实时电网拓扑下的母线负荷预测技术分析

沈扬

摘 要：随着电力系统日益发展，母线负荷特征发生明显变化，对调度系统的决策提出更高的要求，必需研究母线负荷运行状态及发展趋势。母线负荷预测是提高电网调度水平的重要環节，也是现货市场环境下节点电价定价的关键依据，因此对市场环境下的母线负荷预测进行研究尤为必要。通过电网深度拓扑解析，实时分析构成母线负荷特征的全部元素，对各构成元素历史负荷数据智能拟合，形成负荷预测曲线并叠加，最终拟合生成预测对象的96点负荷曲线，并利用负荷态势预测结果对断面及设备重过载预警信息进行发布。

关键词：电网拓扑;母线负荷;负荷预测技术

引言

随着国民经济的快速发展，对用电量的需求不断提高，电力负荷预测成为了电力系统正常工作中重要的环节。负荷预测以预测对象为依据，可划分为系统负荷预测和母线负荷预测，而后者与前者相比，是细化到变电站内具体的供电对象。母线负荷预测是指对接入电网各母线节点的用电负荷的预测。在电力现货市场不断推进的背景下，电网系统母线负荷预测不仅为电力系统的安全、经济运行提供了保障，还是市场环境下编排调度计划、供电计划、交易计划的基础，是目前市场价格与实时市场价格形成的重要基础。因此，未来对负荷预测的准确性、实时性、可靠性提出了更高的要求。目前，地调母线负荷预测对象为220kV主变高压侧的负荷。

1电网拓扑下的母线负荷预测的重要性

负荷预测可以为电力系统的未来发展规划提供数据参考，而且其预测分析结果也可为电力生产提供帮助。根据不同的预测需求，负荷预测也存在时间跨度方面的差异化。若是只针对电力系统在未来数小时之内的预测，了解该时间段的负荷波动情况，则为短期负荷预测或是超短期负荷预测。当需要对电力系统运行情况进行安全监视时，或者在一些应急性电力问题处理工作中，会应用该种预测方式。超短期预测是负荷预测中时限最短的预测类别，在其预测过程中，不必考虑温度差异对预测结果造成的影响，但若在预测时间内存在极端天气情况，则需要对其影响进行参考。该预测类别需要在极短的时间内构建起预测模型，并实施迅速预测。该类别预测必须以精确的数据作为支撑。短期负荷预测是根据日负荷曲线变化情况进行预测，从而为短期内的发电计划提供参考依据，进行科学的负荷控制。

2母线负荷预测准确率的影响因素

2.1负荷转供

在实际运行中母线存在计划性检修、小电源接入、电力系统多种运行方式等问题，以上问题的发生会导致母线负荷的分布结构发生变化。当系统的运行方式发生变化时，原本直接供电的母线由其他母线转为供电，或母线供电负荷由少变多。由此可知，运行方式不同，母线负荷值可能会发生较大变化，从而影响负荷预测结果。

2.2网损

电能传输过程中，母线上会有损耗，母线上网损对预测结果的准确率产生一定影响。母线损耗较大时，一般是负荷较多，地区网损较大的情况;相反，母线损耗较小时，一般是负荷较小，地区网损较小的情况。因为母线负荷预测是非计划性负荷分量和计划性分量的一个综合体，所以母线负荷预测系统的思路是综合全面考虑母线负荷的非计划性负荷和计划性负荷，最终得到可靠准确的预测结果。由此可知，在求取母线负荷时，影响母线负荷预测的一个直接因素是网损。

2.3气象

气象因子是影响系统负荷预测准确率的重要因素。母线负荷是系统负荷的组成部分，气象因子对其也有一定的影响，主要表现为负荷大小的突然变化。首先，对预处理后的数据应用k-mEAns算法进行聚类分簇，得到各负荷类型的聚类中心，并以此为基准曲线;然后，针对基准曲线采用皮尔逊相关系数进行气象相关性分析，筛选出负荷敏感的气象因素;气象因子主要包括温度、湿度、风速等，因为地区差异的存在，不同地区受到气象影响的影响因子和程度不同。而对于电力系统母线负荷，温度和降雨量是主要的影响因素。由气候条件变化导致负荷总量快速变化的部分为天气敏感负荷，夏季主要是空调等降温负荷，冬季主要是取暖器等采暖负荷。

3电网拓扑下的母线负荷预测技术分析

3.1数据预处理技术

提出适用于电力市场环境下母线负荷预测的数据需求库;针对数据样本中的空缺、零值等异常情况进行填补和修正，从而保持其在时间序列上的连续性;同时，采用mAx-min方法对数据样本进行归一化处理，以加强各样本类别间的可比性。

3.2数据修正电磁环网下96点数据

由于电网结构基于检修方式下的各片区构建电磁环网方式相对固定，因此基于历史电磁环网下潮流的分析，可看出对于纯负荷站点或只有火电机组上网的非纯负荷站点构建电磁环网时，PASS计算后潮流变化的百分比结果可直接应用于96点预测;对于光伏上网的站点，需取早晚两次潮流计算结果应用于相应时段预测。

3.3采集10kv馈线历史电流数据技术

从系统中获取近20天并根据预测当天是否节假日、10kv线路是否转供电状态筛选出来的历史电流数据。具体数据获取步骤如下。首先获取预测当天预测日气温，作为获取历史数据时的筛选条件。根据当前设备是否属于转供电状态进行判断，作为获取历史数据时的筛选条件。判断预测当天是否属于节假日，作为获取历史数据时的筛选条件。获取该线路近20天的转供电状态、节假日、当天温度与预测日气温相近的电流值。获取该线路近20天的转供电状态、工作日、当天温度与预测日气温相近的电流值。获取该线路近20天的非转供电状态、节假日、当天温度与预测日气温相近的电流值。

3.4预测断面有功负荷数据

通过断面配置找到断面的组成部分，然后通过220kv主变的预测值推算出断面的预测值。具体通过分析找到组成断面的220kv线路及网络，然后通过拓扑通道找到供电的220kv主变，可以从EMS获取设备连接关系、潮流方向、开关和刀闸状态等数据，得到与该220kv线路连接的220kv主变，根据220kv线路和与其连接的220kv主变的有功负荷的实时值计算其比例，根据220kv主变的预测值和与线路的比例关系推算出线路的预测值，根据220kv线路的预测值和实时方向计算得出断面的预测值。有文献在研究短期负荷预测中，采用了聚类分析与模糊推理相结合的方法，从而保证了数据分析中的学习能力和不确定性描述能力，取得了较好的效果。

结束语

母线负荷预测对于提前精细化安排电网运行方式意义重大，需不断加强技术及管理方面的研究。技术上应重点保障基础数据质量，加强算法研究，提高多数据源信息整合度。管理上要优化业务流程，健全沟通制度，提升专业与专业、电网与用户间的信息共享效率。上述技术改进及管理措施落实后，常州电网220千伏母线负荷预测月度准确率平均值达95.80%，较上年的84.24%有较大提升。但技术上，在同时受到风电、光伏出力影响前提下构建的电磁环网潮流，目前还是难以预测96点负荷情况，因此亟需通过更加专业的技术系统和先进算法来解决。

参考文献

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