电力负荷特性参数分析软件包的实现及应用

胡倩妤，刘志坚，周利骏，雷 振

(1.上海浦海求实电力新技术有限公司，上海 200090;2.上海电力学院电力与自动化工程学院，上海 200090)

在电力市场运营中，负荷预测的结果已经成为经济调度和电网规划的必要依据［1，2］.而负荷特性参数作为电网规划和设计的一项重要指标，对用户负荷预测、供电方案的制定、电网规划、电网经济运行，以及电力市场营销具有重要意义.因此，笔者对需用系数、同时率、增长率、负荷曲线等主要电力负荷特性参数进行理论分析和研究后，运用Delphi和Oracle工具，开发了一套基于行业负荷特性参数计算和分析的应用软件包，以解决海量数据深度挖掘和历史数据的保存问题，使原来定性的负荷分析转变为定量分析，并实现了新增用户负荷容量估算、裕度分析，以及年度负荷预测等功能，具有很强的实用性［3-5］.

1 软件功能及其实现

1.1 软件的功能

本软件可充分挖掘现有的数据资源，计算出负荷预测的需用系数、同时率、负荷密度等重要指标，并实现计算的自动化、科学化、日常化.此外，还可提供丰富的计算工具和技术，实现各项指标的对比，为配网评估、电网规划、负荷预测等工作提供帮助，以改变目前依靠经验估算或通过手工计算需用系数、同时率等重要指标的情况.

1.2 负荷特性参数的计算方法

本软件的基本功能是实现负荷特性参数的计算.相关特性参数的计算方法如下［5］.

(1)需用系数 体现的是用户的最大负荷与装接容量之间的关系，它是反映用户用电需求、设备的同时率和功率，以及变压器配置等多方面关系的参数指标.需用系数=最大负荷/装接容量.

(2)负荷密度 体现了用户单位用地面积和建设面积的用电水平，具体可分为单位建筑面积负荷密度和单位用地面积负荷密度两种:单位建筑面积负荷密度=用户最大负荷×1 000/用户建筑面积，W/m2;单位用地面积负荷密度=用户最大负荷 ×1 000 000/(用户用地面积 ×1 000)，MW/km2.

(3)同时率 反映了多个用户同时出现的最大负荷与用户本身最大负荷之和的关系，体现了不同负荷性质用户在负荷组合后出现的负荷特性，是将多个用户的最大负荷转化为地区负荷或杆配变、线路负荷的参数指标.同时率=多个用户同时出现的最大负荷/用户最大负荷之和.

(4)日、年负荷曲线及负荷增长曲线 通过用户的负荷数据拟合而成.

本软件包计算负荷特性参数的流程见图1.

由图1可知，总体计算分析技术流程主要分数据收集处理阶段、样本选取及计算分析阶段、负荷特性参数计算分析阶段3大部分.

(1)数据收集处理阶段 一是提取用户清单，收集系数计算所需的用户装接容量数据和负荷数据，并进行数据校验及整理，得到用户数据库;二是对用户进行行业分类，分类原则大致参照目前分类规范［6］.由于行业分类规范主要以产品类型和所涉及的经济领域为依据进行类型划分，而需用系数分析关注的是用户的用电负荷特性，因此行业分类规范不完全适用，需要根据不同行业负荷特性的实际情况进行筛选和简化，同时加入居民住宅和第3产业新兴行业，以制定适合需用系数分析的行业分类规则.

图1 负荷特性参数计算分析过程

(2)样本选取计算阶段 在某行业中，按用户的典型性、数据质量，以及生产和用电的稳定性等选取样本用户，形成适合负荷特性参数统计分析的用户样本库.按需用系数的计算公式和用户的原始数据，计算出每个行业中单一用户的需用系数.

(3)行业负荷特性参数计算分析阶段 按行业中各个用户的负荷特性参数计算结果，通过平均值法、数学期望法、区间估计法［7］、图表法等，将一定量的用户负荷特性参数计算结果统计分析为一个行业的特性参数，并结合历年的分析计算情况，确定各行业负荷特性参数的推荐值.

1.3 负荷特性参数应用

本软件不但可计算出负荷特性参数，还可实现用户负荷估算、设备容量裕度分析和年度负荷预测等.

(1)新增用户负荷容量估算 首先输入新增用户的申请装接容量，然后根据行业性质自动关联至相对应的行业负荷特性参数值，按用户远景饱和负荷(用户远景饱和负荷=用户的申请容量×行业需用系数，或=用户占地的建筑面积×负荷密度)计算，得到用户远景负荷值.根据用户的远景负荷，利用行业典型负荷增长曲线，得到用户投运后近期每年的负荷预测值.

(2)裕度分析 根据获取的配变或线路现状最大负荷和原有配变或线路的自然增长率，以及配变或线路所提供的用户情况，可以得到配变或线路可新增的容量裕度.

(3)年度负荷预测 获取线路、主变或变电站现状负荷曲线后，考虑其自然增长率及所提供的用户情况，进行负荷曲线叠加，可以得到下一年的负荷最大值和负载率.

2 软件包开发平台及体系结构

本软件包是一个基于Windows操作系统的应用软件，采用C/S结构，运用Delphi语言进行开发，并使用Oracle进行数据库管理.

该软件包的主程序结构主要分为数据管理、负荷参数计算、综合查询、高级应用、系统管理5个模块，见图2.

图2 功能体系结构

2.1 数据管理模块

其主要功能是管理软件所需要的数据，包括从外部采集和修正的原始数据，根据数据情况挑选“负荷参数计算”模块所需要的样本数据，以及进行数据归档.该模块主要包括以下4个部分.

(1)数据采集 即软件所需要的原始数据，包括通过综合数据平台自动抽取的数据，通过定制的表格，以文件形式导入的数据，以及手动添加的数据.

(2)数据修正 修正软件数据库所导入的用户数据，包括基本数据和负荷数据.

(3)样本管理 管理数据库中的用户样本，以及查询行业样本情况.

(4)数据归档 对当年所有的计算结果等信息进行归档备份.

2.2 负荷参数计算模块

其主要功能是计算不同类别用户的负荷特性参数，同时根据计算得到的参数值，设定推荐值.该模块主要包括以下2个部分.

(1)负荷参数计算 根据样本用户数据，利用统计学进行不同用户的需用系数、负荷密度和同时率的计算.

(2)推荐值设定 根据所计算出的负荷参数值设定当年不同行业的负荷特性参数值，如“年度需用系数推荐值设定”和“年度负荷密度推荐值设定”等.可通过查看不同行业每年的负荷参数的变化，掌握和设定不同行业的最终的饱和负荷参数值.

2.3 综合查询模块

其主要功能是查询样本用户的负荷特性参数计算结果，包括需用系数、负荷密度、同时率、负荷曲线等.该模块主要包括以下2个部分.

(1)非居民用户 主要是查询不同行业和单个用户的负荷参数结果及其负荷曲线.

(2)居民用户 主要是查询居民的负荷参数结果和负荷曲线.

2.4 高级应用模块

其主要功能是实现负荷特性参数的自定义计算，并实现负荷特性参数在设备容量裕度和负荷预测中的应用.该模块主要包括以下4个部分.

(1)综合计算 可以根据需求，自定义计算样本集，然后计算相关的负荷参数结果，及不同行业之间的同时率.

(2)新增用户负荷估算 输入新增用户的容量或面积数据，利用负荷特性参数计算模块对不同行业的计算结果，得到输入用户可能的远景饱和负荷.同时根据增长曲线，计算用户近年的负荷发展变化情况，以估算新增用户的负荷.

(3)裕度分析 主要是考虑现状、用户情况，以及设备的自然增长情况，计算设备的次年负荷，并给出次年负载率.

(4)年度负荷预测 根据裕度分析，计算在不同情况下可接工业、公建或居民用户的负荷和容量.

2.5 系统管理模块

系统管理模块主要包括以下2个部分.

(1)标准管理 主要是管理行业分类，包括增加行业，修改行业名称和删除行业.另外，该模块还用来设定数据处理的规则参数.

(2)软件管理 主要是设定典型日时间及数据服务器地址，并管理软件用户等.

3 应用实例

该软件包以上海某地区的负荷和用电量为原始数据，对新增容量估算和裕度分析的应用进行说明.

3.1 新增用户负荷估计

在某一配变供电范围内，下一年度新增工业性质用户装接容量为200 kW，公建性质用户装接容量为300 kW，居民用户装接容量为400 kW.利用软件中的需用系数计算模块可分别求得在该地区这些类型用户的需用系数及其发展规律，调用计算结果，进而估算得到新增用户的饱和负荷值及其5年负荷发展的趋势图，见图3.

图3 新增用户的负荷趋势

通过新增用户负荷估计模块，可简便、快速地估算新增用户所产生的负荷值，为电力系统中判断已有设备负荷率增长趋势和新增电力设备配置容量的大小提供参考.

3.2 配变可供用户容量裕度分析

实现了新增用户负荷估计后，可按配变所在地区、所供电源变电站和电源线路的名称，由软件定位，并提取配变的基本信息及现年最高负荷日下配变所供的负荷曲线.按配变最大的承载能力算法，软件自动生成配变可供的最大负荷，减去配变现状最大负荷，可得到配变可供用户容量的裕度，计算结果如图4所示.

通过配变可供用户容量裕度的分析结果与新增用户负荷估计结果的对比，可判断现状该配变配置容量和承载能力裕度是否满足新增用户负荷增长需求，从而为电力部门安排电网建设提供有力的依据，进而满足新增用户的用电需求，保证供电可靠性，同时可避免电力设备满载、超载的发生［6，7］.

图4 配变可供用户容量的裕度

4 结论

(1)软件的界面直观、操作简便，原始数据录入形式多样化，适合规划人员使用，操作性强.

(2)行业负荷特性参数的数据收集、计算及应用分析均能通过软件实现，并且计算和分析结果能以表格形式导出，减少了规划人员的工作量，提高了工作效率.

(3)能给出行业负荷特性参数值，如负荷密度、同时率、行业典型负荷曲线等，使原来定性的负荷分析转变为定量分析.

(4)实现了行业负荷特性参数的应用，能对地区、用户、配变、线路、变电站进行负荷预测，给出设备的下一年度负载率和可供用户容量裕量，可用于现状电网分析、负荷预测，以及迎峰项目方案的编制、用户方案的编制等实际工作，具有较高的实用价值.

［1］吕丰，裴秀高，王勇.上海电网中长期负荷预测［J］.上海电力学院学报，2010，26(6):537-540.

［2］黄伟，费维刚，王炳革，等.电力系统中长期负荷预测软件包的实现［J］.现代电力，1999，2(16):2-5.

［3］陈伟，周峰，韩新阳，等.国家电网负荷特性分析研究［J］.电力技术经济，2008，20(4):25-29.

［4］洪斌，刘首文，王莉琳.行(产)业负荷特性研究［J］.华中电力，2003，16(1):1-4.

［5］吴志强，吴志华，宋晓辉，等.城市居民调查研究分析［J］.电网技术:增刊，2006:659-662.

［6］中华人民共和国国家统计局.国民经济行业分类标准［EB/OL］.［2002－10－05］http://www.stats.gov.cn/tjbz/hyflbz/.

［7］盛骤，谢式千，潘承毅.概率论与数理统计［M］.北京:高等教育出版社，2005:40-160.