臺(tái)區(qū)負(fù)荷平穩(wěn)性分析技術(shù)研究

楊金喜 高 潔

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司揚(yáng)州供電分公司，江蘇揚(yáng)州225000）

0 引言

臺(tái)區(qū)是指電力供應(yīng)系統(tǒng)中一臺(tái)或者幾臺(tái)變壓器的供電半徑或范圍，屬于管理電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)概念。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，一個(gè)地區(qū)的負(fù)荷往往表現(xiàn)出季節(jié)性效應(yīng)。夏季和冬季的負(fù)荷明顯高于春季和秋季。從經(jīng)濟(jì)性和可靠性分析來看，由于實(shí)際應(yīng)用中一個(gè)地區(qū)的全部負(fù)荷往往無法由一個(gè)變壓器負(fù)擔(dān)，因此，低壓臺(tái)區(qū)可以被稱為幾個(gè)10 kV/0.4 kV變壓器的供電半徑或工作范圍。通過劃分低壓臺(tái)區(qū)可以最終實(shí)現(xiàn)電力市場營銷的精細(xì)化管理[1-4]。

從用戶主體的角度來看，電力用戶可以分為住宅用戶、工業(yè)用戶、企業(yè)用戶和公用事業(yè)用戶。不同類型的用戶具有不同的功耗特性，導(dǎo)致臺(tái)區(qū)的負(fù)荷特性各不相同。由于臺(tái)區(qū)負(fù)荷數(shù)據(jù)往往包含不止一個(gè)變壓器，劃分較為靈活，具有數(shù)據(jù)量小、平穩(wěn)性差、數(shù)據(jù)隨機(jī)波動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，基于傳統(tǒng)的平穩(wěn)性分析理論對(duì)負(fù)荷日曲線做平穩(wěn)性分析，并不能得到很好的效果，即大概率會(huì)判定為非平穩(wěn)序列，因?yàn)榘滋炫c夜晚的負(fù)荷數(shù)據(jù)往往相差較大。

因此，本文從另外一個(gè)維度，即對(duì)不同日期的同一時(shí)刻的采樣點(diǎn)形成的序列進(jìn)行平穩(wěn)性檢驗(yàn)，對(duì)采樣點(diǎn)的平穩(wěn)性進(jìn)行分析，探討負(fù)荷數(shù)據(jù)序列在時(shí)間上以及負(fù)載率角度的平穩(wěn)性，從而為后續(xù)的研究提供理論依據(jù)[5-6]。

1 信號(hào)平穩(wěn)性分析技術(shù)

由于平穩(wěn)信號(hào)與非平穩(wěn)信號(hào)兩者性質(zhì)上存在較大差異，因此對(duì)于待處理的信號(hào)序列，首先應(yīng)判斷其平穩(wěn)性。信號(hào)平穩(wěn)性定義如下：對(duì)于一個(gè)弱平穩(wěn)過程{xl（t）}（-∞＜t＜∞），序列的平均值μx（t）是與時(shí)間無關(guān)的；序列的自相關(guān)函數(shù)（ACF）r（t1，t2）只與時(shí)延τ=t1-t2有關(guān)，和時(shí)間無關(guān)。即：

其中，＜>符號(hào)表示求平均值。

雖然信號(hào)平穩(wěn)性的定義已十分明確，但是實(shí)際卻缺少公認(rèn)而統(tǒng)一的判斷方法。

在已有的多種判斷方法中，本文選取的方法基于如下理論：在頻域方面，信號(hào)頻譜隨時(shí)間的波動(dòng)幅度，可以反映出該信號(hào)的平穩(wěn)性。

平穩(wěn)信號(hào)的頻譜不隨時(shí)間的變化而變化，而非平穩(wěn)性信號(hào)的頻譜則是時(shí)變的?？梢哉J(rèn)為，不同時(shí)間點(diǎn)信號(hào)頻譜變化幅度越小，則該信號(hào)平穩(wěn)性越強(qiáng)。因此，需要選擇衡量信號(hào)頻譜隨時(shí)間變化幅度的指標(biāo)[7-8]。

定義一個(gè)序列在時(shí)間點(diǎn)t1，t2，…，tn的頻譜與平均頻譜距離為：

該定義參照了Theiler的檢驗(yàn)方法，式中的Sx，K（tn，*）表示序列x（t）在tn時(shí)刻的頻譜，＜ >符號(hào)代表取平均值。

此處采用Priestly提出的距離定義[9]：

式中，～符號(hào)代表待處理函數(shù)對(duì)應(yīng)進(jìn)行歸一化處理之后得到的函數(shù)，此處使用f~（x）=f（x）/max f（x）作為歸一化函數(shù)。

2 臺(tái)區(qū)負(fù)荷平穩(wěn)性分析流程

根據(jù)信號(hào)平穩(wěn)性分析算法，以2016年5月1日至31日江蘇揚(yáng)州市某臺(tái)區(qū)日負(fù)荷數(shù)據(jù)為例，設(shè)計(jì)了圖1所示的臺(tái)區(qū)負(fù)荷平穩(wěn)性分析指標(biāo)θ的計(jì)算流程，其中負(fù)荷數(shù)據(jù)每15 min采樣一次，每日共96個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。

首先將負(fù)荷曲線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)，進(jìn)而對(duì)頻率求均值，并計(jì)算定義距離及其方差，利用式（5）計(jì)算得到波動(dòng)幅度指標(biāo)Θ。

3 仿真分析

隨機(jī)選取揚(yáng)州地區(qū)6000000323607號(hào)臺(tái)區(qū)，按指標(biāo)對(duì)96個(gè)時(shí)刻點(diǎn)從5月1日至31日作出平穩(wěn)性評(píng)估，所得結(jié)果如圖2所示。

由圖2可見，大部分采樣點(diǎn)的平穩(wěn)性指標(biāo)較好，屬于正?？深A(yù)測范圍內(nèi)，與大部分點(diǎn)相比，有少數(shù)采樣點(diǎn)的平穩(wěn)性指標(biāo)出現(xiàn)極大幅度的提升，即平穩(wěn)性特別差，極端情況出現(xiàn)在14：45，其指標(biāo)與大部分預(yù)測點(diǎn)相比超出了3個(gè)數(shù)量級(jí)。負(fù)荷序列的不平穩(wěn)性往往是由一段時(shí)間的少數(shù)異常值引起的（往往同時(shí)也是最大值），這由一些隨機(jī)因素所產(chǎn)生，考慮到一些突發(fā)事件，比如電力系統(tǒng)突發(fā)故障、重大政治活動(dòng)以及熱門電視節(jié)目等都是影響臺(tái)區(qū)負(fù)荷的重要隨機(jī)因素，這也為負(fù)荷預(yù)測提供了負(fù)荷特性的分析依據(jù)。

圖1 臺(tái)區(qū)負(fù)荷平穩(wěn)性分析流程

圖2 6000000323607號(hào)臺(tái)區(qū)平穩(wěn)性指標(biāo)

4 結(jié)論

本文對(duì)臺(tái)區(qū)負(fù)荷進(jìn)行分析，介紹了時(shí)序信號(hào)平穩(wěn)性分析的方法，并做出了將該方法應(yīng)用至臺(tái)區(qū)短期負(fù)荷預(yù)測上的嘗試。通過對(duì)2016年5月?lián)P州市6000000323607號(hào)臺(tái)區(qū)日負(fù)荷數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)以及最大值的平穩(wěn)性分析，得出了平穩(wěn)性指標(biāo)，并進(jìn)行排序，作出了相關(guān)分析。通過對(duì)50個(gè)臺(tái)區(qū)的平穩(wěn)性分析，發(fā)現(xiàn)在以下時(shí)段負(fù)荷平穩(wěn)性較差：05：00—07：30、10：30—12：00、12：30—15：00。