基于用戶側(cè)需求響應(yīng)的主動(dòng)配電網(wǎng)短期負(fù)荷預(yù)測(cè)

廣東電網(wǎng)公司佛山供電局 于浩祺

本文針對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)下新型負(fù)荷的特性，提出了一種基于用戶側(cè)需求響應(yīng)的主動(dòng)配電網(wǎng)短期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法。從用戶側(cè)需求響應(yīng)出發(fā)，根據(jù)主動(dòng)配電網(wǎng)中新型負(fù)荷的特性，將其按照用戶響應(yīng)類(lèi)型分別提出相應(yīng)負(fù)荷模型及其負(fù)荷預(yù)測(cè)方法。實(shí)例應(yīng)用證明了該方法預(yù)測(cè)效果好、精度高。

隨著分布式電源在配電網(wǎng)大規(guī)模并網(wǎng)，新型負(fù)荷用戶側(cè)陸續(xù)接入，促使現(xiàn)有配電網(wǎng)尋找全新的配電網(wǎng)優(yōu)化解決方案，主動(dòng)配電網(wǎng)(active distribution network，ADN)應(yīng)運(yùn)而生。

被動(dòng)配電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法不再適用于主動(dòng)配電網(wǎng)，需結(jié)合主動(dòng)配電網(wǎng)的新型負(fù)荷等影響因素，研究適用于ADN的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法（Sustainable Energy Reviews,2013,18:64-72）。文獻(xiàn)（鐘清,孫聞,余南華,等.主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃中的負(fù)荷預(yù)測(cè)與發(fā)電預(yù)測(cè)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),201,19:3050-3056）提出了考慮不同類(lèi)型用戶參與比例提出了動(dòng)態(tài)電價(jià)機(jī)制下的負(fù)荷預(yù)測(cè)思路；文獻(xiàn)（Paoletti S,Casini M,Giannitrapani A,et al.Load forecasting for active distribution networks[C].2nd IEEE PES International Conference and Exhibition on Innovative Smart Grid Techno logies,Manchester,UK,2011:1-6）提出將ADN的負(fù)荷按照負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)度程度進(jìn)行分類(lèi)的中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法思路。以上文獻(xiàn)均未對(duì)ADN短期負(fù)荷預(yù)測(cè)提出明確而有效的方法。

針對(duì)以上研究情況，可從用戶側(cè)需求響應(yīng)出發(fā)，根據(jù)主動(dòng)配電網(wǎng)中新型負(fù)荷的特性，將其按照用戶響應(yīng)類(lèi)型分別提出相應(yīng)負(fù)荷模型。

1 主動(dòng)配電網(wǎng)負(fù)荷特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的被動(dòng)配電網(wǎng)相比，主動(dòng)配電網(wǎng)最大的特點(diǎn)在于具備組合控制各種分布式能源（DG）、可控負(fù)荷、儲(chǔ)能、需求側(cè)管理等能力，即ADN中部分負(fù)荷可以根據(jù)系統(tǒng)的某些動(dòng)態(tài)指標(biāo)調(diào)整自己的消費(fèi)模式以響應(yīng)電網(wǎng)的某些調(diào)節(jié)機(jī)制，在一定程度上參與電網(wǎng)調(diào)度發(fā)揮用戶側(cè)的積極作用。

2 主動(dòng)配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)思路

在主動(dòng)配電網(wǎng)中，用戶側(cè)需求響應(yīng)是由激勵(lì)或價(jià)格信號(hào)引起的，因此ADN中負(fù)荷不再僅僅是天氣、節(jié)假日等因素的函數(shù)，還取決于電價(jià)和用戶側(cè)需求響應(yīng)。根據(jù)用戶側(cè)對(duì)電價(jià)的需求響應(yīng)行為而進(jìn)行的ADN負(fù)荷預(yù)測(cè)需要基于用戶與電力公司簽訂的合同類(lèi)型而進(jìn)行。

根據(jù)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外的用戶側(cè)需求響應(yīng)的電力市場(chǎng)的情況，本文將用戶與電力公司簽訂的合同類(lèi)型分為三種類(lèi)型：固定電價(jià)合同、分時(shí)電價(jià)合同和實(shí)時(shí)電價(jià)合同。

（1）固定電價(jià)合同

在傳統(tǒng)的統(tǒng)一電價(jià)的電價(jià)機(jī)制條件下，用戶往往忽略消費(fèi)電能時(shí)間和電價(jià)的因素按照統(tǒng)一的預(yù)先確定的電價(jià)來(lái)支付電費(fèi)。這類(lèi)負(fù)荷屬于非友好負(fù)荷，該類(lèi)電價(jià)合同的用戶需求響應(yīng)度為0。這類(lèi)負(fù)荷屬于需求較固定的非友好負(fù)荷，該類(lèi)電價(jià)合同的用戶需求響應(yīng)度為0。

（2）分時(shí)電價(jià)合同

簽訂TOU合同的用戶將會(huì)基于某日事先確定的峰谷電價(jià)的時(shí)間段來(lái)調(diào)整其消費(fèi)電能的時(shí)間。這些用戶可能會(huì)為了低價(jià)電費(fèi)而將他們?cè)?jì)劃在用電高峰期的電能消費(fèi)行為轉(zhuǎn)到用電低谷期來(lái)進(jìn)行。

（3）實(shí)時(shí)電價(jià)合同

簽訂RTP合同的用戶根據(jù)實(shí)時(shí)變化的電價(jià)來(lái)調(diào)整其用電時(shí)間。假設(shè)實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)邊際價(jià)格（LMP）信號(hào)被RTP用戶接收后將成為他們的消費(fèi)電能行為的直接引導(dǎo)因素。因此，簽訂RTP合同的用戶的用電負(fù)荷表示為關(guān)于實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)邊際價(jià)格LMPh的向下滑動(dòng)曲線。

分時(shí)電價(jià)合同與實(shí)時(shí)電價(jià)合同的用戶負(fù)荷都采用兩部分求和計(jì)算，其中，一部分表示響應(yīng)分時(shí)電價(jià)合同用戶的用電負(fù)荷，另二部分表示不響應(yīng)分時(shí)電價(jià)合同用戶的用電負(fù)荷。

根據(jù)對(duì)應(yīng)類(lèi)型的電價(jià)合同的用電負(fù)荷公式、其所屬負(fù)荷種類(lèi)和各自比例，可加權(quán)求和得到負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果。

對(duì)于夏天典型日的基準(zhǔn)日負(fù)荷，本文采用文獻(xiàn)（姜勇,盧毅.基于相似日的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)短期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),2001,13(6):35-40）中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)短期負(fù)荷預(yù)測(cè)算法進(jìn)行典型日的基準(zhǔn)日負(fù)荷預(yù)測(cè)。

3 實(shí)例

本文利用MATLAB模擬負(fù)荷按需求主動(dòng)響應(yīng)配電網(wǎng)，并將其仿真結(jié)果與傳統(tǒng)配電網(wǎng)的日負(fù)荷數(shù)據(jù)相加得到主動(dòng)配電網(wǎng)的日負(fù)荷數(shù)據(jù)，選用平均相對(duì)誤差MAPE和日負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率FIT作為預(yù)測(cè)精度的評(píng)判指標(biāo)。根據(jù)仿真結(jié)果，采用本文基于用戶側(cè)需求響應(yīng)的ADN短期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的平均相對(duì)誤差MAPE和日負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率FIT結(jié)果均優(yōu)于基于時(shí)間序列法的ADN短期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，且預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度高。

4 結(jié)論

針對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)新型負(fù)荷不能用傳統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)方法研究的情況，本文提出一種考慮用戶側(cè)需求響應(yīng)的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法。該方法充分考慮負(fù)荷的用戶側(cè)需求響應(yīng)特點(diǎn)，根據(jù)用電行為的響應(yīng)情況和比例，得到負(fù)荷的負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果。算例預(yù)測(cè)結(jié)果表明，該方法可對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，且預(yù)測(cè)精度高，對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)有很大的實(shí)用價(jià)值。