電能計量自動化及負荷預測的優(yōu)化分析

深圳供電局有限公司 廣東深圳 518000

摘要：電能計量自動化系統(tǒng)能及時收集和全面掌握客戶的用電信息，對計量裝置工作狀況進行監(jiān)測。系統(tǒng)有關負荷管理功能的深入開發(fā)應用，不僅是電網(wǎng)正常運行的基礎保障，實現(xiàn)了資源的優(yōu)化配置，也提供了先進的管理工具，促進供電企業(yè)的精益化管理，提高了經(jīng)濟效益，同時為電力客戶提供進一步的拓展服務，提升了服務能力。本文總結了電能計量自動化采集系統(tǒng)的構成和作用，闡述了各類型電能采集系統(tǒng)的優(yōu)缺點，針對負荷預測算法的數(shù)學模型建立和優(yōu)化，證明了電能自動化采集系統(tǒng)對負荷預測的積極影響，提高了預測的準確性和有效性。

關鍵詞：電能計量；自動化；負荷預測；優(yōu)化；分析

負荷預測是根據(jù)歷史負荷推測它的未來值，所以，負荷預測的對象是不確定事件。因此使得負荷預測具備有準確性、條件性、時間性、多方案性等特點。本文分析說明電能采集系統(tǒng)的建設和推廣對于供電局管理人員能夠提高管理效率，減少人力成本；對于電網(wǎng)信息的監(jiān)視、交易管理能夠提供確切的依據(jù)和支撐作用，對于后臺分析、負荷預測能夠提高準確度和提供分析依據(jù)，對于電力企業(yè)提高管理效率和提高經(jīng)濟效益具有積極的影響。

一、計量自動化系統(tǒng)的構成及優(yōu)越性

（一）大客戶負荷管理系統(tǒng)

大用戶包括各類冶煉、化工廠，在全社會用電負荷中占主要地位，這些負荷受自然環(huán)境影響較小，受社會影響較大。由于其負荷的重要地位，大用戶用電發(fā)生異常時對網(wǎng)供量、對售電效益產(chǎn)生的影響也是最大的。大客戶負荷管理系統(tǒng)能夠為供電局后臺監(jiān)控提供真實準確的用電信息，保證了管理人員及時、準確地發(fā)現(xiàn)大用戶的異常用電，能明顯體現(xiàn)出計量自動化建設對負荷管理和負荷預測的積極效果。

（二）低壓集抄

低壓集抄主要面對居民用電，它的作用是把居民電表的信息集中起來，再統(tǒng)一外送。雖然智能電表也能夠直接上傳信息，但是對于居民密集區(qū)域，低壓集抄的優(yōu)勢則體現(xiàn)出來。對于大量的抄表數(shù)據(jù)，首先，比人工抄表提高了抄表效率、降低了人為誤差率；其次，能夠利用后臺系統(tǒng)進行用戶統(tǒng)計、分析、預測等大范圍的管理工作，為負荷預測及電網(wǎng)規(guī)劃提供充足依據(jù)。

（三）配變管理系統(tǒng)

配變管理系統(tǒng)除了對配變運行狀態(tài)進行監(jiān)視以外，還能夠配合低壓集抄對臺區(qū)進行用電監(jiān)視，通過分析比較得到線損情況；同時可以幫助及時發(fā)現(xiàn)異常用電情況。

二、計量自動化系統(tǒng)對短期負荷預測的影響

（一）負荷預測方法

1.回歸分析法

根據(jù)負荷的歷史水平，用統(tǒng)計學方法中的回歸分析法對負荷的觀測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和預測。模型分為一元線性回歸、多元線性回歸和非線性回歸等。回歸分析法的優(yōu)點是精度較高，適用于中短期預測；缺點是規(guī)劃期內(nèi)的總產(chǎn)值無法詳細統(tǒng)計以及只能預測出綜合用電水平，無法預測各區(qū)用電水平。

2.灰色模型法

灰色模型針對含有不確定因素（例如某個時間點的電能采集失敗）的系統(tǒng)進行預測，該模型以灰色系統(tǒng)理論為基礎，能夠在缺乏數(shù)據(jù)的情況下找出一個時段內(nèi)的規(guī)律，建立起負荷預測模型。灰色模型方法分為普通模型和優(yōu)化模型。前者屬于指數(shù)增長型，當負荷按照指數(shù)規(guī)律增長時，預測精度高，計算簡單。但對于波動性的負荷，預測誤差較大，不適宜用此方法預測。優(yōu)化灰色模型把波動的數(shù)據(jù)組變換為規(guī)律性增強的呈指數(shù)規(guī)律增長的序列，提高了該方法的適用范圍。這種方法要求數(shù)據(jù)少，不要求變化趨勢和分布規(guī)律，計算簡便，精度高，只要保證數(shù)據(jù)不要過于離散，則十分適用于短期負荷預測。

（二）計量自動化對負荷預測的影響

1.提高輸入數(shù)據(jù)質(zhì)量

如上述介紹，回歸分析法時建立在大量的歷史負荷水平上的，歷史數(shù)據(jù)越多越準確，回歸分析法的結果也就越精確；灰色模型法不需要大量輸入數(shù)據(jù)，但是對輸入數(shù)據(jù)的準確性很高；時間序列法對輸入數(shù)據(jù)的連續(xù)性要求高。根據(jù)第1章的描述，計量自動化系統(tǒng)的優(yōu)越性能夠保證這些計算方法所需要的輸入數(shù)據(jù)具有范圍廣、數(shù)量多、準確度高的特點，從而為負荷預測工作提供前提。

2.方便電量數(shù)據(jù)管理

負荷預測過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，可以由后臺的數(shù)據(jù)庫和管理軟件進行管理，通過計量自動化系統(tǒng)的統(tǒng)計形成負荷報表，對數(shù)據(jù)按照時間和區(qū)間可進行對比分析，尋求規(guī)律和發(fā)現(xiàn)異常情況。以便進行監(jiān)測故障、監(jiān)測竊電、總結報告、近遠景規(guī)劃等工作。

三、工程實例

某市從2009年開始逐步推行電能計量自動化系統(tǒng)建設，從歷史數(shù)據(jù)獲得2009年以前的用電數(shù)據(jù)（單位：萬千瓦時），從計量自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫獲得2009年以后的用電數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括用相同計算方式得出的預測用電量和實際用電量。

（一）預測誤差變化

抽取每年的1月份為典型月，·計算每日預測值與實際值之間的誤差，并以相對實際值的一百分比表示，計算每日預測一誤差平均值，繪制出從2006年至2013年間典型月日均預測一誤差（單位：百分比）變化曲線，如下圖1所示：

典型月日20062007200820092010201120122013

平均誤差%2.6482.6282.6452.1561.5551.4481.1371.057

圖1 20062013年1月用電量預測日均誤差變化曲線

從上圖可見，在2006年～2009年期間，1月份的負荷預測一誤差在平均每日2.6%左右，從2009年起，預測誤差明顯減小，隨后數(shù)年，隨著一計量自動化的逐步建設，預測誤差也在逐步減小，穩(wěn)定在日均誤差1.1%左右，可以看到，負荷預測的一誤差在近幾年逐步穩(wěn)定下降并保持在一定范圍內(nèi)。

（二）典型月日負荷曲線分析

取2011年1月的每日預測用電量和實際用電量分析，并一計算預測一誤差：

表2 2011年1月每日電量表（單位：萬千瓦時）

日期預測值實際值誤差%日期預測值實際值誤差%日期預測值實際值誤差%

136963614822.31137083765-57-1.52133793421-42-1.2

235613471902.61237233863-140-3.62234273447-20-0.6

336343637-3-0.11336563692-36-1.02334433453-11-0.3

436273606210.61436573602551.52434893504-15-0.4

532593511-252-7.21536053583220.62534763491-15-0.4

632023451-249-7.21636253573521.52634663468-2-0.1

736063577290.81734923615-123-3.42734703477-7-0.2

836203642-22-0.61835653618-53-1.52834533460-7-0.2

937053724-19-0.51935083601-93-2.62932973300-7-0.1

1037343745-11-0.32033483384-36-1.13033453352-7-0.2

3133003326-26-0.8

繪制成柱狀圖和折線圖如下：

圖2 2011年1月每日電量（單位：萬千瓦時）及誤差（單位：%）

從圖中可見2011年1月各日的預測用電量、實際用電量變化和預測一誤差變化，本月預測最大用電量出現(xiàn)在1月10日，為3734萬千瓦時，實際用電量為3745萬千瓦時；預測最小用電量出現(xiàn)在1月6日，為3202萬千瓦時，實際用電量為3451萬千瓦時。尤其應注意的是，折線在幾個位置出現(xiàn)了突變，分別為1月5，6，12，17日，意味著實際值和預測值有較大差距，提醒管理人員應重點對這幾天的電氣信息監(jiān)視數(shù)據(jù)進行分析。

四、結束語

如今，電能計量系統(tǒng)自動化的應用愈加廣泛，更加適應了電力企業(yè)發(fā)展的需要。能計量自動化系統(tǒng)實在社會需求迫切的形勢下建設和應用的，其以客戶為中心，具有保證供電企業(yè)有序用電、負荷控制、市場管理、電費結算、預購電、遠程抄表等業(yè)務，能統(tǒng)計線損四分、統(tǒng)計供電質(zhì)量、統(tǒng)計供售電量和客戶節(jié)能評估等，它的推廣與應用不僅減少了資源消耗和環(huán)境污染，而且還提高了企業(yè)電網(wǎng)經(jīng)濟運行管理水平和經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]葉露鳴.論述大用戶負荷管理系統(tǒng)建設與電能計量裝置改造[J].廣東科技.2009（02）

[2]文進華.淺談竊電的形式及防范竊電的措施[J].才智.2009（05）

[3]朱天順.電能計量與防竊電管理[J].農(nóng)村電工.2006（04）

[4]李廣榮.電能計量自動化系統(tǒng)在用電管理上的應用[J].廣東科技，2011（25）.

[5]廣東電網(wǎng)公司廣州供電局.計量自動化系統(tǒng)建設報告[N].2010（10）.

[6]周勤興.電能計量自動化系統(tǒng)在智能節(jié)能服務中的應用[J].高科與產(chǎn)業(yè)化，2011（25）.

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從而可減少約1/3的停電時戶數(shù)。3.3 提高設備質(zhì)量 縮短檢修時間新建變電站的斷路器應選質(zhì)量好、可靠性高、少維護和少檢修的開關設備，如GIS、SF6、真空開關、全封閉式電器等。10 kV出線開關盡可能采用真空開關，開發(fā)區(qū)內(nèi)重點變電站可以引進設備為主。對老式的少油開關，遮斷容量不足的開關，有條件地逐步以真空開關替代。取消磚墻結構，大力推廣開關拒及封閉式電器，提高設備的運行可靠性。有條件的地方逐步推行帶電檢測裝置，如氧化鋅避雷器的帶電檢測裝置、紅外線測溫儀測量接點溫度、變壓器的帶電檢測裝置、開關的帶電檢測裝置等。配電網(wǎng)方面，應逐步采用環(huán)網(wǎng)結線和環(huán)網(wǎng)開關，開發(fā)區(qū)內(nèi)先搞一、二個試點。首先考慮配電線路自動化，當發(fā)生故障后能自動隔離故障區(qū)段，自動恢復對非故障區(qū)段的供電，然后考慮自動抄錄電表。配電導線在開發(fā)區(qū)內(nèi)采用電纜，其它市區(qū)部分有條件的也改用電纜并逐步推廣采用絕緣導線，近郊及遠郊仍可以架空導線為主。同時要推廣使用故障指示器，縮短故障尋找時間。要減小配變?nèi)萘浚s小供電半徑，推廣采用40 kVA箱式變，按一只箱式變可供二幢樓左右來設計。配變的高壓跌落式熔絲逐步要換成帶消弧桿的跌落式熔絲，減少配變檢修對用戶的影響。

4.結論

4.1 影響配電系統(tǒng)供電可靠性的供電設施，按設備分類有變電類和線路兩大類：變電部分有互感器、隔離開關、避雷器、耦合電容器、阻波器、繼電保護、自動裝置、其它設備等；線路類有架空線路、電纜線路、柱上開關等。另外開閉所和配電室部分有斷路器、熔斷器、自動補償裝置等。

4.2 影響配電系統(tǒng)供電可靠性的技術原因有設備過載（過負荷）、損壞、局部過熱、漏油、熔斷、傾斜、空氣污染、進水、燒損、爆炸、腐蝕、磨損、松動、變形、斷裂、擊穿、絕緣不良、短路、接地、污閃、誤動、拒動、斷線、閃絡、斷股、倒桿（塔）、沉陷等等。

4.3 影響配電系統(tǒng)供電可靠性的責任原因有：設計不周、產(chǎn)品產(chǎn)量不良、安裝不良、檢修不良、運行處理不當、維護不當、指揮不當、設備失修、超役運行、爆破、動物事故、用戶影響、自然災害、老化、規(guī)程不當、計劃檢修、臨時檢修、交通運輸、盜竊、破壞、人員過失、樹木生長或傾倒、市政建設、配網(wǎng)限電、用戶臨時申請停電等。

4.4 提高配電系統(tǒng)供電可靠性的途徑和措施應主要從加強城市網(wǎng)改造，提高設備質(zhì)量，縮短檢修時間，改革停電檢修制度，逐步推廣“狀態(tài)檢修”。

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2.3 移動基站通信電源系統(tǒng)的可用性設計

整流模塊故障將無法實時發(fā)現(xiàn)，為保障電源系統(tǒng)的安全運行，這種監(jiān)控系統(tǒng)暫時不應取消備用模塊。需要補充適配器、充電器、移動電源三者之間的關系，充電器如何檢測移動電源中是否寫有QC2.0快充協(xié)議，移動電源做了哪方面的適應性改進（即與現(xiàn)有的無法實現(xiàn)快充技術的移動電源在電路結構上有哪些不同）等。對移動電源進行充電，以及移動電源對手機等電子消費品進行充電時，按目前的模式充電速度比較慢，耽誤和占用使用者的大量時間。

2）將使電源整流模塊的利用率提高，系統(tǒng)的配置更加合理。移動電源和其他所有的行業(yè)一樣，市場競爭到最后拼的都是品牌，品牌就代表著企業(yè)自身在行業(yè)里的位置，代表了該品牌產(chǎn)品品質(zhì)在消費者心中的關注度。企業(yè)做好產(chǎn)品，做好品牌，擴大自己的影響力。電源模塊的帶電插拔可使電源系統(tǒng)的維修時間最短、維修難度最低。3）且蓄電池的壽命也不是一勞永逸的，有些蓄電池甚至5～6年后就需要更換，而目前交流電網(wǎng)的質(zhì)量在不斷提高。可進一步拓展和完善報警功能，如增加移動電源工作環(huán)境溫度異常（高于或低于工作溫度）報警等，細分報警的性質(zhì)和等級等。蓄電池的均浮充電壓根據(jù)蓄電池的環(huán)境溫度由監(jiān)控自動進行補償調(diào)整，使蓄電池在各種環(huán)境溫度下都能保持滿容狀態(tài)。

3.結語

移動基站的特殊工作環(huán)境與工況，決定了對移動基站通信電源系統(tǒng)的特殊要求。結合為移動基站提供電源的實踐與經(jīng)驗教訓，利用該電源管理系統(tǒng)，可顯著延長采用移動終端的電池使用時間，從而在不影響高性能應用的情況下，大大延長其待機時間。