电力系统负荷预测方法的探讨

沿 海 企 业 与 科 技 COASTAL ENTERPRISES AND SCIENCE & TECHNOLOGY 2010年第 02期 (总第 117期) NO.02,2010 (Cumulatively NO.117) 电力系统负荷预测方法的探讨 郑焰填 ［摘 要］ 负荷预测是指在充分考虑一些重要的系统运行特点、增容决策、自然条件和社会影响的条件下，研究出一 套可以用系统处理过去与未来负荷的数学方法，在满足一定精度要求的前提下，确定某特定时刻的负荷值。文章介绍几种 较为适用的预测方法。 ［关键词］ 电力系统；负荷预测；方法 ［作者简介］ 郑焰填，清远市清新县新能电力工程有限公司，广东 清新，511800 ［中图分类号］TM76 ［文献标识码］A ［文章编号］1007- 7723（2010）02- 0132- 0002 一、负荷预测的特点 （一）资料的收集整理 负荷预测是依据当地国民经济和电网有关的 历史数据，以及今后国民经济发展规划和城乡总 体规划等资料来进行。电网有关负荷预测的资料 往往由于管理的原因收集不够完整，一些数据也 不够确切，需要认真进行整理分析。在收集资料 时，为了获得规划区域的全社会用电量，需注意收 集地方电源发电量和供本区域电量(含企业自备电 源)、大电网直供电量，避免出现遗漏或重复情况。 （二）负荷发展的分析 对于供电负荷增长变化较大的县级电网必须 认真分析研究其原因，有条件时可将一些大用户、 主要供电区域及其他负荷的用电情况分别计列， 以便单独进行分析研究。 （三）规划的协调 在目前形势下，按照国民经济发展规划，其国 内生产总值 (GDP)的增长率普遍较高，一般都在 10%左右，产业结构中第二、三产业增长较快，工业 和城镇建设项目较多。在此情况下，为了促进县市 经济的发展，需做好电网规划与其经济发展规划 及城乡总体规划的协调工作。市、县电网规划是省 级电网规划的基础，但又必须在省级电网规划总 的原则和框架指导下进行。因此，必须做好与省级 电网规划的协调工作。 二、负荷预测的方法 （一）单耗法 根据 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 产品数量和用电单耗来推算年用电 量，比较适用于有单耗指标的工业和部分农业负 荷，是预测有单耗指标的工业和部分农业用电量 的一种直接有效的方法。 预测时，可依据规划城市的经济社会发展状况 规划目标，利用规划期各年份的工业农业产值指 标和主要工业产量规划指标，通过对过去国民经 济各部门在各种产品生产过程中的单位产品耗电 量、亿元产值耗电量经过统计，并根据产业结构调 整，找出一定的规律，得出各种产品和产值的综合 单耗。然后按国民经济各部门编制的发展规划的 产品产量指标及经济指标，按单耗进行预测。单耗 法的优点是：方法简单，对短期负荷预测效果较 好。缺点是：需做大量细致的调研工作，也不够准 确。 负荷性质主要有高耗能、扬水负荷、电气化铁 路负荷、建材负荷、造纸及日常的工农业用电负荷 组成。而采用单耗法的行业一般有高耗能、建材及 造纸业，这种方法推算出的年用电量基本与该行 业的实际负荷相吻合。 （二）弹性系数法 电力弹性系数是地区总用量平均年增长率与 工农业总产值平均增长率的比值，是反映电力发 展与国民经济发展之间关系的一个宏观指标。 k =Vw/V Wh=(1+kv) nWo 式中：Wo、Wh———计算期初、期末用电量； K———电力弹性系数； V———国内生产总值平均增长速度； Vw———用电量平均增长速度； n———规划年限。 一般来说，电力工业适度超前发展，就是电力 弹性系数应大于 1，但是由于电力弹性系数是根 据地区负荷结构、性质，并对历史资料及各类用电 比重发展趋势加以分析后慎重确定的。因此，弹性 132 系数法一般用于校核中期或远期的宏观负荷预 测。 （三）趋势外推法 当电力负荷依时间变化呈现某种上升或下降 的趋势，并且无明显的季节波动，又能找到一条合 适的函数曲线反映这种变化趋势时，就可以用时 间 t为自变量，时序数值 y为因变量，建立趋势模 型 y=f(t)。当有理由相信这种趋势能够延伸到未来 时，赋予变量 t所需要的值，可以得到相应时刻的 时间序列未来值。这就是趋势外推法。 外推法有线性趋势预测法、对数趋势预测法、 二次曲线趋势预测法、指数曲线趋势预测法、生长 曲线趋势预测法。趋势外推法的优点是：只需要历 史数据，所需的数据量较少。缺点是：如果负荷出 现变动，会引起较大的误差。 （四）负荷密度法 负荷密度是每 km2的平均负荷数值。一般并不 直接预测整个城市的负荷密度，而是按城市区域 或功能分区。首先计算现状和历史的分区负荷密 度，然后根据地区发展规划对各分区负荷发展的 特点，推算出各分区各目标年的负荷密度预测值； 至于分区中的少数集中用电的大用户，在预测时 可另作点负荷单独计算。在使用负荷密度法时，要 考虑到预测地区的经济社会和电力负荷常有随同 某种因素而不连续（跳跃式）发展的特点。因此，负 荷密度法是一种比较直观的方法，使用时必须谨 慎。 （五）神经网络法 神经网络是由大量的简单神经元组成的非线 性系统，每个神经元的结构和功能都比较简单，而 大量神经元组合产生的系统行为却非常复杂；它 具有较强的学习能力、计算能力、变结构适应能 力、复杂映射能力、记忆能力、容错能力及各种智 能处理能力。目前，研究和应用最多的是以下四种 基本模型和它们的改进模型，即 Hopfield神经网 络、多层感知器、自组织神经网络和概率神经网 络。 在电力系统负荷预报中，应用最多的是带有 隐层的前馈型神经网络，它通常由输入层、输出层 和若干隐层组成。对多层感知器，误差反传训练算 法（BP算法）是目前最简单、最实用的一种，实质是 一梯度算法。其将各种有关的数据作为输入，通过 历史样本的训练收敛后便可以进行预测了。 优点是：（1）可以模仿人脑的智能化处理；（2） 对大量非结构性、非精确性规律具有自适应功能； （3）具有信息记忆、自主学习、知识推理和优化计 算的特点。缺点是：（1）初始值的确定无法利用已 有的系统信息，易陷于局部极小的状态；（2）神经 网络的学习过程通常较慢，对突发事件的适应性 差。 （六）时间序列法 就是根据负荷的历史资料，设法建立一个数学 模型，用这个数学模型一方面来描述电力负荷这 个随机变量变化过程的统计规律性；另一方面在 该数学模型的基础上再确立负荷预测的数学表达 式，对未来的负荷进行预测。时间序列法主要有自 回归 AR(p)、滑动平均 MA(q)和自回归与滑动平均 ARM(p，q)等。这些方法的优点是：所需历史数据 少、工作量少。缺点是：没有考虑负荷变化的因素， 只致力于数据的拟合，对规律性的处理不足，只适 用于负荷变化比较均匀的短期预测的情况。 扬水负荷预测适用于此类方法，扬水一般受季 节变化影响比较明显，而且负荷比较平稳。 （七）回归分析法 回归预测是根据负荷过去的历史资料，建立可 以进行数学分析的数学模型。用数理统计中的回 归分析方法对变量的观测数据统计分析，从而实 现对未来的负荷进行预测。回归模型有一元线性 回归、多元线性回归、非线性回归等回归预测模 型。 其中，线性回归用于中期负荷预测。优点是： 预测精度较高，适用于在中、短期预测使用。缺点 是：（1）规划水平年的工农业总产值很难详细统 计；（2）用回归分析法只能测算出综合用电负荷的 发展水平，无法测算出各供电区的负荷发展水平， 也就无法进行具体的电网建设规划。 （八）人均电量法 主要根据地区人口和每个人口平均年用电量 来推算年用电量，城市生活用电可按每户或每人 的平均用电量来推算，工业和非工业等分类用户 的用电量可按每单位设备装接容量的平均用电量 来推算。对于现在和历史的综合用电水平可通过 资料分析和典型调查取得；对于将来各目标年的 人口、户数、设备装接容量的预测值，可通过城市 规划部门和用户的资料信息或用外推法。同时，各 目标年的综合用电水平还可参照国内外同类型城 市的数据或用外推测算。目前，我们对中小用户的 负荷多采用此类方法。 三、问题的解决和影响因素 （一）问题的解决 1．在进行数据处理分析和（下转第 131 页） 133 试的需要。对于在 d3、d4点发生短路时，这一连锁 将非常迅速地切断低压反送短路电流。连锁接线 图如图 2所示。 2.低压母联断路器应带有失压脱扣，并设置 变压器严重过负荷保护，动作于低压母联断路器 跳闸。当中压侧发生短路时，系统内的所有负荷包 括短路侧的变压器(此时其也成为负荷)及反送短 路电流均由完好侧变压器来带，这将使该变压器 严重过负荷，并使母线电压急剧下；又因为低压断 路器的保护特性均为反时限型，只要母联断路器 的脱扣电流整定为低压总断路器的 70%以下，便 可确保母联断路器先于低压总断路器跳闸。以上 措施能使两段低压母线迅速分列，以保证系统的 安全及完好母线段的正常运行。注意，两个低压总 断路器不能带有失压脱扣，且其速断整定应躲过 上述的反送短路电流，否则将会使完好侧的低压 总断路器也同时跳闸，扩大了事故停电面，而使系 统的供电可靠性下降。 3.在中压进线侧设置电流方向保护，动作于高 压总进线断路器或低压母联断路器的跳闸，也可 同时动作于以上两断路器的跳闸，以确保 d5点发 生短路时，迅速地切断低压反送短路电流。由于保 护可能出现误动作，造成不必要的停电，笔者认为 宜仅动作于低压母联断路器的跳闸为好。如果确 是发生短路( d5点)，母联断路器的跳闸已切断低 压反送短路电；如为误动作，则仅是变压器分列运 行，不会造成停电，且短期内的负荷不平衡也不会 对供电系统造成危害。 除了采取以上各种措施(包括应对低压侧短路 的具体措施)，还应在低压母联断路器跳闸后，尽快 切除故障点，以使低压母联断路器能尽早重新合 闸，恢复对故障侧低压母线段的供电。 三、结 语 以上各种措施都是简便易行的，不会给系统的 保护增加多少复杂程度。与其节能效果相比，这些 措施的投入是微乎其微的。故应在 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中充分考 虑变压器的并列运行。对于一个完善的供配电系 统，在确保供电安全性的同时，还应十分重视并切 实做到供电可靠性、环保性和经济性。 图 2 连锁接线图 （上接第 133页）建立预测模型的过程中，要充分 考虑外界因素（经济、政策）的变化，以及相关因素 的不确定性对中长期负荷预测结果的影响。 2. 注意模型参数随环境和相关因数的改变而 出现的趋势适应问题，并在模型使用过程中，对预 测专家的经验和意见加以有效的利用。 3. 对于影响中长期负荷变化的多方面因数的 综合作用，要运用不同方法的组合来开展研究工 作。 （二）影响因素 主要有：（1）气候变化和自然灾害的影响；（2） 国家政策、工农业等宏观产业结构调整的影响； （3）能源市场经济变化带来的影响。同时，由于上 述负荷预测的方法自身存在着某些不确定性；因 此，必须将负荷预测结果进行相互验证和补充。一 般而言，近期规划可用外推法、单耗法预测，用弹 性系数法；远期规划用外推法预测，用弹性系数法 校核。这样才能做到合理、准确、科学地预测负荷。 四、结 语 负荷预测是电力系统调度、实时控制、运行计 划和发展规划的前提，是一个电网调度部门和规 划部门所必须具有的基本信息。提高负荷预测技 术水平，有利于计划用电管理，有利于合理安排电 网运行方式和机组检修计划，有利于节煤、节油和 降低发电成本，有利于制定合理的电源建设规划， 有利于提高电力系统的经济效益和社会效益。因 此，负荷预测已成为实现电力系统管理现代化的 重要内容。 131