基于負荷預測的電壓無功優化問題探究

武曉峰

（吳忠供電局，寧夏 吳忠751100）

0 引言

電力系統的負荷每時每刻都在變動，這種變動一方面，有其不確定性，如氣候的變化、意外事故的發生等造成對電力負荷的隨機干擾。另一方面，電力負荷的變動存在著明顯的周期性變化趨勢。

1 電力系統負荷特點與變化規律

1.1 電力系統負荷的特點

電力負荷具有按天、按周、按年周期性變化的特點。這主要是人們的生活節奏和氣候季節性變動引起的。一天中白天的生產和晚上的照明，形成了日負荷曲線的兩個用電高峰。另外，負荷按每隔24 小時不斷起伏變化，但它并不是一周期簡單的重復前一個周期的數值，事實上后一個周期和前一個周期在數值上是不同的，數值的改變具有一定的隨機性。而且負荷每天的變化水平也不相同，工作日和休息日之間的負荷水平差異較大。這是由于工作日用于生產的負荷較多，而休息日用于生產的負荷較少，負荷水平較工作日低。

電力負荷同時還是連續的，這就是說負荷曲線上任意相鄰兩點之間的變化是連續的，不存在奇點。這是由于為了保證電力系統的安全穩定運行，無論是增加負荷還是切除負荷，都限制在一定的范圍之內，以避免對電力系統造成較大的沖擊。負荷總量表現為一個連續變化的過程，一般不會出現較大的躍變。

另外，電力負荷還具有季節性變化的特點。這是由于在不同的季節里各類負荷所占比例不同造成的。一般來說，春秋季節受氣候變化影響較小，夏冬兩季受氣候影響較大。在夏季，由于氣溫偏高，電力負荷中空調所占的比重較大。空調負荷隨著溫度升高而增大，隨著溫度的降低而減小；在冬季，氣溫偏低，用于取暖的負荷占比例增大，遇到寒潮來臨時負荷可能突增。而且，在某些地區，最大負荷可能出現在夏季。在另外一些地區，最大負荷可能出現在冬季，這些都要視實際情況而定。

電力負荷受天氣變化的影響也很明顯，除溫度外，還受降水量、濕度、風向和風力等的影響，隨著國民平均耗電量的不斷增長，它對負荷的影響就越來越明顯。例如在陰雨天氣，照明負荷一般都要增加；而且陰雨天氣往往伴隨著降溫等天氣變化，并且與早澇災害的發生又有直接關系，直接影響著負荷的變化。但是，不同的電網負荷對各種天氣因素的靈敏度是不相同的，例如，東北地區初冬的一次寒流會使負荷由南至北逐次增加； 南方夏季的臺風一路解除各地的悶熱天氣，使負荷依次下降。

除了上述的影響因素外，還有其它一些因素也會對負荷產生影響，如社會經濟因素、隨機因素等。

1.2 負荷變化規律

補償電容器的投切和變壓器分接頭調節，不僅要保證節點電壓、功率因數合格，同時要盡量減少開關操作次數，延長設備壽命，減少對系統安全的影響。因此，必須從“具體問題，具體分析”的角度出發，首先應分析負荷的特點，根據日負荷變化曲線，總結其變化規律。

按系統負荷構成可將其劃分為： 城市民用負荷、 商業負荷、農村負荷、工業負荷以及其他負荷。城市負荷主要是城市居民的家用負荷。商業負荷與工業負荷是指為商業與工業服務的負荷。農村負荷是指廣大農村所有的負荷(包括農村民用電、生產與排灌用電以及商業用電等)，其他負荷則包括市政用電(如街道照明)、公用事業、政府辦公、鐵路與電車、軍用以及其他等。

商業負荷也同樣具有季節性變動的特性，而這種變動主要也是由于商業部門越來越廣泛地使用空調、制冷設備等敏感于氣候的電器所致。相對來說，工業負荷一般都視作是受氣候影響較小的基礎負荷。

2 電壓無功優化的基礎

2.1 利用變壓器的短時過載能力

根據變壓器負荷能力中的絕緣老化理論，變壓器短時間過負荷不會影響使用壽命，過負荷1.3 倍時，可以延續2 小時，而負荷波動持續時間通常為十幾分鐘左右，因此可以充分利用變壓器的過負荷能力，減少不必要的投切，從而延長設備壽命。

2.2 實施的可行性

我國電力部門。力率考核統計辦法。中規定，對功率因數的考核是按月有功電量和無功電量來統計的，對電壓合格率的考核是按整點來計算的。因此，短時間內電壓或功率因數超出合格范圍是允許的，對總的指標影響很小。

2.3 負荷預測的實現

考慮到目前越來越多的變電所安裝了綜合自動化系統，能夠實時監測電網運行情況，并存儲了大量歷史負荷數據，可以實現電網短期和超短期負荷預測。通過預測值和實時數據的比較，將結果作為補償電容器的投切和變壓器分接頭調節控制策略主要參考量，來實現投切優化，在保障安全的前提下，實現最優運行方式。

3 電壓無功控制優化方法

在典型電壓無功綜合控制裝置的工作原理中，負荷波動使工作點短時偏離正常工作區，有可能引起補償電容器投切和變壓器分接頭調節振蕩。其處理措施是采取延時動作：一般延時整定為15 分鐘，如果波動負荷仍然存在，則控制輸出動作，否則不動作。另外的措施是事先給定分時段補償電容器組投切次數的限制值，避免短時頻繁投切。

在實際運行中發現，上述辦法雖然能躲過多數很短時間的負荷波動，但整體效果并不太好：定延時的方法在過濾掉大部分負荷波動的同時，但對較長時間(超過15 分鐘)的負荷變化不能及時投入，影響了功率因數和電壓合格率。而采用投切次數的限制值，考慮到設備壽命和系統安全可靠性，該值不可能很大，一般每小時限值為2-3 次，如果用完則該時段內無法補償，則損失的功率因數和電壓合格率更大。

為解決上述問題，本文采用引入短期和超短期負荷預測的方法。具體如下：負荷預測的結果作為主要參考量提供給無功補償裝置，同實時數據相比較，判斷是否為波動負荷，此時變壓器是否過載，權衡各種處理方法的利弊，再據此做相應處理。

4 電壓無功控制優化控制策略

通過短期和超短期負荷預測，我們可以得到未來24 小時或者巧分鐘的負荷預測曲線。例如，無功、時間負荷變化曲線，如圖1 所示。

圖1 負荷預測曲線

設當前時刻為不，對應無功負荷為T1。當系統檢測到發生負荷波動Q1時，可以從負荷預測曲線得到的持續時間：

設電壓無功控制裝置定延時定值分別為T延定1和T延定2，其中T延定1為負荷波動定義的最小時間，T延定2為必須調整的最小負荷波動時間。當綜合調壓控制裝置預測到負荷開始越限時，可以從負荷預測曲線得到其可能的持續越限時間△T(預測數據)，則有關判據如表1 所示。

表1 控制判據

如果電壓無功控制裝置預測到無功負荷有波動，但是沒有越限，則根據改進的九區圖控制策略對電壓無功進行控制。

5 結束語

總之，電力系統的控制、運行和計劃都需要負荷預測的信息，準確的負荷預測對電力系統的安全經濟運行是非常關鍵的。隨著電力市場的發展，市場競爭的加劇，人們的注意力越來越多地集中在短期負荷預測。短期和超短期負荷預測是電網優化控制的基礎，其預測精度直接影響電力系統的效益。

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