盧國(guó)安（廣東天能電力設(shè)計(jì)有限公司，廣東　佛山　528100）

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配電設(shè)計(jì)中的負(fù)荷預(yù)測(cè)分析及其計(jì)算方法

盧國(guó)安（廣東天能電力設(shè)計(jì)有限公司，廣東佛山528100）

在電力系統(tǒng)當(dāng)中，為了提高配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可操作性，對(duì)其進(jìn)行智能化管理，提高其運(yùn)轉(zhuǎn)效率，對(duì)于電力企業(yè)的發(fā)展具有重要的影響。針對(duì)我國(guó)配電系統(tǒng)存在的設(shè)備利用效率低，供電可靠性能差，線損嚴(yán)重等情況，對(duì)配電運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)核預(yù)測(cè)，將有效地提高配電網(wǎng)運(yùn)行安全，改善供電質(zhì)量，降低系統(tǒng)線損，從而提高電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益。本文將對(duì)配電設(shè)計(jì)中的負(fù)荷預(yù)測(cè)進(jìn)行闡述，就配電網(wǎng)運(yùn)行靈活多變的特點(diǎn)以及復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出不同的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)不同層面重構(gòu)的可能性。

配電設(shè)計(jì)；負(fù)荷預(yù)測(cè)；計(jì)算方法

電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行是建立在負(fù)荷預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上的，通過(guò)對(duì)電力負(fù)荷變化規(guī)律進(jìn)行分析，掌握系統(tǒng)的運(yùn)行的情況，從而為系統(tǒng)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)提供理論依據(jù)。在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，系統(tǒng)自身的特點(diǎn)以及周圍環(huán)境等將對(duì)配電的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生一定的影響，此時(shí)，利用負(fù)荷預(yù)測(cè)，就可以將影響電力輸出的因素圈定在一個(gè)范圍內(nèi)，然后用科學(xué)的方法進(jìn)行排除，從而使電力系統(tǒng)恢復(fù)到正常的運(yùn)行狀態(tài)。由此可見(jiàn)，配電設(shè)計(jì)中的負(fù)荷預(yù)測(cè)的重要性。本文對(duì)于配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的負(fù)荷預(yù)測(cè)及其計(jì)算方法進(jìn)行分析，為配電設(shè)計(jì)中的負(fù)荷預(yù)測(cè)提供理論支持。

1　配電變壓器負(fù)荷預(yù)測(cè)簡(jiǎn)介

電力事業(yè)的發(fā)展對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)的安定和諧以及人民生活等將產(chǎn)生重要的作用。配電網(wǎng)直接對(duì)接用戶，為了保證用戶能夠接收到高質(zhì)量、高效率的電能，保證電網(wǎng)的運(yùn)行安全，進(jìn)行配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)將發(fā)揮重要的作用［1］。配電網(wǎng)設(shè)計(jì)的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)主要是以設(shè)計(jì)規(guī)劃為基礎(chǔ)的，通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)的規(guī)劃效果以及可行性進(jìn)行分析，保證配電設(shè)計(jì)能夠在后期的運(yùn)行過(guò)程中發(fā)揮穩(wěn)定的作用。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的影響下，電力企業(yè)所進(jìn)行的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)需要有較高的精度，如此，才能保證在后期投入使用后產(chǎn)生預(yù)期的效果，使企業(yè)得到可觀的經(jīng)濟(jì)收益。

因配電系統(tǒng)的組成設(shè)備較多，配電元件的連接方式不同，致使配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成不同。在面對(duì)用戶的過(guò)程中，因不確定因素的影響，導(dǎo)致用戶端或監(jiān)測(cè)設(shè)備終端對(duì)電能的數(shù)據(jù)輸出記錄出現(xiàn)紕漏，而由設(shè)備故障或其他原因造成的輸電系統(tǒng)事故也常有發(fā)生［2］。在此種情況下，對(duì)于配電網(wǎng)系統(tǒng)的科學(xué)檢測(cè)就顯得尤為重要了。在配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當(dāng)中，并不是所有的測(cè)量都能得到數(shù)據(jù)，多數(shù)是由人為補(bǔ)充數(shù)據(jù)完成的，如此，每個(gè)終端得到的設(shè)備數(shù)據(jù)都不完整，準(zhǔn)確性較低。所以，在配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)當(dāng)中，會(huì)有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)丟失，預(yù)測(cè)的影響因素存在較大的變動(dòng)等現(xiàn)象，因此，選擇一種合適的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法對(duì)于電壓輸出的穩(wěn)定性具有重要的作用。

2　配電設(shè)計(jì)中的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法

在電力系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)中，常見(jiàn)的預(yù)測(cè)方法有根據(jù)電力行業(yè)的特點(diǎn)進(jìn)行常規(guī)預(yù)測(cè)和按照負(fù)荷的功率進(jìn)行預(yù)測(cè)的。具體的可操作的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法有幾下幾種：

2.1分產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值單耗法

單耗法是將單件產(chǎn)品的耗電作為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)單件產(chǎn)品的平均用電量以及產(chǎn)能量進(jìn)行收集，得出該產(chǎn)品的總耗電量［3］。該種方法需要進(jìn)行大量的細(xì)致調(diào)查工作，而且得到的產(chǎn)品單耗能量也存在較大的出入。

2.2電力彈性系數(shù)法

電力彈性系數(shù)的得出是電量平均增長(zhǎng)率與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的比較，此種方法可以分析出電力彈性系數(shù)與單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值電耗之間的關(guān)系，通過(guò)與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值速度，電力彈性系數(shù)等，得出總電量。此種預(yù)測(cè)方法仍需要進(jìn)行大量的調(diào)查工作，才能得到準(zhǔn)確的系數(shù)值。

2.3分區(qū)負(fù)荷密度法

負(fù)荷密度預(yù)測(cè)法主要針對(duì)的是某一范圍內(nèi)的平均耗電量，通過(guò)獲得已知的耗電量，進(jìn)而對(duì)以后的的某一時(shí)間段該地區(qū)的用電密度進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后再乘上該地區(qū)面積得到用電量預(yù)測(cè)值［4］。分區(qū)負(fù)荷預(yù)測(cè)法需要收集預(yù)測(cè)地區(qū)過(guò)去幾年的發(fā)展情況以及電力規(guī)劃目標(biāo)，根據(jù)收集的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行區(qū)域劃分，然后將不同的區(qū)域用負(fù)荷密度法進(jìn)行預(yù)測(cè)，最后將區(qū)域預(yù)測(cè)結(jié)果相加就得到了總的用電量預(yù)測(cè)值。

2.4時(shí)間序列法

時(shí)間序列分析法借助的是以往的負(fù)荷記錄，依照時(shí)間順序，找到電量消耗的變化規(guī)律，從而建立時(shí)序模型，以推斷出以后的負(fù)荷數(shù)值的一種負(fù)荷預(yù)測(cè)方法。該種負(fù)荷預(yù)測(cè)方法是假定一種負(fù)荷變化會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，即按照時(shí)間序列X1，X2，…Xm進(jìn)行預(yù)測(cè)，之后進(jìn)行平滑處理，計(jì)算的平均值如下：

式中：表示為現(xiàn)在點(diǎn)t向前平移m個(gè)點(diǎn)，所得平均值即為該點(diǎn)的一次移動(dòng)平均值。

2.5相似日法

通常，電力系統(tǒng)在進(jìn)行短期負(fù)荷預(yù)測(cè)時(shí)，會(huì)因預(yù)測(cè)的時(shí)間相距較近以及天氣變化不明顯而得到相近的負(fù)荷值［5］。正是因?yàn)檫@一規(guī)律，所以，很多預(yù)測(cè)人員會(huì)找與預(yù)測(cè)日比較相近的日期進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行合理的修訂之后，即可得到某一日期的電力負(fù)荷預(yù)測(cè)值。具體的操作步驟可分為，先選擇某種差異評(píng)估函數(shù)，然后在歷史數(shù)據(jù)當(dāng)中尋找到與之前相近的預(yù)測(cè)日期，之后根據(jù)待測(cè)日的參數(shù)進(jìn)行修正，得出預(yù)測(cè)結(jié)果。

2.6趨勢(shì)外推法

趨勢(shì)外推法是較為常用的超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，主要是將以往的某一時(shí)間段的電量輸出情況進(jìn)行隨機(jī)的采集，并將這一變化結(jié)果用線性或者二次曲線來(lái)擬合負(fù)荷變化曲線，通過(guò)曲線的直觀變化來(lái)反映負(fù)荷的自身變化趨勢(shì)，之后按照這一變化趨勢(shì)將曲線拉長(zhǎng)［6］。對(duì)于將某一點(diǎn)的曲線進(jìn)行外拉以預(yù)測(cè)出該點(diǎn)未來(lái)的負(fù)荷情況，需要考慮天氣變化，因此種預(yù)測(cè)方法受天氣變化影響較大，所以，為了縮小預(yù)測(cè)誤差，最好選擇天氣變化平穩(wěn)的時(shí)間段，然后根據(jù)其變化規(guī)律進(jìn)行曲線外延。

3　配電設(shè)計(jì)中的電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的分析

我國(guó)對(duì)于電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，可歸納為參數(shù)模型的方法以及非參數(shù)模型的方法兩類。參數(shù)模型的預(yù)測(cè)方法是通過(guò)分析負(fù)荷和影響負(fù)荷之間的定性關(guān)系，建立負(fù)荷數(shù)學(xué)模型或統(tǒng)計(jì)模型。對(duì)以往數(shù)據(jù)的分析通過(guò)估計(jì)得到模型參數(shù)，然后分析模型參數(shù)誤差，進(jìn)而得到預(yù)測(cè)模型。但該種預(yù)測(cè)方法在中長(zhǎng)期電力負(fù)荷預(yù)測(cè)當(dāng)中不實(shí)用，原因是中長(zhǎng)期電力負(fù)荷呈現(xiàn)不規(guī)律變化，受外界因素影響較易發(fā)生變化，所以，在分析電量輸入與輸出的非線性關(guān)系時(shí)，存在著一定的困難。此時(shí)，利用歷史參數(shù)作為預(yù)測(cè)對(duì)象，將導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)較大偏差。另外，模型的建立依賴于設(shè)備所處的環(huán)境，但因電力大系統(tǒng)需要的負(fù)荷設(shè)備較多，運(yùn)行的環(huán)境也容易受到干擾，所以，很難進(jìn)行電能數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)化，構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型。即使排除一切不利因素建立起數(shù)學(xué)模型，也會(huì)因計(jì)算的復(fù)雜而出現(xiàn)錯(cuò)誤。所以，電力相關(guān)研究人員對(duì)于配電網(wǎng)規(guī)劃中的負(fù)荷預(yù)測(cè)借助了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，利用其高速、精準(zhǔn)的計(jì)算特點(diǎn)，得到準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果，使數(shù)學(xué)模型的建立不再受非固定參數(shù)的影響。

4　結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)階段，我國(guó)配電網(wǎng)在實(shí)際發(fā)展的過(guò)程中存在著一些問(wèn)題，這些問(wèn)題可以通過(guò)負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法進(jìn)行解決。對(duì)于負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的選擇，需要預(yù)測(cè)人員根據(jù)實(shí)際工作情況以及人員配備情況，歷史數(shù)據(jù)記錄情況等，有選擇性的選擇一種可行的預(yù)測(cè)方法，從而保證預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，為改善輸電質(zhì)量，降低能源消耗，減少線損等創(chuàng)造有利條件。通過(guò)實(shí)踐得出，上述的一些方法，在負(fù)荷影響因素較為單一的情況下進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以得到較為精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)值，所以，在選擇預(yù)測(cè)方法時(shí)，要本著簡(jiǎn)單易行，可實(shí)現(xiàn)的原則，從而是負(fù)荷預(yù)測(cè)能夠發(fā)揮真正的作用，為使我國(guó)電力事業(yè)平穩(wěn)、健康的發(fā)展開(kāi)辟新途徑。

［1］鐘 清，孫 聞，余南華，等.主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃中的負(fù)荷預(yù)測(cè)與發(fā)電預(yù)測(cè)［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，15（19）：3050～3056.

［2］陳海勝.農(nóng)村電網(wǎng)配電設(shè)計(jì)探討［J］.科技與企業(yè)，2012，2（15）：155.

［3］黃天生.住宅區(qū)供配電設(shè)計(jì)分析［J］.房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2014，13（23）：86.

［4］朱鳳娟，王主丁，陸 儉，等.考慮小區(qū)發(fā)展不均衡的空間負(fù)荷預(yù)測(cè)分類分區(qū)法［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36（12）：41～48.

［5］蘇 娜.關(guān)于住宅電氣安全設(shè)計(jì)的探討［J］.建筑與預(yù)算，2013，19（9）：23～24.

［6］李文建，張喚橋.現(xiàn)代城市中配電網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)研究［J］.中國(guó)科技縱橫，2015，28（12）：157～158.

盧國(guó)安（1975-），男，中級(jí)工程師，本科，主要從事電力工程設(shè)計(jì)工作。

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2095-2066（2016）14-0015-02

2016-5-1