基于负荷预测的电压无功优化问题探究

武晓峰

（吴忠供电局，宁夏 吴忠751100）

0 引言

电力系统的负荷每时每刻都在变动，这种变动一方面，有其不确定性，如气候的变化、意外事故的发生等造成对电力负荷的随机干扰。另一方面，电力负荷的变动存在着明显的周期性变化趋势。

1 电力系统负荷特点与变化规律

1.1 电力系统负荷的特点

电力负荷具有按天、按周、按年周期性变化的特点。这主要是人们的生活节奏和气候季节性变动引起的。一天中白天的生产和晚上的照明，形成了日负荷曲线的两个用电高峰。另外，负荷按每隔24 小时不断起伏变化，但它并不是一周期简单的重复前一个周期的数值，事实上后一个周期和前一个周期在数值上是不同的，数值的改变具有一定的随机性。而且负荷每天的变化水平也不相同，工作日和休息日之间的负荷水平差异较大。这是由于工作日用于生产的负荷较多，而休息日用于生产的负荷较少，负荷水平较工作日低。

电力负荷同时还是连续的，这就是说负荷曲线上任意相邻两点之间的变化是连续的，不存在奇点。这是由于为了保证电力系统的安全稳定运行，无论是增加负荷还是切除负荷，都限制在一定的范围之内，以避免对电力系统造成较大的冲击。负荷总量表现为一个连续变化的过程，一般不会出现较大的跃变。

另外，电力负荷还具有季节性变化的特点。这是由于在不同的季节里各类负荷所占比例不同造成的。一般来说，春秋季节受气候变化影响较小，夏冬两季受气候影响较大。在夏季，由于气温偏高，电力负荷中空调所占的比重较大。空调负荷随着温度升高而增大，随着温度的降低而减小；在冬季，气温偏低，用于取暖的负荷占比例增大，遇到寒潮来临时负荷可能突增。而且，在某些地区，最大负荷可能出现在夏季。在另外一些地区，最大负荷可能出现在冬季，这些都要视实际情况而定。

电力负荷受天气变化的影响也很明显，除温度外，还受降水量、湿度、风向和风力等的影响，随着国民平均耗电量的不断增长，它对负荷的影响就越来越明显。例如在阴雨天气，照明负荷一般都要增加；而且阴雨天气往往伴随着降温等天气变化，并且与早涝灾害的发生又有直接关系，直接影响着负荷的变化。但是，不同的电网负荷对各种天气因素的灵敏度是不相同的，例如，东北地区初冬的一次寒流会使负荷由南至北逐次增加； 南方夏季的台风一路解除各地的闷热天气，使负荷依次下降。

除了上述的影响因素外，还有其它一些因素也会对负荷产生影响，如社会经济因素、随机因素等。

1.2 负荷变化规律

补偿电容器的投切和变压器分接头调节，不仅要保证节点电压、功率因数合格，同时要尽量减少开关操作次数，延长设备寿命，减少对系统安全的影响。因此，必须从“具体问题，具体分析”的角度出发，首先应分析负荷的特点，根据日负荷变化曲线，总结其变化规律。

按系统负荷构成可将其划分为： 城市民用负荷、 商业负荷、农村负荷、工业负荷以及其他负荷。城市负荷主要是城市居民的家用负荷。商业负荷与工业负荷是指为商业与工业服务的负荷。农村负荷是指广大农村所有的负荷(包括农村民用电、生产与排灌用电以及商业用电等)，其他负荷则包括市政用电(如街道照明)、公用事业、政府办公、铁路与电车、军用以及其他等。

商业负荷也同样具有季节性变动的特性，而这种变动主要也是由于商业部门越来越广泛地使用空调、制冷设备等敏感于气候的电器所致。相对来说，工业负荷一般都视作是受气候影响较小的基础负荷。

2 电压无功优化的基础

2.1 利用变压器的短时过载能力

根据变压器负荷能力中的绝缘老化理论，变压器短时间过负荷不会影响使用寿命，过负荷1.3 倍时，可以延续2 小时，而负荷波动持续时间通常为十几分钟左右，因此可以充分利用变压器的过负荷能力，减少不必要的投切，从而延长设备寿命。

2.2 实施的可行性

我国电力部门。力率考核统计办法。中规定，对功率因数的考核是按月有功电量和无功电量来统计的，对电压合格率的考核是按整点来计算的。因此，短时间内电压或功率因数超出合格范围是允许的，对总的指标影响很小。

2.3 负荷预测的实现

考虑到目前越来越多的变电所安装了综合自动化系统，能够实时监测电网运行情况，并存储了大量历史负荷数据，可以实现电网短期和超短期负荷预测。通过预测值和实时数据的比较，将结果作为补偿电容器的投切和变压器分接头调节控制策略主要参考量，来实现投切优化，在保障安全的前提下，实现最优运行方式。

3 电压无功控制优化方法

在典型电压无功综合控制装置的工作原理中，负荷波动使工作点短时偏离正常工作区，有可能引起补偿电容器投切和变压器分接头调节振荡。其处理措施是采取延时动作：一般延时整定为15 分钟，如果波动负荷仍然存在，则控制输出动作，否则不动作。另外的措施是事先给定分时段补偿电容器组投切次数的限制值，避免短时频繁投切。

在实际运行中发现，上述办法虽然能躲过多数很短时间的负荷波动，但整体效果并不太好：定延时的方法在过滤掉大部分负荷波动的同时，但对较长时间(超过15 分钟)的负荷变化不能及时投入，影响了功率因数和电压合格率。而采用投切次数的限制值，考虑到设备寿命和系统安全可靠性，该值不可能很大，一般每小时限值为2-3 次，如果用完则该时段内无法补偿，则损失的功率因数和电压合格率更大。

为解决上述问题，本文采用引入短期和超短期负荷预测的方法。具体如下：负荷预测的结果作为主要参考量提供给无功补偿装置，同实时数据相比较，判断是否为波动负荷，此时变压器是否过载，权衡各种处理方法的利弊，再据此做相应处理。

4 电压无功控制优化控制策略

通过短期和超短期负荷预测，我们可以得到未来24 小时或者巧分钟的负荷预测曲线。例如，无功、时间负荷变化曲线，如图1 所示。

图1 负荷预测曲线

设当前时刻为不，对应无功负荷为T1。当系统检测到发生负荷波动Q1时，可以从负荷预测曲线得到的持续时间：

设电压无功控制装置定延时定值分别为T延定1和T延定2，其中T延定1为负荷波动定义的最小时间，T延定2为必须调整的最小负荷波动时间。当综合调压控制装置预测到负荷开始越限时，可以从负荷预测曲线得到其可能的持续越限时间△T(预测数据)，则有关判据如表1 所示。

表1 控制判据

如果电压无功控制装置预测到无功负荷有波动，但是没有越限，则根据改进的九区图控制策略对电压无功进行控制。

5 结束语

总之，电力系统的控制、运行和计划都需要负荷预测的信息，准确的负荷预测对电力系统的安全经济运行是非常关键的。随着电力市场的发展，市场竞争的加剧，人们的注意力越来越多地集中在短期负荷预测。短期和超短期负荷预测是电网优化控制的基础，其预测精度直接影响电力系统的效益。

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