集中式省地一体化母线负荷预测系统

廖 峰，周 勇，贺 辉，徐聪颖，胡锦泓，蔡剑彪，姚建刚

（1.湖南大学 电气与信息工程学院，长沙 410082；2.湖南省电力公司，长沙 410007；3.湖南湖大华龙电气与信息技术有限公司，长沙 410082）

随着经济的发展,电网规模不断扩大，建立以数字化、自动化、互动化［1］为特征的智能电网，实现电网运行的可靠、安全、经济、高效，成为今后电网的发展方向。母线负荷预测的结果是实现调度精细化管理的基础，是开展安全校核和阻塞管理、电力电量平衡、检修计划编制等工作的前提。开展母线负荷预测能够实现电网安全校核方式的转变，提高日前安全校核和阻塞管理的精确性，提升电网在线安全稳定分析水平。

然而，各级变电站的母线数量繁多，且负荷特性差异较大，预测人员的工作量大，难以保证预测精度。基于母线的实际情况，开发了母线负荷预测系统，调动了各级负荷预测人员的积极性，在提高工作效率的同时提高了预测准确率。

1 影响预测精度的相关因素

母线负荷预测的准确度直接影响着节能发电调度与电网安全校核，对于提高电力系统的运行效率有着十分重要的意义。因此，要在充分考虑其影响因素的情况下，才能准确地把握其规律，构建出完善的预测模型，提高母线负荷预测的预测精度。

1.1 数据源

数据源中的不良数据是影响母线负荷预测精度的重要因素，它们不能准确地反映负荷变化的一般规律。不良数据的产生，有些是由于测量装置异常，或是数据传输出现错误所致，有些是天气突变、线路检修、小电源出力变化等因素造成的。历史数据是母线负荷预测的基础，也是检验母线负荷预测是否准确的标志。母线的数目众多，数据量大，存在着大量的不良数据，这些不良数据的识别和修正是保证预测结果可信的必要前提。

1.2 预测对象

母线负荷是电网的下网负荷，与系统负荷不同，易受小电源发电、负荷转供及计划检修的影响，负荷规律并不明显。对于此类母线负荷，若采用系统负荷预测的常规预测方式来预测，将难以排除小电源发电与负荷转供的影响。

与下网负荷相比，区域内的用电负荷会随着该地区的经济发展而增长，随着工作日与周末的交替而呈现周期性的变化，随着气象的变化而有规律的增减，因此，用电负荷才是最佳的预测对象。根据这一思想，系统将母线负荷预测转变为对该母线供电区域用电负荷进行预测，以消除小电源发电、负荷转供等因素的影响，提高其预测准确度。

1.3 气象因素与每日类型的影响

气象因素与每日类型是影响系统负荷变化的重要因素，由于母线负荷基数小，其对母线负荷的影响必定不亚于对系统负荷的影响。

母线负荷可粗略地分为综合性负荷与专线负荷：对于综合性负荷来说，其负荷变化主要是气象条件的改变和每日类型的周期变化共同作用的结果；专线负荷大多是供给工业生产或电气化铁路，一般其负荷的变化主要受国民经济增长和日常生产计划的影响，相对于气象因素，每日类型对其负荷变化的影响要大得多。因此，系统在设计时要充分考虑不同因素对不同负荷类型的影响，根据不同负荷的变化规律，采用最理想的预测方法，有针对性的进行预测，确保预测方法的实用性与准确性。

2 母线负荷预测系统的设计

2.1 系统设计原则

母线负荷预测系统的设计以电力需求预测理论与电力网络拓扑结构为核心，将计算机网络技术、通信技术、信息安全技术与智能技术紧密结合，实现母线负荷预测工作的标准化、自动化、流程化和智能化。

系统在设计时，应具有以下特点：

（1）稳定性，系统的设计首先要确保的是系统能够可靠、连续地运行；

（2）实用性，系统的每一个设计环节都充分地与用户的使用结合在一起，遵循“不夸大不缩小”的宗旨；

（3）扩展性，应采用开放式的编程方式及接口方式，根据用户需求的改变可以很轻松地实现系统功能的扩展；

（4）安全性，系统从数据库设计到程序编写都需要充分地考虑安全性问题（包括系统安全及网络安全），在系统的开发中采用严格的3层用户角色（即系统管理员、系统操作人员、访客）定义，根据用户角色定义进行各功能模块严密的权限控制；

（5）易用性，系统用户交互部分应保证操作简单易学，界面简洁明了、美观大方；

（6）准确性，母线负荷预测系统是为实现发电计划的安全校核与调度精细化管理而设计的，其预测的准确与否直接影响着安全校核与节能调度的效果，因此，系统必须保证一定预测精度。

2.2 网络结构与数据库设计

系统采用最先进且成熟的多层体系Browser/Server（B/S）结构与Microsoft Visual Studio.NET平台进行系统开发，从技术上保证系统灵活的扩展能力、良好的可再升级性能和快速移植能力。各地调用户可使用网络中任意一台计算机以网页的形式访问省端服务器，通过不同的用户权限来实现母线负荷预测系统的各类预设功能，操作简单、安全可靠、方便快捷。

系统的数据库采用Microsoft SQL Server 2000数据库平台，外部数据库访问采用虚拟地址代理，以保证数据库系统的安全。数据设计和建立都采用特定标准的技术规范，对于数据库方案（或用户）的命名、表的命名、表字段的命名都严格地按照技术规范进行，这样既形成了数据库整体的统一性又大大地增强了程序的可读性，同时拥有与EMS、SCADA等系统的多个数据接口，为母线负荷数据的采集与实时更新提供技术支持。

2.3 系统结构

系统以省端为管理中心，分为地区级用户和省级用户，不同级别的用户权限不同，对系统的使用功能不同。系统的功能结构如图1所示。

图1 母线负荷预测系统功能结构

母线负荷预测系统为省地一体的互动式系统，地调和省端共用一个基础数据管理平台，通过不同的用户执行不同的功能。地调将预测数据上报给省端，省端修正后下达给地调，再对地调的母线负荷预测结果进行考核，同时为系统的安全校核与动态状态估计提供数据支持。

2.3.1 客户端模块及功能

母线负荷预测系统的前台，即客户端，按照功能可分为如图2所示的模块。

图2 母线负荷预测系统模块（客户端）

（1）母线数据查询：用户可查询各类负荷数据，包括母线的有功和无功、历史数据和预测数据、地区和分区数据、计划因素和母线当前状态，通过对各类数据的分析和了解，掌握本地区母线的负荷数据情况，进而为提高母线预测准确率服务。

（2）母线负荷分析：①分析电力负荷与影响要素之间的关系，例如对电力负荷与气象要素之间进行相关分析，可有效地把握气象敏感负荷的变化规律；②探索电力负荷自身规律性的变化，从时间顺序上表现出时间序列特性，例如日、周、月、年的负荷特性。

（3）负荷统计分析：统计与母线负荷预测相关的多项指标，包括不良数据统计、典型日统计、警示数据统计和概率分布统计，通过统计分析上述指标，让预测人员全方位地了解各类数据，掌握母线负荷规律，提高预测精度。

（4）母线负荷预测：整个系统的核心和难点，可分为有功预测、无功预测、扩展短期负荷预测，同时拥有预测设置和计划因素设置功能，可根据专家经验人工设置预测模型，填报计划因素，增强了系统的实用性与可变性。

（5）上报与考核：开展母线负荷预测的考核工作，对于调动预测人员的工作积极性、进一步加强母线负荷预测工作、提高预测准确率有着重要的作用。系统为增加地调与省调的互动，设置了上报模块与考核模块。通过计算各地区预测的准确率与合格率对各个地调进行考核，考核结果直接影响该地区电量的奖惩。

（6）系统管理中心：系统各类基础信息的处理中心。其功能有：①字典管理，对母线相关数据的维护和管理；②日志管理，对用户的使用情况进行统计；③用户管理，对用户字典的维护和管理，具体包括对用户名的更改、密码的设置、角色和对用户字典和用户角色等方面的设置；④系统状态，实时查看系统的动态运行状况；⑤手工导数据，用户手动完成系统工作流程中的必需操作。

2.3.2 后台模块及功能

母线负荷预测系统的后台为全天候自动运行，是整个系统运行的核心，功能模块如图3所示。

图3 母线负荷预测系统后台功能模块

（1）数据采集：采集各部分的历史数据与实时数据，为预测做准备。

（2）不良数据处理：不同于客户端的手动导数据，此处为自动处理过程，分别对历史数据与实时数据进行处理。

（3）自动预测：对变电站的高、中、低压侧和发电厂厂用电进行初次预测，由于母线数目众多，后台的自动预测能大大缩短用户的预测时间，用户只需在此基础上进行简单的修改，方便快捷，使预测工作效率大大提高。

（4）预测数据传输：系统对已生成的数据进行预处理，确保因特殊原因预测人员无法正常工作时系统的正常运行。

（5）生成E文本：此模块是开展母线负荷预测工作的最终目的，按照国家电网公司的E语言要求，生成E文本，为发电计划的安全校核与调度的精细化管理提供数据支持。

3 系统的应用及创新

3.1 系统的应用

该系统已应用于湖南省，方便了湖南省母线负荷预测工作的管理，加强了调度精细化管理水平，为湖南电网的安全校核和状态评估提供了强有力的数据支持。

表1中列出了湖南省14个地区2010年某2周的母线负荷预测准确率与合格率。通过对2周负荷预测情况的统计，可以看出系统的短期负荷预测准确率较高，地区合格率符合国家电网公司要求的80%以上。地区14的合格率较低，主要是因为该地区小水电较多，实际的发电情况较难把握，因此需相应地加以人工干预，在系统自动预测结果上根据专家经验进行修改。

表1 地区母线负荷考核

3.2 系统的特点与创新

3.2.1 与现有的省地一体化负荷预测系统相互关联

省地一体化负荷预测系统能为母线负荷预测系统提供发电计划、系统负荷等综合性的数据。母线负荷预测系统预测的是220 kV变电站的母线数据，而省地一体化负荷预测系统所得到的是一个总和，二者之间可以相互校核，为电力系统的状态估计和安全校核提供参考数据。

3.2.2 变电站中的高、中、低压侧负荷数据相互关联

母线负荷预测系统除了预测高压侧负荷数据外，也同时进行了变电站的中、低压侧的负荷预测，三者相互关联，通过分析历史数据，建立函数关系。这样地调负荷预测人员在进行高压侧的负荷预测修正时，系统自动预测生成的中、低压侧预测数据也能同时得到修正，既提高了中、低压侧的预测准确率，也大大节省了预测时间。

3.2.3 发电侧与用电侧互相校核

系统建立起了发电侧与用电侧的相互关联，将省地一体化负荷预测系统中的各时刻的发电计划与母线负荷预测系统生成的各时刻的用电侧负荷总和（包括220 kV中、低压侧负荷和发电厂用电负荷）相互校核，为电力系统断面潮流的计算和安全校核提供可靠的数据。对于提高电网安全、电力系统的无功优化和电力系统节能调度有很大的帮助。

3.2.4 良好的跨平台性能

基于网络数据库，采用最先进的3层体系B/S结构和动态服务器页面（active server page，ASP）技术建立网络化的考核管理技术支持系统。实现数据的集中化存储和信息共享，提高数据的利用率和系统的执行效率；实现数据与应用分离，保证了系统的兼容性，并使系统功能易于拓展；实现信息标准化、自动化、科学化和敏捷性。

3.2.5 流程可视化

流程的可视化是采用直观的、人机交互性好的可视化形式来定义、监视业务流程，降低了用户操作的复杂度，也在一定程度上保证流程定义的正确性、可靠性、直观性，在效率方面得到很大的提高，基本工作流程如图4所示。

3.2.6 人性化的功能设置

系统设置了预测流程的一键完成功能，用户可通过此功能方便地完成一系列的任务，既简化了繁琐的预测、上报、下达、考核步骤，又缩短了各步骤的完成时间。此外，系统还拥有对上报母线的勾选功能，能根据国家电网公司对上报文件的要求随时改变上报内容，而用户只需在页面中勾选即可。

3.2.7 实现多样化数据展现形式

系统采用图表（曲线图、饼图、列表等）对统计数据进行展示，根据不同的数据类型选择不同的展示方法，同时可选择单日或多日、单组数据或多组数据，使用户能更为直观地了解统计数据，也方便了对统计结果进行查询。

图4 母线负荷预测工作流程

4 结束语

该系统以支持发电计划安全校核与调度精细化管理为目的，充分考虑了影响母线负荷预测的主要因素，根据母线负荷的实际特点，有针对性地采取预测方案，有效地保证了母线负荷预测的精度。可视化的界面设计和人性化功能设置既简化了繁琐的预测、上报、下达、考核步骤，又缩短了各步骤的完成时间，采用曲线图、饼图、列表等多样化形式对统计数据进行展示，给预测人员的预测与管理工作带来极大的方便。

［1］何学明.“智能电网”的最新动向和最新思路［J］.电器工业，2009（7）：12-15.

［2］ 王健.母线负荷预测系统的研究与实现［D］.湖南：湖南大学，2009.

［3］ 徐玮，罗欣，刘梅，等.用于小水电地区负荷预测的两阶段还原法［J］.电网技术，2009，33（8）：88-92.

［4］ 楼平，张鹰.基于B/S结构的变电站自动化信息采集发布系统［J］.电网技术，2006，30（6）：92-94.

［5］ 牛东晓，曹树华，卢建昌，等.电力负荷预测技术及其应用［M］.第 2版.北京：中国电力出版社，2009.

（本栏责任编辑孙 晶 胡 珏 刘嘉婧）