基于装接容量的负荷预测及其在配电网规划中的应用

李春杰, 华月申, 顾黎强

(1.上海交通大学 电子信息及电气工程学院, 上海　200030;

2.国网上海浦东供电公司 调度控制中心, 上海　200122)



基于装接容量的负荷预测及其在配电网规划中的应用

李春杰1,2, 华月申2, 顾黎强2

(1.上海交通大学 电子信息及电气工程学院, 上海200030;

2.国网上海浦东供电公司 调度控制中心, 上海200122)

摘要:根据用户和配电网设备的历史负荷数据,研究了用户装接容量与需用系数之间的关系,基于点、线、面的负荷预测思路,运用需用系数法、业扩工询法等预测方法,更准确地对负荷进行预测,并应用于实际电网规划和设备负荷控制.

关键词：负荷预测; 装接容量; 电网规划

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,[1-5]负荷预测的误差将直接影响整个规划工作的优劣以及电力系统的经济性,因此提高负荷预测的精度是电力系统规划和运行的必然要求.[6-7]

以往的电网运行经验表明,负荷与装接容量存在一定的联系,深入研究历年不同用户及配电网设备运行数据,利用需用系数法、业扩工询法[8]等预测方法,进行更精确的负荷预测,并应用于电网规划中,可以显著降低线路及主变压器(以下简称“主变”)的重过载情况,大大提高电网设备的利用率,进一步提升供电可靠性.

1基于装接容量的用户和配电网设备负荷分析

1.1　用户装接容量的负荷分析

用户装接容量、最高负荷以及高峰负荷发生的时间特性称为用户负荷的“三要素”.通过用户负荷三要素可以预测用户负荷的峰值及发生的时间段,从而为电网规划提供参考.

本文对浦东地区1 125个10 kV非居民和130回专线供的居民用户装接容量进行统计分析,并以需用系数反映最高负荷情况,[9]为之后的负荷预测作数据支撑.

1.1.110 kV非居民用户装接容量的负荷分析

非居民用户装接容量按照不同行业和不同产业开展统计分析,结果如下.

(1) 按不同行业分析的最高负荷情况科学研究和技术服务业、居民服务、修理和其他服务业需用系数最高为0.5,最高负荷占变压器装接容量的50%;其次为制造业、批发和零售业等.

(2) 按不同产业分析的最高负荷情况第一产业和第二产业需用系数平均为0.4,最高负荷平均可以达到装接容量的40%;第三产业需用系数平均为0.3,最高负荷平均可以达到装接容量的30%.

1.1.210 kV居民用户装接容量的负荷分析

对10 kV电网130回专线供所接配电变压器容量进行统计分析可知,其平均需用系数为0.12,最大需用系数为0.96.其中A+地区(供电可靠率≥99.999%,综合电压合格率达到100%)和A地区(供电可靠率≥99.99%,综合电压合格率达到100%)居民专线平均需用系数为0.14,B地区(供电可靠率≥99.965%,综合电压合格率达到99.95%)居民专线平均需用系数为0.10,低于A+地区.由此可知,非居民和居民用户需用系数平均值都较小,反映出装接容量的利用率及经济性均较差.

1.2　配电网设备装接容量的负荷分析

选取浦东配电网内居民区、商业区、工业区等不同区域内相关配电网内线路、主变的装接容量,以“线”负荷、“面”负荷作为对象,分析基于装接容量的配电网设备负荷特性.

基于装接容量的不同性质地区的配电网设备需用系数汇总见表1.除工业区外,线路负荷与主变负荷需用系数一致,工业区内主变需用系数比线路需用系数低5%.

表1　不同性质地区配电网设备需用系数汇总

由表1可知,线路和主变两者的需用系数都较低,设备利用率差,因此有必要对用户与电网设备进行深入研究,更精确地预测负荷,以达到合理控制设备负载率、提高配电网经济效益的目的.

2基于装接容量的负荷预测方法

基于装接容量的负荷预测建立在大量历史数据分析的基础之上,将负荷以点作为基本元素,线和面作为大量点的组合元素,组成电网设备的负荷,以“点、线、面”的负荷预测思路为研究导向,利用需用系数法、业扩工询法等负荷预测方法,推测能够达到的最高负荷值.图1为负荷预测的点、线、面示意.

图1　负荷预测的点、线、面示意

2.1　需用系数法

需用系数是指最高负荷与装接容量的比值,需用系数法通常用以预测最高负荷,包括线路负荷、开关站负荷、主变负荷和地区负荷等.任意用户组合的负荷预测公式为:

(1)

式中:P——最高负荷;

Si——各用户装接容量;

Ki——各用户需用系数;

η——用户之间的同时率.

居民区、商业区及工业区配电网设备的负荷预测公式为:

(2)

式中:P——最高负荷;

S——该区域用户装接容量;

K——某一区域某一类配电网设备需用系数.

居民区、商业区及工业区配电网设备的负荷预测是建立在对居民区、商业区及工业区配电网历史负荷数据研究的基础上,已经考虑了特定区域用户的负荷特点及组合产生的综合效果.在预测公式中,省去了取同时率的工作,特别适用于预测某一性质地区的负荷.

2.2　业扩工询法

当用户数量较多,难以统计所有用户的分类及装接容量时,为了减少负荷预测时的工作量,在需用系数法的基础上建立了业扩工询法,结合业扩工询法来推算地区最高负荷.业扩工询法将历史年产生的这些负荷的用户视为整体,在此基础上预测下一年的负荷.下一年的负荷由两部分组成:一是原来的老用户,并考虑负荷的增长,由上一年的负荷加上增长的负荷组成,增长率根据历史年负荷分析得到;二是新装接的用户.两部分所产生的负荷叠加就是业扩工询法.业扩工询法公式为:

(3)

式中:Pm——预测目标年最高负荷;

P0——当年基准年最高负荷;

K——最高负荷的自然增长率;

Sn——第n个新增用户的装接容量;

Kd——第n个新增用户所对应的d行业需用系数;

ηd——d行业的同时率;

η——各行业之间的同时率.

3基于装接容量的负荷预测在配电网规划中的应用

通过对用户和配电网设备装接容量及其需用系数的研究,结合浦东地区经济发展特点,利用需用系数法和业扩工询法,更为精确地对负荷进行预测,指导电网规划人员较准确地规划电网建设方案,并指导调度运行人员预判各类设备的负荷水平,避免设备的重载或轻载,以提高电网的投资及管理水平.配电网设备最大装接容量为:

(4)

式中:Smax——设备的最大装接容量;

SN——设备的额定容量;

cosφ——功率因素;

K——推荐需用系数;

F——该设备满足运行状态时的负载率.

3.1　基于装接容量的电网规划实例

根据《上海电网规划设计技术导则(试行版)》110(35)kV变电站的配置容量、商业区需用系数等参数,按照不同的主变容量、不同的运行要求,利用最大装接容量公式进行计算.以商业区域用户为例,结合地区发展特点后优化过的用户需用系数,变电站装接容量计算结果见表2.

表2　商用区域变电站装接容量控制计算结果

由表2可知,考虑了用户装接容量的需用系数后,大大提高了配电网的装接容量,能更可靠地控制重载情况的发生.

3.2　基于装接容量负荷预测的配电网精益化规划

研究不同用户装接容量的容量比,将容量比以10%为梯度进行组合测算,分别求得不同比例组合时对应的最大需用系数K′,经过分析得到最优和最坏组合结果,如表3所示.

表3　最优组合推荐和应当避免的最坏组合结果

根据最优和最坏组合结果,可为配电网规划人员提供很好的参考依据,同时也可以在电网规划时为优化用户的组合方式及配电网规划的精益化提供必备的条件.

4结论

(1) 根据最高负荷占变压器装接容量的比率不高、线路利用率较低、经济性较差的实际情况,分析给出了基于装接容量的负荷预测方法适合于不同性质地区配电网设备最优化需用系数推荐值;

(2) 基于装接容量的负荷预测方法得到了各类配电网设备的负荷预测值,给出了电网设备的装接容量控制值,供相关人员参考,以最大限度地提高配电网设备利用率.

参考文献：

[1]牛东晓,曹树华,赵磊,等.电力负荷预测技术及其应用[M].北京:中国电力出版社,1998:3-15.

[2]刘先虎.负荷密度法在城市远景负荷预测中的应用[J].供用电,2007,24(6):13-15.

[3]程浩忠.电力系统规划 [M].北京:中国电力出版社,2008:2-12.

[4]肖国泉,王春,张福伟.电力负荷预测[M].北京.中国电力出版社,2001:2-16.

[5]康重庆,夏清,张伯明.电力系统负荷预测研究综述与发展方向的探讨[J].电力系统自动化,2004,28(17):1-11.

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[7]DOUGLAS A P,BREIPOHL A M,LEE F N,eta1.Risk due to loadForecast uncertainty in short term power system planning[J].IEEE Trans on Power Systems,1998,13(4):1 493- 1 499.

[8]寿颐如,陈安,王俊.行业需用系数分析方法在配电网运行中的应用[J].上海电力,2011(4):291-294.

[9]杨晨燕,李润心,周瑜.适用于地区电网的几种负荷预测方法探讨[J].华东电力,2013,41(12):2 655-2 657.

(编辑胡小萍)

Assembling Capacity-based Load Forecasting and Its Application in Power Distribution Network Planning

LI Chunjie1,2, HUA Yueshen2, GU Liqiang2

(1.School of Electronic Information and Electrical Engineering, Shanghai Jiaotong University,

Shanghai200030, China; 2.Dispatch Control Center, Shanghai Pudong Power Supply

Company, State Grid, Shanghai200122, China)

Abstract:The relationship between users′ assembling capacity and the demand factor is studied according to the historical load data of user and distribution network.Based on the “point,line,surface”load forcasting method,load is more accurately forcast by means of the demand factors method,the industry expansion work polling method and so on.This method is also applicable in real power grid planning and equipment load control.

Key words:load forcasting; assembling capacity; power grid planning

中图分类号：TM714; TM715

文献标志码：A

文章编号：1006-4729(2015)06-0529-04

通讯作者简介：李春杰(1985-),男,工程师,上海人.主要研究方向为电网调度运行管理.E-mail:230212103@qq.com.

收稿日期：2015-06-02

DOI：10.3969/j.issn.1006-4729.2015.06.006