配电网中长期负荷预测方法综述论文
随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高, 人们对电量需求量以及电能质量的要求也越来越高。配电网是发输电系统与用户用电设备联络的枢纽, 是电力系统的重要组成部分, 在我国, 配电网的网络建设却远落后于电源建设, 特别是城市配电网, 在全国很多城市中都存在供电卡脖子, 以致给企业生产和人民生活等方面带来了消极影响的现状。因此, 提高配电网规划水平、合理改造电网结构、减少电能损耗、提高供电效益和供电质量, 是非常必要的。
中长期负荷预测是配电网规划的前提和基础, 配电网规划要求既要预测未来负荷的总量, 又要预测未来负荷增长的位置, 即中长期负荷总量预测和空间负荷预测, 它们对于合理地配电网规划都具有重要的指导意义, 其预测结果为地区电力发展速度、电力建设规模、电力工业布局以及能源资源平衡等提供可靠的依据;其预测结果的可靠性与准确性直接影响到国民经济的发展和人民的日常生活。
1 配电网负荷预测的分类
配电网负荷预测, 按照其研究对象的不同可分为负荷总量预测和空间负荷预测。
(1) 负荷总量预测是将整个规划地区的电量或负荷作为预测对象, 以预测区域历史电量、历史负荷以及一些经济因素为依据, 预测结果是未来预测区域对电力的需求量和电网的供电容量, 它属于战略预测, 对预测区域供电电源点的确定和发电计划具有重要的指导意义。
(2) 空间负荷预测又称小区负荷预测, 是将预测区域划分为小区, 以小区的相关因素为依据, 预测结果是未来小区的电力需求量和负荷值, 它不仅是在时间上预测未来负荷的量, 而且还要预测负荷增长的位置信息, 即未来负荷的空间分布。只有确定了供电区域内各小区的未来负荷, 才能对变电站的位置和容量、馈线型号和路径、开关设备以及它们的投入时间等决策变量进行规划。
配电网负荷预测, 按照其预测时间期限的不同通常又分为长期、中期、短期和超短期负荷预测四类。
(1) 长期负荷预测一般是指10年以上并以年为单位的负荷预测, 中期负荷预测是指5年左右并以年为单位的负荷预测。它们的意义在于合理地安排电源和电网的建设进度, 提供宏观决策的依据, 使电力建设满足国民经济增长和人民生活水平提高的需要, 帮助决定新的发电机组的安装 (包括装机容量大小、型式、地点和时间) 与电网的规划、增容和改建, 是电力规划部分的重要工作之一。
(2) 短期负荷预测一般是指一年之内以月为单位的负荷预测, 还指以周、天、小时为单位的负荷预测, 通常预测未来一月、未来一周、未来一天的负荷指标, 也预测未来一天24h中的负荷。其意义在于帮助确定燃料供应计划, 对运行中的电厂出力要求提出预测, 使对发电机组出力变化事先得以估计, 可以经济合理地安排本网内各机组的启停, 降低旋转储备容量, 可以在保证正常用电的情况下合理安排机组检修计划。
(3) 超短期负荷预测一般是指未来1h、未来0.5h甚至未来10min的负荷预测。其意义在于可对电网进行计算机在线控制, 实现发电容量的合理调度, 满足给定的运行要求, 同时使发电成本最小。
2 配电网负荷预测国内外研究现状
2.1 配电网中长期负荷总量预测综述
配电网中长期负荷总量预测方法可分为经典预测方法、传统预测方法和新兴预测方法, 它们都有各自的优缺点和适用范围, 同时研究人员还对一些方法进行了改进, 以进一步提高其预测结果的可靠性和准确性。
(1) 经典预测方法。
从严格意义上说经典预测方法并不是真正的预测方法, 它不是通过建立数学模型, 而是依靠专家经验或一些简单变量之间的相互关系对未来负荷做出一个方向性的结论, 所以预测的精度较差, 而且常需要做大量细致的统计工作。该类方法主要有单耗法、比例系数增长法等。
(1) 单耗法。
单耗法即单位产品电耗法, 是通过某一工业产品的平均单位产品用电量u以及该产品的产量o, 得到生产该产品的总用电量T。计算公式是:
有时考虑用国民经济生产总值或工农业生产总值G, 结合其电量单耗 (产值单耗) U, 计算出用电量T, 这就是产值单耗法。计算公式是:
单耗法需要作大量细致的统计调查工作, 近期预测效果较佳, 但实际中很难对所有产品较准确地求出其用电单耗, 即使运用该方法, 其工作量也很大。
(2) 比例系数增长法。
比例系数增长法是假定今后的电力负荷与过去具有相同的增长比例, 用历史数据求出比例系数, 按比例预测未来的负荷值。
(2) 传统预测方法。
传统预测方法主要包括趋势外推预测方法、回归模型预测方法等, 这些方法通常都是根据负荷的历史数据或一些负荷的相关影响因素建立一种确定的模型来预测未来负荷值。
(1) 趋势外推预测方法。
在一定条件下, 电力负荷存在着明显的变化趋势, 一旦找到了这个变化趋势, 按照该变化趋势就能对未来负荷情况做出预测, 这里突出对趋势明显的电力负荷数据序列作递推计算外推或曲线拟合外推, 所以它是一种外延的方法。如:移动平均法、平滑预测法、指数曲线模型等, 此类方法的优点是:所需历史数据少, 工作量小。但是此方法有效的前提是过去的发展模型会延续到未来, 没有考虑负荷的影响因素, 只致力于数据的拟合, 对规律性处理不足, 因此这种方法对短期效果比较好而不大适合于中长期预测。
(2) 回归模型预测方法。
回归模型预测方法可以把负荷与影响负荷的各种社会和经济等因素联系起来, 其优点是模型参数估计技术比较成熟, 预测过程简单, 使预测人员能够清楚地看到负荷增长趋势与其它可测影响因素之间的关系。但是, 这种方法要求样本量大且有较好的分布规律和较为稳定的发展趋势。另外, 有时难以找到合适的回归方程。
(3) 新兴预测方法。
近些年, 随着各种智能算法的进一步深入研究和广泛运用, 如人工神经网络预测法、等, 这些预测方法已经开始引入电力系统负荷预测, 并取得了较好的效果。
人工神经网络预测法。
人工神经网络理论用于短期负荷预测的研究比较多, 其突出优点是它可以模仿人脑的智能化处理, 对大量非结构性、非精确性规律具有自适应功能, 具有信息记忆、自主学习、知识推理和优化计算的特点。人工神经网络具有很强的自学习和复杂的非线性函数拟合能力, 很适合于电力负荷预测问题, 是在国际上得到认可的实用预测方法之一。
3 配电网空间负荷预测综述
空间负荷预测方法主要分为两大类——解析方法和非解析方法。非解析方法是更多地依靠规划人员的经验和主观判断来决定负荷的大小和分布, 虽然在一定程度上缺乏必要的科学性, 但可作为解析方法的辅助手段。解析方法是运用数学工具分析小区的各项原始数据 (如:历史负荷、相关经济指标和用地数据等) , 进而预测小区负荷的发展趋势。解析方法通常又分为趋势法、多变量法等。
(1) 趋势法。
趋势法是所有基于负荷历史数据外推负荷发展趋势的方法的总称, 它有两个最显著的优点:一是方法简单;二是仅需要小区负荷的历史数据, 所需数据量少。
趋势法初期的做法是, 以划分的小区为基础, 根据每个小区的负荷历史数据采用曲线拟合或其它推断方法外推来预测规划年的峰值负荷。有关文献提出了负荷搜集法、扩散法、偏好系数法和时间序列法等一系列属于趋势法范畴的预测方法, 但对每个小区都要进行曲线拟合, 其预测的工作量相当大。有关文献提出了聚类模板法, 该方法虽然减少了拟合曲线的工作, 但仍然存在模板多和难以选择的问题。
(2) 多变量法。
多变量法是以每个小区的年负荷峰值历史数据和其它多个变量为基础来预测规划年的峰值负荷。多变量法假定同一区间的控制数据和待求数据之间存在着某种关系, 通过它们之间的关系, 可由历史年和未来年一系列控制数据预测待求数据。实际上, 具体到空间负荷预测时, 小区负荷就是待求数据, 对影响其变化的相关量就是控制数据。
摘要：中长期负荷预测是配电网规划的前提和基础, 其准确性直接关系到规划方案的质量和配电网的安全经济运行;它也是实现电力系统管理现代化的重要内容之一。配电网规划要求既要预测未来负荷的总量, 又要预测未来负荷增长的位置, 即中长期负荷总量预测和空间负荷预测, 它们对合理地配电网规划具有重要的指导意义。本文分析了各种配电网中长期负荷总量预测方法。
关键词：配电网规划,中长期负荷总量预测
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