電力市場與電網結構分析

摘要：進入新世紀，本市電網迎來了新的機遇和挑戰。隨著本市經濟的飛速發展，國民經濟和城鄉用電需求不斷增長，用電負荷增長迅速，而電網發展滯后制約著國民經濟的發展，造成我市大范圍內缺電。一個地區、一個城市的發展，最重要的是國民經濟的發展，而國民經濟的發展是由每一個行業、每一個企業的發展累積而形成的，要使經濟健康、持續發展，電力工業的發展能否適應地區用電需求是經濟騰飛的重要基礎，因此，電力市場的發展與電網規劃有著密不可分的關系。

關鍵詞：電力市場 電網結構

0 引言

本文從本市電網現狀入手，分析了當前網絡結構，并對本市電力負荷的發展進行了系統分析和預測，為電網規劃提供了數據支撐。

1 電網概況

1.1 電源現狀

至2010年底，本市電網共接入電廠22座，其中火電廠16座、水電廠8座。

電網內共有1座500kV變電站，主變容量2×750MVA；11座220kV變電站，主變22臺，總容量3090MVA；110kV公用變電站36座，主變67臺，總容量2371.5MVA。500kV線路共有4回，總長度327.132km； 220kV線路共有28回，總長度1315.01km；110kV線路共有95回，總長度1461.92km。2010年本市最大負荷1276MW，供電量79.89億kWh。

1.2 網絡結構

本市220kV電網呈環網結構，電網結構緊密，可靠性較高。但東部部分變電站為單環網接線，位于電網末端，負荷比較重，2007年最大負荷時負載率為70.7%，當一條線路故障時，將導致嚴重過載，造成大面積限電，應盡快加強東部220kV網架建設。

110kV電網以雙回輻射、單輻射、“T”接結構為主，整體看網架結構比較合理，但是在本市電網邊緣，仍存在部分變電站單線供電，當線路故障時將造成全部停電，不滿足安全“N—1”準則；部分110kV線路供電距離過長，造成電壓質量差，供電可靠性低。

綜上所述，為提高本市220kV供電能力，改善110kV電網結構，應盡快加強東部220kV布點，加強110kV網架結構。

2 電力負荷預測

一般來說，地區負荷的發展遵循“S”曲線規律，即發展初期，負荷基數小且增長較慢，進入發展中期后，負荷迅速增長，而到后期，負荷逐步趨于飽和。根據本市發展的現狀及所處階段，該地區即將進入快速發展時期，因此負荷的發展應處于“S”曲線的快速增長階段。

2.1 負荷特性分析

本市冬季典型日、夏季典型日最大負荷均發生在晚上，夏季典型日20：00至22：00負荷較高，冬季典型日17：00至19：00負荷較高。

由年負荷曲線可以看出，二、三月份的負荷相對較低，均在年最大負荷的60%以下，冬季負荷比較高。

2.2 用電量預測

負荷預測必須具有很強的科學性及合理性，其預測的方法有多種，但由于所需的數據難以得到或不夠準確或由于預測模型的不適應性，針對某一具體規劃區域而言，可供選擇的預測方法并不很多，目前常用的預測模型主要有時間序列、灰色系統和空間負荷預測。其中每類預測模型下又包含多種計算模型，時間序列包含移動平均、線性回歸、多項式、指數平滑、S曲線估計等，灰色系統包含包絡模型、等維信息等方法，對常用計算模型計算原理簡單介紹如下：

2.2.1 彈性系數法

電力彈性系數是反映電力消費的年平均增長率和國民經濟的年平均增長率之間關系的宏觀指標，它是衡量國民經濟發展和用電需求的重要參數。

電力彈性系數可以用以下公式來表示：

2.2.2 灰色理論法

灰色數學理論是把負荷看作真實的系統輸出，它是眾多影響因子的綜合作用結果。這些眾多因子的未知性和不確定性，成為系統的灰色特性。該方法就是對在一定幅值范圍、一定時區內變化的灰色量，通過一定的數據處理技術，尋找出比原始數據有更強變化規律的新的數據數列，進而建立一定數學模型進行預測的方法。

2.2.3 移動平均法

在數理統計中，想要處理一組數據，通常采用算術平均值代表這一總體取值水平。但算術平均值只能說明一般情況，也反映不出發展過程和趨勢。如果對一組數據分段平均，在每段間距保持不變的情況下，逐次后移一位求其平均值，則效果顯著好轉。移動平均法的關鍵是，僅取最近幾個數據點取其平均值，并令參與計算移動平均值的各點權數相等，即均等于1/N，再以前的數據點的權數為零。

移動平均法是對一組時間序列進行某種意義的平均值計算，為了補償一次滑動所造成的滯后，通常采用二次滑動平均。設時間序列為x1，x2，……，xn，移動平均數為N，要求2N—1≤n，則移動平均法可按以下步驟進行：

2.2.4 多項式法

任一連續函數都可以用分段多項式來逼近。在一元回歸問題中，如果變量y與x的關系可以假定為k次多項式，經過變量代換，最終多項式回歸的問題化為多元線性回歸。利用最小二乘多項式回歸的算法進行擬和，其原理同多元線性回歸模型。應用最小二乘法可以預測負荷序列的發展趨勢，即把負荷序列的發展趨勢用方程式表示出來，進而利用趨勢方程式來預測負荷未來的變化。

最小二乘擬合方法的優點包括原理簡單易懂，預測速度快，外推特性好、能反映負荷變化的連續性。其存在的不足主要是對歷史數據要求高，僅適合負荷序列波動不大的平穩時間序列的情況，而且無法詳細地考慮各種影響負荷的因素。

2.2.5 指數平滑（線性模型）法

指數平滑法是一種時間序列分析法，其擬合值或預測值是對歷史數據的加權算術平均值，并且近期數據權重大，遠期權重小，所以對接近目前時間的數據表現較為準確。一次指數平滑只適用于下一步的預測，一般用于預測的是二次指數平滑。指數平滑法預測期數不應過長。另外，平滑系數α的選擇對預測結果影響很大，一般對于平穩數列，取0.1≤α≤0.2為好。

對于電力系統負荷預測，曲線越接近目前的情況就應當越準確，而對于歷史數據，則不必要做很精確的擬合。

2.2.6 曲線擬合法

應用曲線擬合法有兩個假設條件：假設負荷沒有跳躍式變化；假定負荷的發展因素也決定負荷未來的發展，其條件變化不大。電力負荷存在季節性、時段性等變化，例如農業用電，在氣候條件變化較小的冬季，日用電量相對穩定，表現為較平穩的變化趨勢。這種變化趨勢可為線性或非線性、周期性或非周期性等等。

2.2.7 相關分析法

回歸模型預測法是根據負荷過去的歷史資料，建立可以進行數學分析的數學模型，對未來的負荷進行預測。從數學上看，就是用數理統計中的回歸分析方法，即通過對變量的觀測數據進行統計分析，確定變量之間的相互關系，從而實現預測的目的。

在具體分析過程中，這幾種負荷預測的數學方法能夠給出歷史年電量、負荷發展的較準確的計算模型，但由于一般情況下城市電力發展具有延續性，因此能夠利用這個模型推算出未來幾年城市的電量、負荷，結合專家對未來形勢的估計，往往能得到令人滿意的負荷預測結果。

2.3 最大負荷預測

根據本市負荷歷史數據，采用外推法對2010～2015年負荷進行預測，2010～2015年負荷各種模型預測情況見表2—1。

根據各種模型預測結果，結合本市實際情況，確定忻州負荷預測高方案采用“移動平移2”的預測結果，中方案采用“線性回歸法_S曲線”的預測結果，低方案采用“指數平滑_線性”的預測結果。詳細情況見表2—2。

采用中方案，至2015年，總負荷將達到2760MW，2010年～2015年年均增長率15.3%。

3 結論

本市2010～2015年電量、負荷預測結果見表下表。

綜合以上對本市電力市場的分析，“十二五”期間，本市用電量繼續保持兩位數的快速增長，但用電負荷性質單一，主要集中于煤礦、鐵礦、有色金屬冶煉等行業，第三產業發展仍舊緩慢。預計至2015年，本市用電量將達到158億kWh，2011～2015年，年均增長率15.77%；負荷達到2760MW，2011～2015年，年均增長率15.89%。

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