浅谈城网规划的基础性工作——负荷预测<br/>

浅谈城网规划的基础性工作——负荷预测

2012-02-15赵沛虎张耀先天津泰达电力公司天津300456

天津科技 2012年3期

关键词：电网负荷规划

赵沛虎张耀先（天津泰达电力公司天津300456）

浅谈城网规划的基础性工作
——负荷预测

赵沛虎张耀先（天津泰达电力公司天津300456）

电力负荷预测是电力系统调度、用电、计划、规划等管理部门的重要工作之一。简要的对现代城网规划进行了阐述，对负荷预测在城网规划中的重要性以及近年来的一些主要负荷预测方式进行了较深入的介绍。

电力系统负荷预测电网规划城市

0 引言

电力负荷预测是电力系统调度、用电、计划、规划等管理部门的重要工作之一。提高负荷预测技术水平，有利于计划用电管理，有利于合理安排电网运行方式和机组检修计划，有利于节煤节油和降低发电成本，有利于制定合理的电源建设规划，有利于提高电力系统的经济效益和社会效益。因此，负荷预测已成为实现电力系统管理现代化的重要内容之一。

1 现代城市电网的主要特点[1]

现代化城市特点：现代化是社会、经济、文化与生活方式全面发展转变的过程，具体表现在城市的生产、生活、社会活动以及工厂住宅、道路、通信、生态环境、公共文化设施等各项建设中广泛应用现代科学技术，并体现现代社会生产力水平和精神文明水平，从而使城市经济、社会、生态全面和协调发展。

现代化城市电网的主要特点如下：

1.1 确保城市规划对电力的需求

城市居民家庭一般都有电视机、冰箱、空调、计算机、热水器、收音机等普通电器，随着人们生活质量的提高，会有更多家用电器。所以，要充分考虑家庭电器的用电量和电能质量的要求。

1.2 有优质、可靠的电能质量

如前所述，制造业、服务业以及居民都对电能质量和可靠性有很高的要求，城市电网应该满足所有用户的要求。

1.3 有先进的设备和先进的管理理念及技术措施

有先进的设备及技术手段，实行对城网的管理和调度。

1.4 城网设施与城市市容建设相匹配

在城市现代化建设中提出各项目标，如文明城市、花园城市和古文化街等。对建筑物都有一定要求，这要求电力设施必须与之协调一致。

1.5 电力设施与环境友好，低噪声、无污染

2 现代城市电网规划的目标和任务

长远目标的城网规划是以城市建设的长远规划为依据，制定城网建设的各项规划和指标，逐步构成一个结构合理，运行可靠、灵活，没有送电“瓶颈”的电网结构；能充分满足城市经济社会快速发展需要的供电能力和高质量的电能；供电设施完善、先进、节能，并与城市建设环境相协调；管理系统技术先进、高效、反应快捷。这个长期（15～30年左右）规划主要考虑城网的长期发展目标和电力市场的建设和发展，做好饱和负荷水平的预测，研究确定电源布局和规划网络，使之满足远期预测负荷水平的需要。长期规划必须分阶段来实施，故有中期（约5～15年）规划和短期（约5年）规划之分。因为一切事物都在发展变化，许多因素是不确定的，随着时间的推延，原来不确定的也会明朗起来，应把长期规划分阶段来实施与解决近期实际问题的规划相衔接、相协调。中、近期规划目标的划分是：近期规划应着重解决城网当前存在的主要问题，逐步满足负荷需求，提高供电质量和可靠性。要依据近期规划编制年度计划，提出逐年改造和新建的项目；中期规划应与近期规划相衔接，着重将城网结构及设施有步骤地过渡到远期规划网络，并对大型项目进行可行性研究，做好前期工作。总之，把长期规划分阶段、做滚动式的修正、协调，使城网建设有序的朝一个目标发展，也使城网建设更适应负荷增长需要。

城网规划的任务主要是：

2.1 收集资料

包括城市经济和社会发展情况，城市的发展规划和政府的有关政策直接影响城网规划编制；也要充分掌握现在城网的运行资料，包括网络结构、可靠性、经济性、设施和管理情况、电力负荷特征和分布。

2.2 电力负荷预测

根据城市整体发展规划、产业结构和布局、居民生活水平及能源政策等，选择合适的预测模型，进行科学的负荷预测并确定负荷地理分布。

2.3 编织城网规划

优化各个电压等级的负荷点，优选输电网、高压和中压配电网的网络结构。

2.4 根据优选网络方案编制网络无功补偿配置规划

2.5 提出配电网自动化等二次系统规划

3 负荷预测

负荷预测是城市电网规划工作中最重要的问题。负荷预测的内容取决于电网规划的目标和内容，为了确定规划年的输配电系统所需要的设备容量，必须先对供电区作与规划年相应的负荷总量进行预测；为了确定变电所设备的合理分布，要求对供电区内进行分块负荷预测，每块的面积大小和电网电压等级有关，电压高的面积大，而且还和供电区的负荷密度相关，分块的目的是为了在配电设备布局时有一定的分辨度，使规划设计的系统布局和实际的负荷需要尽可能一致。负荷预测主要有短期负荷预测（24小时）、近期负荷预测（1～5年）、中期负荷预测（5～10年）、长期负荷预测（10～20年）。以上几类预测分别适用于安排电网安全经济运行、电网近期规划、电网中期规划、电网远景规划。负荷预测具有不确定性、条件性、时间性、多方案性等特点。因此有很多负荷预测方法，传统的预测方法主要有用电单耗法、电力弹性系数法、负荷密度法、外推法、回归预测法、人均用电量指标法等，各种预测方法适用于不同的负荷预测的种类。近年来随着数学理论的发展，很多新的数学工具被应用到负荷预测中，出现了很多新的预测方法。

3.1 小波分析预测法

小波分析是一种时域-频域分析方法，它在时域和频域上同时具有良好的局部化性质，并且能够根据信号频率高低自动调节采样的疏密，它容易捕捉和分析微弱信号以及信号、图像的任意细小部分。能对不同的频率成分采用逐渐精细的采样步长，从而可以聚焦到信号的任意细节，尤其是对奇异信号很敏感，能很好的处理微弱或突变的信号，其目的是将一个信号的信息转化成小波系数，从而能够方便地加以处理、储存、传递、分析或被用于重建原始信号。这些优点决定了小波分析可以有效地应用于负荷预测问题的研究。

电力系统中日负荷曲线具有特殊的周期性，负荷以天、周、年为周期发生波动，大周期中嵌套小周期。

3.2 人工神经元网络预测法

运用神经网络技术进行电力负荷预测，是较先进的研究方法，其优点是可以模仿人脑的智能化处理，对大量非结构性、非精确性规律具有自适应能力，具有信息记忆、自主学习、知识推理和优化计算的特点。特别是其自学习和自适应功能是常规算法和专家系统技术所不具备的。因此，预测被当作人工神经网络（简记为ANN）最有潜能的应用领域之一。ANN适用于解决时间序列预测问题，其在电力系统负荷预测中的应用理论上是可行的。很多人都试图应用反向传递学习法训练ANN，以用作时间序列预测。ANN一经引入电力系统，负荷预测就成为其应用研究的一个主要领域。到目前为止，ANN主要应用于短期负荷预测，但也有人用ANN作过中长期负荷预测。ANN应用于短期负荷预测要比应用于中长期负荷预测更为适宜，因为短期负荷变化可以被认为是一个平稳的随机过程，而长期的负荷预测与国家或地区的政治、经济政策密切相关。

3.3 灰色预测法[2]

灰色数学理论认为负荷序列是多种影响因素综合作用的结果。多种因素的未知性和不确定性，成为系统的灰色特性。灰色系统理论把负荷序列通过生成变换，使其变化为有规律的生成数列。灰色预测法是一种对含有不确定因素的系统进行预测的方法，以灰色系统理论为基础，可在数据不多的情况下找出某个时期内起作用的规律，建立负荷预测的模型。灰色理论对灰量、灰过程的处理，不是找概率分布，求统计规律，而是用“生成”的方法，求得随机性弱化、规律性强化了的新数列，此数列的数据成为生成数。灰色预测法适用于短期负荷预测。

3.4 模糊负荷预测[3]

模糊负荷预测是近几年比较热门的研究方向。模糊原理适合描述广泛存在的不确定性，同时具有强大的非线性映射能力。模糊系统对于任意一个非线性连续函数，就是找出一类隶属函数，一种推理规则，一个解模糊方法，使得设计出的模糊系统能够任意逼近这个非线性函数。模糊预测法应用模糊逻辑和预报人员的专业知识将数据和语言形成模糊规则，单纯的模糊预测法的结果不够准确，因为模糊预测没有学习能力，因此模糊预测法常和神经网络等预测方法组合使用。

3.5 电力负荷随机时间序列预测技术

时间序列是指一个随机变量t变化的量y（t），在t1

需要指出的是，变量t指的不一定是时间，也可以是其他的物理量，只要是一个取值单调递增的物理量就可以了。例如，随着时间而变化的动能等一系列观测数据所组成的离散有序集合，也称为一个时间序列。由于电力负荷是一个随机变量，这个变量所描述的过程就是一个随机过程，电力负荷的历史资料就是按一定时间间隔进行采样记录下来的有序集合，如式y（t1），y（t2），…，y（tN），…，它是一个时间序列，用这个序列对电力负荷变化的规律和特性进行分析并对未来负荷作出预测，这正是电力负荷时间序列预测技术的主要内容。