集中式省地一體化母線負荷預測系統

廖 峰，周 勇，賀 輝，徐聰穎，胡錦泓，蔡劍彪，姚建剛

（1.湖南大學 電氣與信息工程學院，長沙 410082；2.湖南省電力公司，長沙 410007；3.湖南湖大華龍電氣與信息技術有限公司，長沙 410082）

隨著經濟的發展,電網規模不斷擴大，建立以數字化、自動化、互動化［1］為特征的智能電網，實現電網運行的可靠、安全、經濟、高效，成為今后電網的發展方向。母線負荷預測的結果是實現調度精細化管理的基礎，是開展安全校核和阻塞管理、電力電量平衡、檢修計劃編制等工作的前提。開展母線負荷預測能夠實現電網安全校核方式的轉變，提高日前安全校核和阻塞管理的精確性，提升電網在線安全穩定分析水平。

然而，各級變電站的母線數量繁多，且負荷特性差異較大，預測人員的工作量大，難以保證預測精度。基于母線的實際情況，開發了母線負荷預測系統，調動了各級負荷預測人員的積極性，在提高工作效率的同時提高了預測準確率。

1 影響預測精度的相關因素

母線負荷預測的準確度直接影響著節能發電調度與電網安全校核，對于提高電力系統的運行效率有著十分重要的意義。因此，要在充分考慮其影響因素的情況下，才能準確地把握其規律，構建出完善的預測模型，提高母線負荷預測的預測精度。

1.1 數據源

數據源中的不良數據是影響母線負荷預測精度的重要因素，它們不能準確地反映負荷變化的一般規律。不良數據的產生，有些是由于測量裝置異常，或是數據傳輸出現錯誤所致，有些是天氣突變、線路檢修、小電源出力變化等因素造成的。歷史數據是母線負荷預測的基礎，也是檢驗母線負荷預測是否準確的標志。母線的數目眾多，數據量大，存在著大量的不良數據，這些不良數據的識別和修正是保證預測結果可信的必要前提。

1.2 預測對象

母線負荷是電網的下網負荷，與系統負荷不同，易受小電源發電、負荷轉供及計劃檢修的影響，負荷規律并不明顯。對于此類母線負荷，若采用系統負荷預測的常規預測方式來預測，將難以排除小電源發電與負荷轉供的影響。

與下網負荷相比，區域內的用電負荷會隨著該地區的經濟發展而增長，隨著工作日與周末的交替而呈現周期性的變化，隨著氣象的變化而有規律的增減，因此，用電負荷才是最佳的預測對象。根據這一思想，系統將母線負荷預測轉變為對該母線供電區域用電負荷進行預測，以消除小電源發電、負荷轉供等因素的影響，提高其預測準確度。

1.3 氣象因素與每日類型的影響

氣象因素與每日類型是影響系統負荷變化的重要因素，由于母線負荷基數小，其對母線負荷的影響必定不亞于對系統負荷的影響。

母線負荷可粗略地分為綜合性負荷與專線負荷：對于綜合性負荷來說，其負荷變化主要是氣象條件的改變和每日類型的周期變化共同作用的結果；專線負荷大多是供給工業生產或電氣化鐵路，一般其負荷的變化主要受國民經濟增長和日常生產計劃的影響，相對于氣象因素，每日類型對其負荷變化的影響要大得多。因此，系統在設計時要充分考慮不同因素對不同負荷類型的影響，根據不同負荷的變化規律，采用最理想的預測方法，有針對性的進行預測，確保預測方法的實用性與準確性。

2 母線負荷預測系統的設計

2.1 系統設計原則

母線負荷預測系統的設計以電力需求預測理論與電力網絡拓撲結構為核心，將計算機網絡技術、通信技術、信息安全技術與智能技術緊密結合，實現母線負荷預測工作的標準化、自動化、流程化和智能化。

系統在設計時，應具有以下特點：

（1）穩定性，系統的設計首先要確保的是系統能夠可靠、連續地運行；

（2）實用性，系統的每一個設計環節都充分地與用戶的使用結合在一起，遵循“不夸大不縮小”的宗旨；

（3）擴展性，應采用開放式的編程方式及接口方式，根據用戶需求的改變可以很輕松地實現系統功能的擴展；

（4）安全性，系統從數據庫設計到程序編寫都需要充分地考慮安全性問題（包括系統安全及網絡安全），在系統的開發中采用嚴格的3層用戶角色（即系統管理員、系統操作人員、訪客）定義，根據用戶角色定義進行各功能模塊嚴密的權限控制；

（5）易用性，系統用戶交互部分應保證操作簡單易學，界面簡潔明了、美觀大方；

（6）準確性，母線負荷預測系統是為實現發電計劃的安全校核與調度精細化管理而設計的，其預測的準確與否直接影響著安全校核與節能調度的效果，因此，系統必須保證一定預測精度。

2.2 網絡結構與數據庫設計

系統采用最先進且成熟的多層體系Browser/Server（B/S）結構與Microsoft Visual Studio.NET平臺進行系統開發，從技術上保證系統靈活的擴展能力、良好的可再升級性能和快速移植能力。各地調用戶可使用網絡中任意一臺計算機以網頁的形式訪問省端服務器，通過不同的用戶權限來實現母線負荷預測系統的各類預設功能，操作簡單、安全可靠、方便快捷。

系統的數據庫采用Microsoft SQL Server 2000數據庫平臺，外部數據庫訪問采用虛擬地址代理，以保證數據庫系統的安全。數據設計和建立都采用特定標準的技術規范，對于數據庫方案（或用戶）的命名、表的命名、表字段的命名都嚴格地按照技術規范進行，這樣既形成了數據庫整體的統一性又大大地增強了程序的可讀性，同時擁有與EMS、SCADA等系統的多個數據接口，為母線負荷數據的采集與實時更新提供技術支持。

2.3 系統結構

系統以省端為管理中心，分為地區級用戶和省級用戶，不同級別的用戶權限不同，對系統的使用功能不同。系統的功能結構如圖1所示。

圖1 母線負荷預測系統功能結構

母線負荷預測系統為省地一體的互動式系統，地調和省端共用一個基礎數據管理平臺，通過不同的用戶執行不同的功能。地調將預測數據上報給省端，省端修正后下達給地調，再對地調的母線負荷預測結果進行考核，同時為系統的安全校核與動態狀態估計提供數據支持。

2.3.1 客戶端模塊及功能

母線負荷預測系統的前臺，即客戶端，按照功能可分為如圖2所示的模塊。

圖2 母線負荷預測系統模塊（客戶端）

（1）母線數據查詢：用戶可查詢各類負荷數據，包括母線的有功和無功、歷史數據和預測數據、地區和分區數據、計劃因素和母線當前狀態，通過對各類數據的分析和了解，掌握本地區母線的負荷數據情況，進而為提高母線預測準確率服務。

（2）母線負荷分析：①分析電力負荷與影響要素之間的關系，例如對電力負荷與氣象要素之間進行相關分析，可有效地把握氣象敏感負荷的變化規律；②探索電力負荷自身規律性的變化，從時間順序上表現出時間序列特性，例如日、周、月、年的負荷特性。

（3）負荷統計分析：統計與母線負荷預測相關的多項指標，包括不良數據統計、典型日統計、警示數據統計和概率分布統計，通過統計分析上述指標，讓預測人員全方位地了解各類數據，掌握母線負荷規律，提高預測精度。

（4）母線負荷預測：整個系統的核心和難點，可分為有功預測、無功預測、擴展短期負荷預測，同時擁有預測設置和計劃因素設置功能，可根據專家經驗人工設置預測模型，填報計劃因素，增強了系統的實用性與可變性。

（5）上報與考核：開展母線負荷預測的考核工作，對于調動預測人員的工作積極性、進一步加強母線負荷預測工作、提高預測準確率有著重要的作用。系統為增加地調與省調的互動，設置了上報模塊與考核模塊。通過計算各地區預測的準確率與合格率對各個地調進行考核，考核結果直接影響該地區電量的獎懲。

（6）系統管理中心：系統各類基礎信息的處理中心。其功能有：①字典管理，對母線相關數據的維護和管理；②日志管理，對用戶的使用情況進行統計；③用戶管理，對用戶字典的維護和管理，具體包括對用戶名的更改、密碼的設置、角色和對用戶字典和用戶角色等方面的設置；④系統狀態，實時查看系統的動態運行狀況；⑤手工導數據，用戶手動完成系統工作流程中的必需操作。

2.3.2 后臺模塊及功能

母線負荷預測系統的后臺為全天候自動運行，是整個系統運行的核心，功能模塊如圖3所示。

圖3 母線負荷預測系統后臺功能模塊

（1）數據采集：采集各部分的歷史數據與實時數據，為預測做準備。

（2）不良數據處理：不同于客戶端的手動導數據，此處為自動處理過程，分別對歷史數據與實時數據進行處理。

（3）自動預測：對變電站的高、中、低壓側和發電廠廠用電進行初次預測，由于母線數目眾多，后臺的自動預測能大大縮短用戶的預測時間，用戶只需在此基礎上進行簡單的修改，方便快捷，使預測工作效率大大提高。

（4）預測數據傳輸：系統對已生成的數據進行預處理，確保因特殊原因預測人員無法正常工作時系統的正常運行。

（5）生成E文本：此模塊是開展母線負荷預測工作的最終目的，按照國家電網公司的E語言要求，生成E文本，為發電計劃的安全校核與調度的精細化管理提供數據支持。

3 系統的應用及創新

3.1 系統的應用

該系統已應用于湖南省，方便了湖南省母線負荷預測工作的管理，加強了調度精細化管理水平，為湖南電網的安全校核和狀態評估提供了強有力的數據支持。

表1中列出了湖南省14個地區2010年某2周的母線負荷預測準確率與合格率。通過對2周負荷預測情況的統計，可以看出系統的短期負荷預測準確率較高，地區合格率符合國家電網公司要求的80%以上。地區14的合格率較低，主要是因為該地區小水電較多，實際的發電情況較難把握，因此需相應地加以人工干預，在系統自動預測結果上根據專家經驗進行修改。

表1 地區母線負荷考核

3.2 系統的特點與創新

3.2.1 與現有的省地一體化負荷預測系統相互關聯

省地一體化負荷預測系統能為母線負荷預測系統提供發電計劃、系統負荷等綜合性的數據。母線負荷預測系統預測的是220 kV變電站的母線數據，而省地一體化負荷預測系統所得到的是一個總和，二者之間可以相互校核，為電力系統的狀態估計和安全校核提供參考數據。

3.2.2 變電站中的高、中、低壓側負荷數據相互關聯

母線負荷預測系統除了預測高壓側負荷數據外，也同時進行了變電站的中、低壓側的負荷預測，三者相互關聯，通過分析歷史數據，建立函數關系。這樣地調負荷預測人員在進行高壓側的負荷預測修正時，系統自動預測生成的中、低壓側預測數據也能同時得到修正，既提高了中、低壓側的預測準確率，也大大節省了預測時間。

3.2.3 發電側與用電側互相校核

系統建立起了發電側與用電側的相互關聯，將省地一體化負荷預測系統中的各時刻的發電計劃與母線負荷預測系統生成的各時刻的用電側負荷總和（包括220 kV中、低壓側負荷和發電廠用電負荷）相互校核，為電力系統斷面潮流的計算和安全校核提供可靠的數據。對于提高電網安全、電力系統的無功優化和電力系統節能調度有很大的幫助。

3.2.4 良好的跨平臺性能

基于網絡數據庫，采用最先進的3層體系B/S結構和動態服務器頁面（active server page，ASP）技術建立網絡化的考核管理技術支持系統。實現數據的集中化存儲和信息共享，提高數據的利用率和系統的執行效率；實現數據與應用分離，保證了系統的兼容性，并使系統功能易于拓展；實現信息標準化、自動化、科學化和敏捷性。

3.2.5 流程可視化

流程的可視化是采用直觀的、人機交互性好的可視化形式來定義、監視業務流程，降低了用戶操作的復雜度，也在一定程度上保證流程定義的正確性、可靠性、直觀性，在效率方面得到很大的提高，基本工作流程如圖4所示。

3.2.6 人性化的功能設置

系統設置了預測流程的一鍵完成功能，用戶可通過此功能方便地完成一系列的任務，既簡化了繁瑣的預測、上報、下達、考核步驟，又縮短了各步驟的完成時間。此外，系統還擁有對上報母線的勾選功能，能根據國家電網公司對上報文件的要求隨時改變上報內容，而用戶只需在頁面中勾選即可。

3.2.7 實現多樣化數據展現形式

系統采用圖表（曲線圖、餅圖、列表等）對統計數據進行展示，根據不同的數據類型選擇不同的展示方法，同時可選擇單日或多日、單組數據或多組數據，使用戶能更為直觀地了解統計數據，也方便了對統計結果進行查詢。

圖4 母線負荷預測工作流程

4 結束語

該系統以支持發電計劃安全校核與調度精細化管理為目的，充分考慮了影響母線負荷預測的主要因素，根據母線負荷的實際特點，有針對性地采取預測方案，有效地保證了母線負荷預測的精度。可視化的界面設計和人性化功能設置既簡化了繁瑣的預測、上報、下達、考核步驟，又縮短了各步驟的完成時間，采用曲線圖、餅圖、列表等多樣化形式對統計數據進行展示，給預測人員的預測與管理工作帶來極大的方便。

［1］何學明.“智能電網”的最新動向和最新思路［J］.電器工業，2009（7）：12-15.

［2］ 王健.母線負荷預測系統的研究與實現［D］.湖南：湖南大學，2009.

［3］ 徐瑋，羅欣，劉梅，等.用于小水電地區負荷預測的兩階段還原法［J］.電網技術，2009，33（8）：88-92.

［4］ 樓平，張鷹.基于B/S結構的變電站自動化信息采集發布系統［J］.電網技術，2006，30（6）：92-94.

［5］ 牛東曉，曹樹華，盧建昌，等.電力負荷預測技術及其應用［M］.第 2版.北京：中國電力出版社，2009.

（本欄責任編輯孫 晶 胡 玨 劉嘉婧）