关于甘肃省母线负荷预测若干问题的研究

严 革

（国网甘肃省电力公司调度控制中心自动化处，甘肃 兰州730030）

1 概述

电网母线负荷预测系统（BusloadForecastSystem）是分析和预测电网各节点电力需求的技术支持系统。电网母线负荷预测是制定电力系统运行方式的重要依据，精确的母线负荷预测是合理安排生产调度计划，保证电力系统安全、经济运行的前提和保障。

2 电磁环网问题

电磁环网亦称高低压电磁环网，是指两组不同电压等级的线路通过两端变压器磁回路的联接而并联运行。甘肃地区局部电网有这样的运行特点。高低压电磁环网中高压线路断开引起的负荷转移对电网安全和稳定有较大影响，因此如何进行电磁环网环境下的母线负荷预测和安全校核是必须要考虑的问题。

（1）电网母线负荷预测对象的选择。基于甘肃电网的电磁环网现状，在进行安全校核工作时必须要使用包含低压电磁环网结构的网络模型，这样才能准确预估电网安全运行状况。因此甘肃母线负荷预测对象的选取就不能限定为“220kV主变高压侧”这一范围，而应该扩展为“中低压侧出线”（如图绿色的负荷部分）的预测，这也符合国网关于母线负荷建模的规范要求。

如图1所示，由于10～11节点、13～14节点的关联，形成了高低压电磁环网：

图1 高低压电磁环网图

针对出线的预测即能够避免因高压节点预测的不精确性，也能提高安全校核工作的实用化效果。母线负荷预测系统应提供了这种预测模式的灵活配置工具，只要电网模型和负荷数据基础具备，在技术实现上没有问题。

（2）上报网公司的预测对象提取问题。在国网母线负荷预测的工作要求中，省公司后期会将220kV或330kV主变高压侧负荷预测结果作为上报内容进行上报，依照上一节所提到的预测对象选取方案，就存在将低压出线负荷（图1中绿色部分）汇总为主变高压侧负荷（例途中的1、2、3#主变）的问题。

因为电磁环网的存在，这种非树状结构使得高压节点负荷的汇总不能采取向上累加的方式；而应该采用简易状态估计计算的方法，利用电网潮流分布来得到高压节点负荷。这种方式既可以满足上报管理的要求，又可以得到较为准确的高压节点负荷预测结果。

3 风电节点的预测问题

短期母线负荷预测是针对高压节点负荷进行的，风电的出力变化会影响节点负荷的变化。风电出力增加时，更多的负荷由风电供应，网供负荷减少。甘肃大量风电是径流式的，没有调节能力，在实际运行中处于有风即发的状态，运行状态和出力受气象因素特别是风力的影响很大。因此，分析清楚小风电对负荷的影响并提出行之有效的解决方案对做好这类地区的母线短期负荷预测工作是有重大意义的。

准确预测结果要建立在对历史数据较为完整的掌握和全面分析的基础上，在负荷预测中处理风电问题的关键点在于如何对风电信息的掌握和分析。下面根据当地风电信息获取的程度提出以下3种风电问题展开的预测建议。

（1）低压母线负荷累加法。低压负荷累加的负荷预测方法是依据地市级电网及其下级网的特点研究出的一种简易的电力负荷预测方法，并且具有满足精度要求的预测结果。

各地市级电网总体呈现出以下3个特点：①供电区域大，负荷结构复杂，影响负荷大小及分布的因素较多；②电网由多个区县级子网组成，统计区县统辖的风电信息存在困难；③组成电网的子网分布区域较广，气象差别较大。

由于供电区域较大，地市级电网不易获得区县电网统辖下的风电的精确信息，给负荷预测造成了一定的困难；另外，对风电资源丰富的地区，风力是影响负荷的重要因素，而从第三个特点可以看出，由于不同区县气象情况难于获得，电网短期负荷预测的准确度很难持续保持较高的水平。

而相对于地市级电网而言，其子网——区县级电网，其特点则有明显的不同：①供电区域小，负荷结构清晰，影响负荷大小及分布的因素较易统计；②子网供电公司容易掌握各个子网内的风电情况；③各个子网供电区域内的天气情况变化很小，且有详细的预报，获知气象信息较容易。在这种情况下，低压母线负荷累加法就是充分利用区县级供电公司提供的预测结果来形成对地市级电网的负荷预测。

基本原理如下：不考虑厂用电、损耗，地市级电网母线负荷等于下级电网关联母线负荷之和。由于区县级负荷（作为个体）满足相互独立、互不影响的条件，因此地市电网负荷（作为母体）服从正态分布。在预测各个区县级的负荷时，即使某些区县级供电公司由于预测条件较差，预测误差较大，由于这些正、负误差的相互独立，且均服从某一区间上的均匀分布，所以，将各个区县级供电公司的负荷预测数据相加后，误差相互抵消。

在实际情况下，考虑到电厂厂用电和线损以及部分由地市级电网直接供应的用户，地市级电网负荷高于各个区县级电网负荷之和。高出的程度，定义为“网损系数”，厂用电比率、线损比率和都是相对比较稳定的，地市级电网直接供应的用户所占比率比较小，所以，网损系数一般保持相当稳定。因此就可利用区县级负荷累加后乘网损系数的方法来预测地市级电网供电公司的全网总负荷。

实现流程大致如图2所示：

适应性分析：优点体现在如下方面：①需要信息量不大，不需要地调详细了解辖区内所有风电情况。②高压母线负荷与关联的低压母线负荷的关系比较稳定，预测比较准确。

但是，该方法具有如下缺点：①数据的全面性、细致性、实时性和准确性需要人工干预。②县调的技术力量以及投入程度都是制约该方案实施的主要因素。

（2）风电还原法。网供负荷实际上由两类负荷构成，分别为全社会用电负荷和非统调负荷，其中非统调负荷指小风电、小火电等发电资源所带的负荷，对于小风电特点明显的地区，小火电可以忽略不计，因此可以简化认为网供负荷=全社会用电负荷-小风电发出力。

实际上全社会用电负荷与小风电出力的发展变化规律是完全不同的，前者在时间上具有明显的周期规律性，负荷变化主要受温度的影响；而后者不存在明显的周期性，温度对其影响不大，发电量的大小在很大程度上取决于风力的大小。因此，根据不同负荷模型应适应不同的负荷特点的原则，应将这两类性质完全不同的负荷分别进行预测。一方面通过分别建模，有利于掌握负荷的发展特性，从而提高预测精度；另一方面通过分别预测，可以深入分析预测误差的来源，为进一步做好预测工作提供科学的依据。

基本原理如下：根据获得的历史小风电每日96点或24点的发电出力情况，将网供负荷分解为全社会用电负荷和小风电出力两类，分别展开预测。对于全社会用电负荷，由于其发展特性的稳定性，因此利用通用的预测算法一般就能够满足预测要求。

对于小风电出力，主要与风力相关，因此考察某一日小风电的发电量应连续选取前若干天作为历史相关日。预测过程中，应结合待预测日当日风场天气预报的风力情况，利用相似度原理寻找历史上与其最相似的几日，然后通过参考这几日的小风电出力情况和与待预测日的相似程度展开预测。

实现流程大致如图3所示：

图3 风力还原法流程图

适应性分析：该方法的优点体现在如下方面：①可根据两类负荷特性不同分别展开预测，预测效果比较好。②可以明确预测误差出现的原因，有利于分清责任，找到提高预测精度的工作方向。

但是，该方法具有如下缺点：①数据量要求比较大，要求可以提供小风电每日96点或24点发电曲线，并且需要有一定的历史积累。②在很大程度上依赖于天气预报的准确性。

（3）决策树预测法。由于风电的自动化程度低，经常无法准确的掌握风电的出力数据，使得全口径的用电负荷无法及时掌握。在这种情况下，可以模拟分析风电历史出力，模拟方式为：对历史日，模拟分析风力引起气温和湿度的变化导致的负荷降低值，负荷继续降低的部分，视为风力造成风电出力变化对负荷的影响，从而获得风电典型出力曲线。

基本原理如下：首先选取历史日，根据已经发现的气温、湿度与负荷的关系，预测由于气温、湿度和降水改变引起的负荷变化，在历史日总负荷变化中减去这部分，可以认为得到了因风力而导致的风电出力变化部分；利用该出力变化部分分析历史风力和风电逐时出力曲线之间的关系；根据待预测日的风力预报信息，预测待预测日的风电出力曲线，在不考虑风电出力变化的准预测负荷中减去小风电的出力预测，得到网供负荷的预测值。

实现流程大致如图4所示：

图4 决策树预测法流程图

适应性分析：该方法的优点主要体现在对数据要求不大，不需要提供风电历史出力情况，符合某些地区实际情况，具有比较大的可行性。缺点在于模拟效果较实际情况存在一定的误差，实际预测效果仍然需要检验。

4 安全校核应用问题

电力系统静态安全分析是电力系统规划、运行和监控的一个重要任务，而对每一个预想事故进行计算和分析，校核电网中是否有支路潮流违限等现象的存在，又是电力系统静态安全分析的主要内容。预想事故分析是电力系统安全分析的重要组成部分，它为系统运行人员判断系统当前状态是否安全提供了信息，也为制订正确的处理对策提供了前提。

利用静态电网安全校核软件，可以对日96点进行逐点的扫描与安全分析，其主要功能如下：

（1）直流潮流分析。对拟详细研究的系统进行直流潮流计算，分析线路潮流的越限情况，并可设置对越界线路报警。在负荷分布不变的情况下，可人工输入发电机出力的调整值，重新计算直流潮流。计算的网络复杂度、接线方式的复杂程度只受到计算机内存的限制，与算法本身无关。可保存多个直流潮流计算结果，供用户对比分析。该功能可以满足各种运行方式下的潮流分析的要求。

（2）单一故障自动扫描（线路N-1校验）。系统可根据当前系统的运行状况，进行自动故障选择，自动给出事故的严重性，以及事故之间相对严重程度等信息。对严重事故，分析每种事故情况下的越限情况，给出每个故障开断可能引起的过负荷数目以及越界元件。

（3）故障事故集评判。针对自动故障扫描功能存在计算量大、时间较长、难以分析三重以上故障等缺点，为此，系统建立了预想事故集的评判功能，弥补自动故障扫描的不足。该功能主要用于对分析人员认为比较重要的事故或者经常发生的故障，设定预想事故集合进行评估，从而避免对所有故障进行全部扫描，可显著地减少计算量、节省计算时间。

甘肃地区局部电网存在高低压电磁环网运行的特点，有效的电磁环网环境下的母线负荷预测和安全校核的解决方案，一方面能够避免因高压节点预测的不精确性，另一方面也能提高安全校核工作的实用化效果。