(jì)量裝置工作狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)有關(guān)負(fù)荷管理功能的深入開(kāi)發(fā)應(yīng)用，不僅是電網(wǎng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)保障，實(shí)現(xiàn)了資源的優(yōu)化配置，也提供了先進(jìn)的管理工具，促進(jìn)供電企業(yè)的精益化管理，提高了經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)為電力客戶提供進(jìn)一步的拓展服務(wù)，提升了服務(wù)能力。本文總結(jié)了電能計(jì)量自動(dòng)化采集系統(tǒng)的構(gòu)成和作用，闡述了各類型電能采集系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)算法的數(shù)學(xué)模型建立和優(yōu)化，證明了電能自動(dòng)化采集系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)的積極影響，提高了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和有效性。

關(guān)鍵詞：電能計(jì)量；自動(dòng)化；負(fù)荷預(yù)測(cè)；優(yōu)化；分析

負(fù)荷預(yù)測(cè)是根據(jù)歷史負(fù)荷推測(cè)它的未來(lái)值，所以，負(fù)荷預(yù)測(cè)的對(duì)象是不確定事件。因此使得負(fù)荷預(yù)測(cè)具備有準(zhǔn)確性、條件性、時(shí)間性、多方案性等特點(diǎn)。本文分析說(shuō)明電能采集系統(tǒng)的建設(shè)和推廣對(duì)于供電局管理人員能夠提高管理效率，減少人力成本；對(duì)于電網(wǎng)信息的監(jiān)視、交易管理能夠提供確切的依據(jù)和支撐作用，對(duì)于后臺(tái)分析、負(fù)荷預(yù)測(cè)能夠提高準(zhǔn)確度和提供分析依據(jù)，對(duì)于電力企業(yè)提高管理效率和提高經(jīng)濟(jì)效益具有積極的影響。

一、計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成及優(yōu)越性

（一）大客戶負(fù)荷管理系統(tǒng)

大用戶包括各類冶煉、化工廠，在全社會(huì)用電負(fù)荷中占主要地位，這些負(fù)荷受自然環(huán)境影響較小，受社會(huì)影響較大。由于其負(fù)荷的重要地位，大用戶用電發(fā)生異常時(shí)對(duì)網(wǎng)供量、對(duì)售電效益產(chǎn)生的影響也是最大的。大客戶負(fù)荷管理系統(tǒng)能夠?yàn)楣╇娋趾笈_(tái)監(jiān)控提供真實(shí)準(zhǔn)確的用電信息，保證了管理人員及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)大用戶的異常用電，能明顯體現(xiàn)出計(jì)量自動(dòng)化建設(shè)對(duì)負(fù)荷管理和負(fù)荷預(yù)測(cè)的積極效果。

（二）低壓集抄

低壓集抄主要面對(duì)居民用電，它的作用是把居民電表的信息集中起來(lái)，再統(tǒng)一外送。雖然智能電表也能夠直接上傳信息，但是對(duì)于居民密集區(qū)域，低壓集抄的優(yōu)勢(shì)則體現(xiàn)出來(lái)。對(duì)于大量的抄表數(shù)據(jù)，首先，比人工抄表提高了抄表效率、降低了人為誤差率；其次，能夠利用后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行用戶統(tǒng)計(jì)、分析、預(yù)測(cè)等大范圍的管理工作，為負(fù)荷預(yù)測(cè)及電網(wǎng)規(guī)劃提供充足依據(jù)。

（三）配變管理系統(tǒng)

配變管理系統(tǒng)除了對(duì)配變運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視以外，還能夠配合低壓集抄對(duì)臺(tái)區(qū)進(jìn)行用電監(jiān)視，通過(guò)分析比較得到線損情況；同時(shí)可以幫助及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常用電情況。

二、計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)短期負(fù)荷預(yù)測(cè)的影響

（一）負(fù)荷預(yù)測(cè)方法

1.回歸分析法

根據(jù)負(fù)荷的歷史水平，用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法中的回歸分析法對(duì)負(fù)荷的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)測(cè)。模型分為一元線性回歸、多元線性回歸和非線性回歸等?；貧w分析法的優(yōu)點(diǎn)是精度較高，適用于中短期預(yù)測(cè)；缺點(diǎn)是規(guī)劃期內(nèi)的總產(chǎn)值無(wú)法詳細(xì)統(tǒng)計(jì)以及只能預(yù)測(cè)出綜合用電水平，無(wú)法預(yù)測(cè)各區(qū)用電水平。

2.灰色模型法

灰色模型針對(duì)含有不確定因素（例如某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的電能采集失?。┑南到y(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，該模型以灰色系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，能夠在缺乏數(shù)據(jù)的情況下找出一個(gè)時(shí)段內(nèi)的規(guī)律，建立起負(fù)荷預(yù)測(cè)模型?；疑Ｐ头椒ǚ譃槠胀Ｐ秃蛢?yōu)化模型。前者屬于指數(shù)增長(zhǎng)型，當(dāng)負(fù)荷按照指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)時(shí)，預(yù)測(cè)精度高，計(jì)算簡(jiǎn)單。但對(duì)于波動(dòng)性的負(fù)荷，預(yù)測(cè)誤差較大，不適宜用此方法預(yù)測(cè)。優(yōu)化灰色模型把波動(dòng)的數(shù)據(jù)組變換為規(guī)律性增強(qiáng)的呈指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)的序列，提高了該方法的適用范圍。這種方法要求數(shù)據(jù)少，不要求變化趨勢(shì)和分布規(guī)律，計(jì)算簡(jiǎn)便，精度高，只要保證數(shù)據(jù)不要過(guò)于離散，則十分適用于短期負(fù)荷預(yù)測(cè)。

（二）計(jì)量自動(dòng)化對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)的影響

1.提高輸入數(shù)據(jù)質(zhì)量

如上述介紹，回歸分析法時(shí)建立在大量的歷史負(fù)荷水平上的，歷史數(shù)據(jù)越多越準(zhǔn)確，回歸分析法的結(jié)果也就越精確；灰色模型法不需要大量輸入數(shù)據(jù)，但是對(duì)輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性很高；時(shí)間序列法對(duì)輸入數(shù)據(jù)的連續(xù)性要求高。根據(jù)第1章的描述，計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)越性能夠保證這些計(jì)算方法所需要的輸入數(shù)據(jù)具有范圍廣、數(shù)量多、準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)，從而為負(fù)荷預(yù)測(cè)工作提供前提。

2.方便電量數(shù)據(jù)管理

負(fù)荷預(yù)測(cè)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，可以由后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)和管理軟件進(jìn)行管理，通過(guò)計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)形成負(fù)荷報(bào)表，對(duì)數(shù)據(jù)按照時(shí)間和區(qū)間可進(jìn)行對(duì)比分析，尋求規(guī)律和發(fā)現(xiàn)異常情況。以便進(jìn)行監(jiān)測(cè)故障、監(jiān)測(cè)竊電、總結(jié)報(bào)告、近遠(yuǎn)景規(guī)劃等工作。

三、工程實(shí)例

某市從2009年開(kāi)始逐步推行電能計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)，從歷史數(shù)據(jù)獲得2009年以前的用電數(shù)據(jù)（單位：萬(wàn)千瓦時(shí)），從計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)獲得2009年以后的用電數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括用相同計(jì)算方式得出的預(yù)測(cè)用電量和實(shí)際用電量。

（一）預(yù)測(cè)誤差變化

抽取每年的1月份為典型月，·計(jì)算每日預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的誤差，并以相對(duì)實(shí)際值的一百分比表示，計(jì)算每日預(yù)測(cè)一誤差平均值，繪制出從2006年至2013年間典型月日均預(yù)測(cè)一誤差（單位：百分比）變化曲線，如下圖1所示：

典型月日20062007200820092010201120122013

平均誤差%2.6482.6282.6452.1561.5551.4481.1371.057

圖1 20062013年1月用電量預(yù)測(cè)日均誤差變化曲線

從上圖可見(jiàn)，在2006年～2009年期間，1月份的負(fù)荷預(yù)測(cè)一誤差在平均每日2.6%左右，從2009年起，預(yù)測(cè)誤差明顯減小，隨后數(shù)年，隨著一計(jì)量自動(dòng)化的逐步建設(shè)，預(yù)測(cè)誤差也在逐步減小，穩(wěn)定在日均誤差1.1%左右，可以看到，負(fù)荷預(yù)測(cè)的一誤差在近幾年逐步穩(wěn)定下降并保持在一定范圍內(nèi)。

（二）典型月日負(fù)荷曲線分析

取2011年1月的每日預(yù)測(cè)用電量和實(shí)際用電量分析，并一計(jì)算預(yù)測(cè)一誤差：

表2 2011年1月每日電量表（單位：萬(wàn)千瓦時(shí)）

日期預(yù)測(cè)值實(shí)際值誤差%日期預(yù)測(cè)值實(shí)際值誤差%日期預(yù)測(cè)值實(shí)際值誤差%

136963614822.31137083765-57-1.52133793421-42-1.2

235613471902.61237233863-140-3.62234273447-20-0.6

336343637-3-0.11336563692-36-1.02334433453-11-0.3

436273606210.61436573602551.52434893504-15-0.4

532593511-252-7.21536053583220.62534763491-15-0.4

632023451-249-7.21636253573521.52634663468-2-0.1

736063577290.81734923615-123-3.42734703477-7-0.2

836203642-22-0.61835653618-53-1.52834533460-7-0.2

937053724-19-0.51935083601-93-2.62932973300-7-0.1

1037343745-11-0.32033483384-36-1.13033453352-7-0.2

3133003326-26-0.8

繪制成柱狀圖和折線圖如下：

圖2 2011年1月每日電量（單位：萬(wàn)千瓦時(shí)）及誤差（單位：%）

從圖中可見(jiàn)2011年1月各日的預(yù)測(cè)用電量、實(shí)際用電量變化和預(yù)測(cè)一誤差變化，本月預(yù)測(cè)最大用電量出現(xiàn)在1月10日，為3734萬(wàn)千瓦時(shí)，實(shí)際用電量為3745萬(wàn)千瓦時(shí)；預(yù)測(cè)最小用電量出現(xiàn)在1月6日，為3202萬(wàn)千瓦時(shí)，實(shí)際用電量為3451萬(wàn)千瓦時(shí)。尤其應(yīng)注意的是，折線在幾個(gè)位置出現(xiàn)了突變，分別為1月5，6，12，17日，意味著實(shí)際值和預(yù)測(cè)值有較大差距，提醒管理人員應(yīng)重點(diǎn)對(duì)這幾天的電氣信息監(jiān)視數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

四、結(jié)束語(yǔ)

如今，電能計(jì)量系統(tǒng)自動(dòng)化的應(yīng)用愈加廣泛，更加適應(yīng)了電力企業(yè)發(fā)展的需要。能計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)在社會(huì)需求迫切的形勢(shì)下建設(shè)和應(yīng)用的，其以客戶為中心，具有保證供電企業(yè)有序用電、負(fù)荷控制、市場(chǎng)管理、電費(fèi)結(jié)算、預(yù)購(gòu)電、遠(yuǎn)程抄表等業(yè)務(wù)，能統(tǒng)計(jì)線損四分、統(tǒng)計(jì)供電質(zhì)量、統(tǒng)計(jì)供售電量和客戶節(jié)能評(píng)估等，它的推廣與應(yīng)用不僅減少了資源消耗和環(huán)境污染，而且還提高了企業(yè)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理水平和經(jīng)濟(jì)效益。

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從而可減少約1/3的停電時(shí)戶數(shù)。3.3 提高設(shè)備質(zhì)量 縮短檢修時(shí)間新建變電站的斷路器應(yīng)選質(zhì)量好、可靠性高、少維護(hù)和少檢修的開(kāi)關(guān)設(shè)備，如GIS、SF6、真空開(kāi)關(guān)、全封閉式電器等。10 kV出線開(kāi)關(guān)盡可能采用真空開(kāi)關(guān)，開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)重點(diǎn)變電站可以引進(jìn)設(shè)備為主。對(duì)老式的少油開(kāi)關(guān)，遮斷容量不足的開(kāi)關(guān)，有條件地逐步以真空開(kāi)關(guān)替代。取消磚墻結(jié)構(gòu)，大力推廣開(kāi)關(guān)拒及封閉式電器，提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性。有條件的地方逐步推行帶電檢測(cè)裝置，如氧化鋅避雷器的帶電檢測(cè)裝置、紅外線測(cè)溫儀測(cè)量接點(diǎn)溫度、變壓器的帶電檢測(cè)裝置、開(kāi)關(guān)的帶電檢測(cè)裝置等。配電網(wǎng)方面，應(yīng)逐步采用環(huán)網(wǎng)結(jié)線和環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)，開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)先搞一、二個(gè)試點(diǎn)。首先考慮配電線路自動(dòng)化，當(dāng)發(fā)生故障后能自動(dòng)隔離故障區(qū)段，自動(dòng)恢復(fù)對(duì)非故障區(qū)段的供電，然后考慮自動(dòng)抄錄電表。配電導(dǎo)線在開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)采用電纜，其它市區(qū)部分有條件的也改用電纜并逐步推廣采用絕緣導(dǎo)線，近郊及遠(yuǎn)郊仍可以架空導(dǎo)線為主。同時(shí)要推廣使用故障指示器，縮短故障尋找時(shí)間。要減小配變?nèi)萘浚s小供電半徑，推廣采用40 kVA箱式變，按一只箱式變可供二幢樓左右來(lái)設(shè)計(jì)。配變的高壓跌落式熔絲逐步要換成帶消弧桿的跌落式熔絲，減少配變檢修對(duì)用戶的影響。

4.結(jié)論

4.1 影響配電系統(tǒng)供電可靠性的供電設(shè)施，按設(shè)備分類有變電類和線路兩大類：變電部分有互感器、隔離開(kāi)關(guān)、避雷器、耦合電容器、阻波器、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、其它設(shè)備等；線路類有架空線路、電纜線路、柱上開(kāi)關(guān)等。另外開(kāi)閉所和配電室部分有斷路器、熔斷器、自動(dòng)補(bǔ)償裝置等。

4.2 影響配電系統(tǒng)供電可靠性的技術(shù)原因有設(shè)備過(guò)載（過(guò)負(fù)荷）、損壞、局部過(guò)熱、漏油、熔斷、傾斜、空氣污染、進(jìn)水、燒損、爆炸、腐蝕、磨損、松動(dòng)、變形、斷裂、擊穿、絕緣不良、短路、接地、污閃、誤動(dòng)、拒動(dòng)、斷線、閃絡(luò)、斷股、倒桿（塔）、沉陷等等。

4.3 影響配電系統(tǒng)供電可靠性的責(zé)任原因有：設(shè)計(jì)不周、產(chǎn)品產(chǎn)量不良、安裝不良、檢修不良、運(yùn)行處理不當(dāng)、維護(hù)不當(dāng)、指揮不當(dāng)、設(shè)備失修、超役運(yùn)行、爆破、動(dòng)物事故、用戶影響、自然災(zāi)害、老化、規(guī)程不當(dāng)、計(jì)劃?rùn)z修、臨時(shí)檢修、交通運(yùn)輸、盜竊、破壞、人員過(guò)失、樹(shù)木生長(zhǎng)或傾倒、市政建設(shè)、配網(wǎng)限電、用戶臨時(shí)申請(qǐng)停電等。

4.4 提高配電系統(tǒng)供電可靠性的途徑和措施應(yīng)主要從加強(qiáng)城市網(wǎng)改造，提高設(shè)備質(zhì)量，縮短檢修時(shí)間，改革停電檢修制度，逐步推廣“狀態(tài)檢修”。

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2.3 移動(dòng)基站通信電源系統(tǒng)的可用性設(shè)計(jì)

整流模塊故障將無(wú)法實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)，為保障電源系統(tǒng)的安全運(yùn)行，這種監(jiān)控系統(tǒng)暫時(shí)不應(yīng)取消備用模塊。需要補(bǔ)充適配器、充電器、移動(dòng)電源三者之間的關(guān)系，充電器如何檢測(cè)移動(dòng)電源中是否寫(xiě)有QC2.0快充協(xié)議，移動(dòng)電源做了哪方面的適應(yīng)性改進(jìn)（即與現(xiàn)有的無(wú)法實(shí)現(xiàn)快充技術(shù)的移動(dòng)電源在電路結(jié)構(gòu)上有哪些不同）等。對(duì)移動(dòng)電源進(jìn)行充電，以及移動(dòng)電源對(duì)手機(jī)等電子消費(fèi)品進(jìn)行充電時(shí)，按目前的模式充電速度比較慢，耽誤和占用使用者的大量時(shí)間。

2）將使電源整流模塊的利用率提高，系統(tǒng)的配置更加合理。移動(dòng)電源和其他所有的行業(yè)一樣，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)到最后拼的都是品牌，品牌就代表著企業(yè)自身在行業(yè)里的位置，代表了該品牌產(chǎn)品品質(zhì)在消費(fèi)者心中的關(guān)注度。企業(yè)做好產(chǎn)品，做好品牌，擴(kuò)大自己的影響力。電源模塊的帶電插拔可使電源系統(tǒng)的維修時(shí)間最短、維修難度最低。3）且蓄電池的壽命也不是一勞永逸的，有些蓄電池甚至5～6年后就需要更換，而目前交流電網(wǎng)的質(zhì)量在不斷提高。可進(jìn)一步拓展和完善報(bào)警功能，如增加移動(dòng)電源工作環(huán)境溫度異常（高于或低于工作溫度）報(bào)警等，細(xì)分報(bào)警的性質(zhì)和等級(jí)等。蓄電池的均浮充電壓根據(jù)蓄電池的環(huán)境溫度由監(jiān)控自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整，使蓄電池在各種環(huán)境溫度下都能保持滿容狀態(tài)。

3.結(jié)語(yǔ)

移動(dòng)基站的特殊工作環(huán)境與工況，決定了對(duì)移動(dòng)基站通信電源系統(tǒng)的特殊要求。結(jié)合為移動(dòng)基站提供電源的實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，利用該電源管理系統(tǒng)，可顯著延長(zhǎng)采用移動(dòng)終端的電池使用時(shí)間，從而在不影響高性能應(yīng)用的情況下，大大延長(zhǎng)其待機(jī)時(shí)間。