臺區(qū)負荷平穩(wěn)性分析技術(shù)研究

楊金喜 高 潔

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司揚州供電分公司，江蘇揚州225000）

0 引言

臺區(qū)是指電力供應(yīng)系統(tǒng)中一臺或者幾臺變壓器的供電半徑或范圍，屬于管理電網(wǎng)經(jīng)濟運行的一個概念。實際經(jīng)驗表明，一個地區(qū)的負荷往往表現(xiàn)出季節(jié)性效應(yīng)。夏季和冬季的負荷明顯高于春季和秋季。從經(jīng)濟性和可靠性分析來看，由于實際應(yīng)用中一個地區(qū)的全部負荷往往無法由一個變壓器負擔，因此，低壓臺區(qū)可以被稱為幾個10 kV/0.4 kV變壓器的供電半徑或工作范圍。通過劃分低壓臺區(qū)可以最終實現(xiàn)電力市場營銷的精細化管理[1-4]。

從用戶主體的角度來看，電力用戶可以分為住宅用戶、工業(yè)用戶、企業(yè)用戶和公用事業(yè)用戶。不同類型的用戶具有不同的功耗特性，導(dǎo)致臺區(qū)的負荷特性各不相同。由于臺區(qū)負荷數(shù)據(jù)往往包含不止一個變壓器，劃分較為靈活，具有數(shù)據(jù)量小、平穩(wěn)性差、數(shù)據(jù)隨機波動性強的特點，基于傳統(tǒng)的平穩(wěn)性分析理論對負荷日曲線做平穩(wěn)性分析，并不能得到很好的效果，即大概率會判定為非平穩(wěn)序列，因為白天與夜晚的負荷數(shù)據(jù)往往相差較大。

因此，本文從另外一個維度，即對不同日期的同一時刻的采樣點形成的序列進行平穩(wěn)性檢驗，對采樣點的平穩(wěn)性進行分析，探討負荷數(shù)據(jù)序列在時間上以及負載率角度的平穩(wěn)性，從而為后續(xù)的研究提供理論依據(jù)[5-6]。

1 信號平穩(wěn)性分析技術(shù)

由于平穩(wěn)信號與非平穩(wěn)信號兩者性質(zhì)上存在較大差異，因此對于待處理的信號序列，首先應(yīng)判斷其平穩(wěn)性。信號平穩(wěn)性定義如下：對于一個弱平穩(wěn)過程{xl（t）}（-∞＜t＜∞），序列的平均值μx（t）是與時間無關(guān)的；序列的自相關(guān)函數(shù)（ACF）r（t1，t2）只與時延τ=t1-t2有關(guān)，和時間無關(guān)。即：

其中，＜>符號表示求平均值。

雖然信號平穩(wěn)性的定義已十分明確，但是實際卻缺少公認而統(tǒng)一的判斷方法。

在已有的多種判斷方法中，本文選取的方法基于如下理論：在頻域方面，信號頻譜隨時間的波動幅度，可以反映出該信號的平穩(wěn)性。

平穩(wěn)信號的頻譜不隨時間的變化而變化，而非平穩(wěn)性信號的頻譜則是時變的。可以認為，不同時間點信號頻譜變化幅度越小，則該信號平穩(wěn)性越強。因此，需要選擇衡量信號頻譜隨時間變化幅度的指標[7-8]。

定義一個序列在時間點t1，t2，…，tn的頻譜與平均頻譜距離為：

該定義參照了Theiler的檢驗方法，式中的Sx，K（tn，*）表示序列x（t）在tn時刻的頻譜，＜ >符號代表取平均值。

此處采用Priestly提出的距離定義[9]：

式中，～符號代表待處理函數(shù)對應(yīng)進行歸一化處理之后得到的函數(shù)，此處使用f~（x）=f（x）/max f（x）作為歸一化函數(shù)。

2 臺區(qū)負荷平穩(wěn)性分析流程

根據(jù)信號平穩(wěn)性分析算法，以2016年5月1日至31日江蘇揚州市某臺區(qū)日負荷數(shù)據(jù)為例，設(shè)計了圖1所示的臺區(qū)負荷平穩(wěn)性分析指標θ的計算流程，其中負荷數(shù)據(jù)每15 min采樣一次，每日共96個數(shù)據(jù)點。

首先將負荷曲線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為頻域信號，進而對頻率求均值，并計算定義距離及其方差，利用式（5）計算得到波動幅度指標Θ。

3 仿真分析

隨機選取揚州地區(qū)6000000323607號臺區(qū)，按指標對96個時刻點從5月1日至31日作出平穩(wěn)性評估，所得結(jié)果如圖2所示。

由圖2可見，大部分采樣點的平穩(wěn)性指標較好，屬于正常可預(yù)測范圍內(nèi)，與大部分點相比，有少數(shù)采樣點的平穩(wěn)性指標出現(xiàn)極大幅度的提升，即平穩(wěn)性特別差，極端情況出現(xiàn)在14：45，其指標與大部分預(yù)測點相比超出了3個數(shù)量級。負荷序列的不平穩(wěn)性往往是由一段時間的少數(shù)異常值引起的（往往同時也是最大值），這由一些隨機因素所產(chǎn)生，考慮到一些突發(fā)事件，比如電力系統(tǒng)突發(fā)故障、重大政治活動以及熱門電視節(jié)目等都是影響臺區(qū)負荷的重要隨機因素，這也為負荷預(yù)測提供了負荷特性的分析依據(jù)。

圖1 臺區(qū)負荷平穩(wěn)性分析流程

圖2 6000000323607號臺區(qū)平穩(wěn)性指標

4 結(jié)論

本文對臺區(qū)負荷進行分析，介紹了時序信號平穩(wěn)性分析的方法，并做出了將該方法應(yīng)用至臺區(qū)短期負荷預(yù)測上的嘗試。通過對2016年5月?lián)P州市6000000323607號臺區(qū)日負荷數(shù)據(jù)采樣點以及最大值的平穩(wěn)性分析，得出了平穩(wěn)性指標，并進行排序，作出了相關(guān)分析。通過對50個臺區(qū)的平穩(wěn)性分析，發(fā)現(xiàn)在以下時段負荷平穩(wěn)性較差：05：00—07：30、10：30—12：00、12：30—15：00。