台区负荷平稳性分析技术研究

杨金喜 高 洁

（国网江苏省电力有限公司扬州供电分公司，江苏扬州225000）

0 引言

台区是指电力供应系统中一台或者几台变压器的供电半径或范围，属于管理电网经济运行的一个概念。实际经验表明，一个地区的负荷往往表现出季节性效应。夏季和冬季的负荷明显高于春季和秋季。从经济性和可靠性分析来看，由于实际应用中一个地区的全部负荷往往无法由一个变压器负担，因此，低压台区可以被称为几个10 kV/0.4 kV变压器的供电半径或工作范围。通过划分低压台区可以最终实现电力市场营销的精细化管理[1-4]。

从用户主体的角度来看，电力用户可以分为住宅用户、工业用户、企业用户和公用事业用户。不同类型的用户具有不同的功耗特性，导致台区的负荷特性各不相同。由于台区负荷数据往往包含不止一个变压器，划分较为灵活，具有数据量小、平稳性差、数据随机波动性强的特点，基于传统的平稳性分析理论对负荷日曲线做平稳性分析，并不能得到很好的效果，即大概率会判定为非平稳序列，因为白天与夜晚的负荷数据往往相差较大。

因此，本文从另外一个维度，即对不同日期的同一时刻的采样点形成的序列进行平稳性检验，对采样点的平稳性进行分析，探讨负荷数据序列在时间上以及负载率角度的平稳性，从而为后续的研究提供理论依据[5-6]。

1 信号平稳性分析技术

由于平稳信号与非平稳信号两者性质上存在较大差异，因此对于待处理的信号序列，首先应判断其平稳性。信号平稳性定义如下：对于一个弱平稳过程{xl（t）}（-∞＜t＜∞），序列的平均值μx（t）是与时间无关的；序列的自相关函数（ACF）r（t1，t2）只与时延τ=t1-t2有关，和时间无关。即：

其中，＜>符号表示求平均值。

虽然信号平稳性的定义已十分明确，但是实际却缺少公认而统一的判断方法。

在已有的多种判断方法中，本文选取的方法基于如下理论：在频域方面，信号频谱随时间的波动幅度，可以反映出该信号的平稳性。

平稳信号的频谱不随时间的变化而变化，而非平稳性信号的频谱则是时变的。可以认为，不同时间点信号频谱变化幅度越小，则该信号平稳性越强。因此，需要选择衡量信号频谱随时间变化幅度的指标[7-8]。

定义一个序列在时间点t1，t2，…，tn的频谱与平均频谱距离为：

该定义参照了Theiler的检验方法，式中的Sx，K（tn，*）表示序列x（t）在tn时刻的频谱，＜ >符号代表取平均值。

此处采用Priestly提出的距离定义[9]：

式中，～符号代表待处理函数对应进行归一化处理之后得到的函数，此处使用f~（x）=f（x）/max f（x）作为归一化函数。

2 台区负荷平稳性分析流程

根据信号平稳性分析算法，以2016年5月1日至31日江苏扬州市某台区日负荷数据为例，设计了图1所示的台区负荷平稳性分析指标θ的计算流程，其中负荷数据每15 min采样一次，每日共96个数据点。

首先将负荷曲线数据转化为频域信号，进而对频率求均值，并计算定义距离及其方差，利用式（5）计算得到波动幅度指标Θ。

3 仿真分析

随机选取扬州地区6000000323607号台区，按指标对96个时刻点从5月1日至31日作出平稳性评估，所得结果如图2所示。

由图2可见，大部分采样点的平稳性指标较好，属于正常可预测范围内，与大部分点相比，有少数采样点的平稳性指标出现极大幅度的提升，即平稳性特别差，极端情况出现在14：45，其指标与大部分预测点相比超出了3个数量级。负荷序列的不平稳性往往是由一段时间的少数异常值引起的（往往同时也是最大值），这由一些随机因素所产生，考虑到一些突发事件，比如电力系统突发故障、重大政治活动以及热门电视节目等都是影响台区负荷的重要随机因素，这也为负荷预测提供了负荷特性的分析依据。

图1 台区负荷平稳性分析流程

图2 6000000323607号台区平稳性指标

4 结论

本文对台区负荷进行分析，介绍了时序信号平稳性分析的方法，并做出了将该方法应用至台区短期负荷预测上的尝试。通过对2016年5月扬州市6000000323607号台区日负荷数据采样点以及最大值的平稳性分析，得出了平稳性指标，并进行排序，作出了相关分析。通过对50个台区的平稳性分析，发现在以下时段负荷平稳性较差：05：00—07：30、10：30—12：00、12：30—15：00。