基于能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的“電能替代”用戶精細化負荷預(yù)測技術(shù)

姚學(xué)恒 周炳華 徐輝 孫亮 徐森 向蝶銘 楊曉飛

摘? 要：隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和“電能替代”日漸興起，區(qū)域負荷預(yù)測的嚴峻性日益突出。電網(wǎng)端各種全新的影響因素在新背景下持續(xù)顯示出來，由此引發(fā)很多關(guān)于電網(wǎng)規(guī)劃的不明確性因素，以往負荷預(yù)測方法在新環(huán)境下不再適用。文章基于出現(xiàn)在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下全新的影響因素，考慮新背景下電網(wǎng)預(yù)測的有關(guān)影響，結(jié)合電能替代背景下電動汽車的影響因素、風(fēng)能太陽能等新能源的接入以及用戶側(cè)不確定因素的波動性，提出了一種基于傳統(tǒng)負荷預(yù)測的適用于能源互聯(lián)網(wǎng)的負荷預(yù)測模型，該模型使得負荷預(yù)測結(jié)果更加準確，為以后電網(wǎng)預(yù)測工作建立了更加準確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和前提保障。

關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng);電能替代;負荷預(yù)測

中圖分類號：F416.2 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）30-0143-02

Abstract： With the development of energy Internet and the rise of "electric energy substitution"， the seriousness of regional load forecasting is becoming more and more prominent. A variety of brand-new factors at the power grid end continue to show under the new background， which leads to a lot of uncertain factors about power grid planning， and the previous load forecasting methods are no longer applicable in the new environment. In this paper， based on the new influencing factorin the context of energy Internet， considering the relevant influence of power grid forecasting under the new background， based on the influencing factor of electric vehicles in the context of electric energy substitution， the access of new energy such as wind and solar energy， and the volatility of uncertain factors on the user side， we proposed a load forecasting model suitable for energy Internet based on traditional load forecasting. The model makes the load forecasting results more accurate， thus establishing more accurate basic data and premise guarantee for the future power grid forecasting work.

Keywords： energy Internet; electric energy substitution; load forecasting

引言

如今能源的生產(chǎn)和消費模式在不斷變化，基于這個現(xiàn)實背景下，學(xué)者們提出了能源互聯(lián)網(wǎng)這個新型概念，在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下對于電力運行和發(fā)展都將帶來巨大的影響。國家電網(wǎng)公司在適應(yīng)新背景下的電網(wǎng)運行和發(fā)展工作中最為重要的環(huán)節(jié)就是負荷預(yù)測。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的逐步運行，供電側(cè)各種全新的影響要素在新背景下逐步體現(xiàn)出來，由此引發(fā)更多電網(wǎng)預(yù)測的不準確性和波動性。對于以往的負荷預(yù)測模型只是對于某一特定影響因素的規(guī)劃，對于新的背景之下的各類影響因素，傳統(tǒng)的負荷預(yù)測模型無法完成。此外電力企業(yè)正在經(jīng)歷能源互聯(lián)網(wǎng)和“電能替代”的考驗，因此尋求基于新背景下的新型負荷預(yù)測模型尤為重要，本次研究提出的新型負荷預(yù)測模型將對于新環(huán)境下的電網(wǎng)負荷預(yù)測具有重要意義[1-3]。

對于目標區(qū)域進行合理的負荷預(yù)測工作是電網(wǎng)規(guī)劃的最核心工作之一，因此找到適合新能源背景下的全新負荷預(yù)測模型迫在眉睫[4]。模型充分考慮風(fēng)電和光伏發(fā)電等新型能源加入電網(wǎng)和新能源汽車發(fā)展對于負荷預(yù)測的影響，同時考慮用電側(cè)各類新型因素波動對于負荷預(yù)測帶來的不確定因素和影響，對于傳統(tǒng)負荷預(yù)測模型進行改進和完善。

1 傳統(tǒng)的負荷預(yù)測模型

在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的配電網(wǎng)負荷預(yù)測中，對于負荷的影響已經(jīng)逐步從單元化向多元化轉(zhuǎn)變。在電網(wǎng)規(guī)劃的以往負荷預(yù)測模型中，可以利用空間分布分析法，即對不同類型區(qū)域的用電模式和其相應(yīng)的負荷密度進行分析，由此可得目標區(qū)域未來發(fā)展的負荷預(yù)測狀況。

基于上述目標區(qū)域內(nèi)不同的用地情況，對目標區(qū)域中的用地進行分割。預(yù)測在規(guī)定年限內(nèi)各區(qū)域的電能消耗情況，從而可以預(yù)測出目標區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)規(guī)劃的負荷需求量。本研究以目標區(qū)域為例，其負荷的分布情況如圖1所示。

基于上述所提及的目標區(qū)域負荷用地及其負荷密度進行分析，預(yù)測出對于目標區(qū)域內(nèi)不同用地的電力負荷需求狀況，其公式如下：

式中，LFt為t時刻的電網(wǎng)耗電量，δ（t）為同時率，num為目標區(qū)域的不同類型用地數(shù)目，St（i）為t時刻的第i塊用地的面積，Φt（i）為t時刻考慮負荷預(yù)測波動性的第 i塊用地的面積。

2 基于能源互聯(lián)網(wǎng)和“電能替代”背景下的負荷預(yù)測模型

上述負載預(yù)測模型更適用于傳統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)中的負荷預(yù)測，在能源互聯(lián)網(wǎng)新的電網(wǎng)環(huán)境下，需要在上述方法的基礎(chǔ)上對負荷預(yù)測方法進行相應(yīng)的優(yōu)化。在考慮分布式能源接入后，電力負荷預(yù)測的模型轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

式中，Pj（i）表示第j個電源在t時刻產(chǎn)生的有功功率，n表示目標地區(qū)包含的電源個數(shù)，其余變量的解釋和上述公式相同。此外，Pj（i）的數(shù)值還和其他因素有關(guān)系，因此需要進一步的計算：

目前對于風(fēng)力發(fā)電機組的有功功率輸出概率密度函數(shù)為：

其中，k為發(fā)電機的外形參數(shù)，c為發(fā)電機的尺寸參數(shù)，k1和k2為風(fēng)速與輸出功率之間的關(guān)系系數(shù)，Pw為風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出的有功功率。

典型的光伏發(fā)電機組的有功輸出概率密度函數(shù)為：

式中，？琢和？茁均為Beta分布的外形參數(shù)，PS為光伏發(fā)電機組發(fā)出的有功功率，Psmax為光伏發(fā)電機組最大發(fā)出的有功功率。

典型的燃氣發(fā)電機組的有功輸出函數(shù)為：

式中，PG為燃氣發(fā)電機組發(fā)出的有功功率，V為進氣速率，C為燃氣的熱度值，μ為轉(zhuǎn)換效率，燃氣機組一般取值為35%～40%。

3 案例分析

本此研究首先對目標地區(qū)的土地按照用地類型和規(guī)定的范圍進行規(guī)劃區(qū)分，得出各種類型的用地面積，應(yīng)用以往的預(yù)測模型，在不考慮能源互聯(lián)網(wǎng)中各種影響條件的背景之下，進行目標區(qū)域傳統(tǒng)負荷預(yù)測工作。其負荷預(yù)測的結(jié)果沒有結(jié)合能源互聯(lián)背景之下的風(fēng)電和光伏發(fā)電的影響，以及電能替代背景下新能源汽車充電和用電端中出現(xiàn)的波動因素。結(jié)合本次研究的新型負荷預(yù)測模型，針對新背景下出現(xiàn)的影響因素，對于目標區(qū)域內(nèi)的負荷進行修正，修正結(jié)果如表1。

目標區(qū)域的分布式風(fēng)電機組的切入速度為5m/s、額度風(fēng)速13m/s、額度功率為40MW、地區(qū)平均風(fēng)速為8m/s。此外分布式燃氣機組各參數(shù)為：進料速度0.99m3/s、燃料熱值40000kJ/m、轉(zhuǎn)化效率為35%。針對上述的目標區(qū)域分布式電源發(fā)電基本情況，應(yīng)用新型的負荷預(yù)測模型可以得到分布式電源對于負荷預(yù)測的影響。

除此之外，本研究還結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)背景下需求側(cè)出現(xiàn)的不確定因素進行分析，進而分析出各個風(fēng)險源的具體指標，并且計算出不同指標的動態(tài)波動率，最后通過專家的綜合評估給出不同類型風(fēng)險因素的權(quán)重，其數(shù)據(jù)如表2所示。

綜上所述，本次研究結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)背景下各類新生的要素對預(yù)測可能產(chǎn)生的影響，得到了最終規(guī)劃地區(qū)各情景的負載預(yù)測結(jié)果。相比于傳統(tǒng)負載預(yù)測結(jié)果更加精準。

4 結(jié)論

本文針對在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下產(chǎn)生的大量不確定因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合風(fēng)電和光伏發(fā)電的引入對電力系統(tǒng)可能出現(xiàn)的雙向流動的特點，綜合考慮了在新背景之下電能替代中新型汽車的加入和需求端的模式多樣化引發(fā)的風(fēng)險因素，基于傳統(tǒng)的負荷預(yù)測結(jié)果，得到了一種新型的基于能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的負荷預(yù)測模型。并且對于目標區(qū)域進行了電力需求負荷預(yù)測，從上述結(jié)果可以看出，新型負荷預(yù)測模型的結(jié)果更加滿足準確性和合理性。此外本次研究提出的基于能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的負荷預(yù)測模型能夠為未來的電網(wǎng)建設(shè)方面的研究提供基礎(chǔ)負荷預(yù)的數(shù)據(jù)參考和規(guī)劃的前提保障。

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