基于配網(wǎng)中期負(fù)荷預(yù)測方法的探究

高新軼

【摘要】提出基于配變?nèi)萘康呐渚W(wǎng)中期負(fù)荷預(yù)測方法，介紹中、高壓配網(wǎng)的中期負(fù)荷預(yù)測和參數(shù)計算，并給出實(shí)例分析。

【關(guān)鍵詞】中期負(fù)荷預(yù)測;配網(wǎng);變壓器

0引言

負(fù)荷預(yù)測包括對未來需求量（功率）的預(yù)測和對未來用電量（能量）的預(yù)測[1]。中期負(fù)荷預(yù)測是指1年以上5年以下的負(fù)荷預(yù)測，是編制電網(wǎng)運(yùn)行方式的基礎(chǔ)，對電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的意義[2]。目前已有多種中期負(fù)荷預(yù)測方法，如灰色預(yù)測法、指數(shù)平滑法、生長曲線法等[3，4]。

變壓器是電網(wǎng)中的重要設(shè)備，配變作為電力系統(tǒng)的終端變壓器，把供電網(wǎng)絡(luò)的電壓轉(zhuǎn)換為用電設(shè)備直接使用的電壓，在電力輸送、分配和使用過程中發(fā)揮著重要作用。在配網(wǎng)中，負(fù)荷的增長與配變?nèi)萘棵芮邢嚓P(guān)。配變具有容量小、數(shù)量大的特點(diǎn)，造成其實(shí)際測量數(shù)據(jù)不夠詳細(xì)，致使關(guān)于負(fù)荷增長與配變?nèi)萘块g關(guān)系的研究較少[5]。

高壓配網(wǎng)變電站最大負(fù)荷預(yù)測和中壓配網(wǎng)線路最大負(fù)荷電流預(yù)測對變電站和線路是否需要擴(kuò)建和改造具有重要的指導(dǎo)作用。為此本文提出基于配變?nèi)萘康呐渚W(wǎng)中期負(fù)荷預(yù)測方法，根據(jù)中、高壓配網(wǎng)的特點(diǎn)，建立了負(fù)荷和配變?nèi)萘康臄?shù)學(xué)模型。

1中壓配網(wǎng)的中期負(fù)荷預(yù)測

中壓配網(wǎng)一般是指10kV電網(wǎng)。中壓配網(wǎng)線路所帶配變數(shù)量較多，每臺配變的供電范圍較小，用戶負(fù)荷多樣且功率因數(shù)差異較大，同樣的有功功率在不同的功率因數(shù)下對應(yīng)的負(fù)荷電流相差很大，加之中壓配網(wǎng)線路所承載的負(fù)荷的波動較大，瞬時最大有功負(fù)荷并不能反映線路負(fù)荷的真實(shí)情況，因此在對中壓配網(wǎng)進(jìn)行中期負(fù)荷預(yù)測時需要對中壓配網(wǎng)線路最大負(fù)荷電流進(jìn)行預(yù)測。

研究發(fā)現(xiàn)，中壓配網(wǎng)線路的最大負(fù)荷電流不僅與線路所接配變的容量有直接關(guān)系，還與配變運(yùn)行時間有密切聯(lián)系，且運(yùn)行時間對配變所帶負(fù)荷的影響具有明顯的飽和效應(yīng)，即新裝配變經(jīng)過若干年后其所帶負(fù)荷增幅很小。設(shè)飽和年限為N，則中壓配網(wǎng)線路的最大電流為： .

2高壓配網(wǎng)的中期負(fù)荷預(yù)測

高壓配網(wǎng)主要是指35kV電網(wǎng)，在部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，110kV電網(wǎng)也視為高壓配網(wǎng)。高壓配網(wǎng)的高壓側(cè)接入輸電網(wǎng)，低壓側(cè)接人中壓配網(wǎng)，高壓配網(wǎng)在整個輸電過程中起著承上啟下的作用。配電變電站對于高壓配網(wǎng)的安全與穩(wěn)定起著決定性作用，高壓配網(wǎng)的變電站內(nèi)裝有無功補(bǔ)償裝置，能夠保證功率因數(shù)穩(wěn)定。變電站有功負(fù)荷決定了變電站的主變?nèi)萘亢椭髯償?shù)量，變電站的改造和擴(kuò)建取決于供電區(qū)域的最大有功負(fù)荷。

與中壓配網(wǎng)中期負(fù)荷預(yù)測類似，將配電變電站所帶配變按運(yùn)行時間分為若千類，則高壓配網(wǎng)的配電變電站的有功功率為：

式中，Pm為n年后配電變電站的最大負(fù)荷; S， 為變電站第j條出線上運(yùn)行i年的配變?nèi)萘? m; 為權(quán)重系數(shù); N為飽和年限; M為出線條數(shù)。

3參數(shù)計算

根據(jù)式（1）、式（2）可得線路、配電變電站與配變?nèi)萘块g的數(shù)學(xué)關(guān)系，權(quán)重系數(shù)可通過歷史數(shù)據(jù)來獲取。計算權(quán)重系數(shù)的方法較多，為方便起見，本文選用最小二乘法來計算。

式中，f（k，）和f：（m，）是由最小二乘法得到的殘差函數(shù)。

4實(shí)例分析

以南方某地110kV變電站和- -條10kV線路為例進(jìn)行分析。根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展情況取飽和年限為3年，則由式（1）～（4）得到的該變站最大負(fù)荷預(yù)測結(jié)果見表1。

表2是某地10kV線路所裝配變情況，按式（1）～（4）即可預(yù)測該線路最大電流。

5 全配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測

在配電區(qū)域負(fù)荷預(yù)測的基礎(chǔ)上， 可以進(jìn)行全配 電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測， 具體步驟如下： a.根據(jù)配電網(wǎng)上各個開關(guān)的狀態(tài)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu) （ DT） ， 生成反映配電網(wǎng)當(dāng)前運(yùn)行方式的 CT 鄰接表， 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓櫋?b.將配電區(qū)域負(fù)荷預(yù)測結(jié)果作為 ST 鄰接表中的饋線負(fù)荷， 對于由于 T 接點(diǎn)造成的包含了幾段饋 線的配電區(qū)域， 將其負(fù)荷預(yù)測值平均分配到區(qū)域內(nèi) 的各段饋線上， 也可以根據(jù)掌握的負(fù)荷分配規(guī)律進(jìn) 行分配。 c.按照式（ 1） ， 根據(jù)配電區(qū)域負(fù)荷預(yù)測結(jié)果計 算出各個節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷預(yù)測結(jié)果。 5 實(shí)例 以圖2 所示（ 圖例含義同圖 1） 的某城市 2條“手 拉手”配電線路為例， 論述提出的基于區(qū)域負(fù)荷的配 電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測方法的應(yīng)用效果。

圖 2 某城市 2 條“手拉手”配電線路及其 2 種運(yùn)行方式 Fig. 2 Two looped feeders in a city and their two operation modes 分別用以下 2 種方法預(yù)測：①采用基于區(qū)域負(fù) 荷的配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測;②采用本文論述的預(yù)測方法 但沒有根據(jù)區(qū)域負(fù)荷、而是僅僅根據(jù)電源點(diǎn)的負(fù)荷 進(jìn)行預(yù)測。圖 3 為 11 月的負(fù)荷預(yù)測結(jié)果。注意， 圖 3反映的都是工作日的負(fù)荷， 而沒有包含節(jié)假日 的負(fù)荷。

圖 3 某城市 2條“手拉手”配電線路源點(diǎn)的 負(fù)荷預(yù)測結(jié)果 Fig. 3 Results of load forecasting of the two looped feeders in a city 由圖3 可以清楚地看出， 在運(yùn)行方式不變時， 方 法 1 和方法 2 都能獲得良好的預(yù)測精度， 但是在改 變運(yùn)行方式后， 方法 2 要經(jīng)過 2 d ～ 3 d 跟蹤才能重 新獲得較好的預(yù)測結(jié)果， 而方法 1 基本上不受運(yùn)行 方式調(diào)整的影響。

6結(jié)束語

負(fù)荷的增長與配變?nèi)萘棵芮邢嚓P(guān)。本文討論了配變運(yùn).行時間對負(fù)荷增長的飽和效應(yīng)，提出了基于配變?nèi)萘康呐渚W(wǎng)中期負(fù)荷預(yù)測方法。根據(jù)運(yùn)行時間將配變分成若干類，并依據(jù)中、高壓配電網(wǎng)的特點(diǎn)，建立了負(fù)荷和各類配變間的數(shù)學(xué)模型。算例表明，本文方法具有較好的預(yù)測效果。

參考文獻(xiàn)

[1]李健，王琛，林韶生，杜佩仁.基于大數(shù)據(jù)平臺的點(diǎn)負(fù)荷近中期負(fù)荷預(yù)測及行業(yè)負(fù)荷增長特征分析[J].電力大數(shù)據(jù)，2020，23（02）：17-25.

[2]何耀耀，秦楊，楊善林.基于LASSO分位數(shù)回歸的中期電力負(fù)荷概率密度預(yù)測方法[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2019，39（07）：1845-1854.

[3]孫新程，孔建壽，劉釗.基于核主成分分析與改進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電力負(fù)荷中期預(yù)測模型[J].南京理工大學(xué)學(xué)報，2018，42（03）：259-265.

[4]陳若曦.對基于貝葉斯證據(jù)框架下WLS-SVM中期負(fù)荷預(yù)測的研究[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2017，36（11）：9-13.

[5]何耀耀，聞才喜，許啟發(fā).基于Epanechnikov核與最優(yōu)窗寬組合的中期電力負(fù)荷概率密度預(yù)測方法[J].電力自動化設(shè)備，2016，36（11）：120-126.

[6]Alamaniotis Miltiadis，Bargiotas Dimitrios，Tsoukalas Lefteri H. Towards smart energy systems： application of kernel machine regression for medium term electricity load forecasting.[J]. SpringerPlus，2016，5.