集中式省地一體化母線負荷預(yù)測系統(tǒng)

廖 峰，周 勇，賀 輝，徐聰穎，胡錦泓，蔡劍彪，姚建剛

（1.湖南大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，長沙 410082；2.湖南省電力公司，長沙 410007；3.湖南湖大華龍電氣與信息技術(shù)有限公司，長沙 410082）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展,電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，建立以數(shù)字化、自動化、互動化［1］為特征的智能電網(wǎng)，實現(xiàn)電網(wǎng)運行的可靠、安全、經(jīng)濟、高效，成為今后電網(wǎng)的發(fā)展方向。母線負荷預(yù)測的結(jié)果是實現(xiàn)調(diào)度精細化管理的基礎(chǔ)，是開展安全校核和阻塞管理、電力電量平衡、檢修計劃編制等工作的前提。開展母線負荷預(yù)測能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)安全校核方式的轉(zhuǎn)變，提高日前安全校核和阻塞管理的精確性，提升電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定分析水平。

然而，各級變電站的母線數(shù)量繁多，且負荷特性差異較大，預(yù)測人員的工作量大，難以保證預(yù)測精度。基于母線的實際情況，開發(fā)了母線負荷預(yù)測系統(tǒng)，調(diào)動了各級負荷預(yù)測人員的積極性，在提高工作效率的同時提高了預(yù)測準確率。

1 影響預(yù)測精度的相關(guān)因素

母線負荷預(yù)測的準確度直接影響著節(jié)能發(fā)電調(diào)度與電網(wǎng)安全校核，對于提高電力系統(tǒng)的運行效率有著十分重要的意義。因此，要在充分考慮其影響因素的情況下，才能準確地把握其規(guī)律，構(gòu)建出完善的預(yù)測模型，提高母線負荷預(yù)測的預(yù)測精度。

1.1 數(shù)據(jù)源

數(shù)據(jù)源中的不良數(shù)據(jù)是影響母線負荷預(yù)測精度的重要因素，它們不能準確地反映負荷變化的一般規(guī)律。不良數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，有些是由于測量裝置異常，或是數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯誤所致，有些是天氣突變、線路檢修、小電源出力變化等因素造成的。歷史數(shù)據(jù)是母線負荷預(yù)測的基礎(chǔ)，也是檢驗?zāi)妇€負荷預(yù)測是否準確的標(biāo)志。母線的數(shù)目眾多，數(shù)據(jù)量大，存在著大量的不良數(shù)據(jù)，這些不良數(shù)據(jù)的識別和修正是保證預(yù)測結(jié)果可信的必要前提。

1.2 預(yù)測對象

母線負荷是電網(wǎng)的下網(wǎng)負荷，與系統(tǒng)負荷不同，易受小電源發(fā)電、負荷轉(zhuǎn)供及計劃檢修的影響，負荷規(guī)律并不明顯。對于此類母線負荷，若采用系統(tǒng)負荷預(yù)測的常規(guī)預(yù)測方式來預(yù)測，將難以排除小電源發(fā)電與負荷轉(zhuǎn)供的影響。

與下網(wǎng)負荷相比，區(qū)域內(nèi)的用電負荷會隨著該地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展而增長，隨著工作日與周末的交替而呈現(xiàn)周期性的變化，隨著氣象的變化而有規(guī)律的增減，因此，用電負荷才是最佳的預(yù)測對象。根據(jù)這一思想，系統(tǒng)將母線負荷預(yù)測轉(zhuǎn)變?yōu)閷υ撃妇€供電區(qū)域用電負荷進行預(yù)測，以消除小電源發(fā)電、負荷轉(zhuǎn)供等因素的影響，提高其預(yù)測準確度。

1.3 氣象因素與每日類型的影響

氣象因素與每日類型是影響系統(tǒng)負荷變化的重要因素，由于母線負荷基數(shù)小，其對母線負荷的影響必定不亞于對系統(tǒng)負荷的影響。

母線負荷可粗略地分為綜合性負荷與專線負荷：對于綜合性負荷來說，其負荷變化主要是氣象條件的改變和每日類型的周期變化共同作用的結(jié)果；專線負荷大多是供給工業(yè)生產(chǎn)或電氣化鐵路，一般其負荷的變化主要受國民經(jīng)濟增長和日常生產(chǎn)計劃的影響，相對于氣象因素，每日類型對其負荷變化的影響要大得多。因此，系統(tǒng)在設(shè)計時要充分考慮不同因素對不同負荷類型的影響，根據(jù)不同負荷的變化規(guī)律，采用最理想的預(yù)測方法，有針對性的進行預(yù)測，確保預(yù)測方法的實用性與準確性。

2 母線負荷預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)設(shè)計原則

母線負荷預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計以電力需求預(yù)測理論與電力網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)為核心，將計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、信息安全技術(shù)與智能技術(shù)緊密結(jié)合，實現(xiàn)母線負荷預(yù)測工作的標(biāo)準化、自動化、流程化和智能化。

系統(tǒng)在設(shè)計時，應(yīng)具有以下特點：

（1）穩(wěn)定性，系統(tǒng)的設(shè)計首先要確保的是系統(tǒng)能夠可靠、連續(xù)地運行；

（2）實用性，系統(tǒng)的每一個設(shè)計環(huán)節(jié)都充分地與用戶的使用結(jié)合在一起，遵循“不夸大不縮小”的宗旨；

（3）擴展性，應(yīng)采用開放式的編程方式及接口方式，根據(jù)用戶需求的改變可以很輕松地實現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴展；

（4）安全性，系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫設(shè)計到程序編寫都需要充分地考慮安全性問題（包括系統(tǒng)安全及網(wǎng)絡(luò)安全），在系統(tǒng)的開發(fā)中采用嚴格的3層用戶角色（即系統(tǒng)管理員、系統(tǒng)操作人員、訪客）定義，根據(jù)用戶角色定義進行各功能模塊嚴密的權(quán)限控制；

（5）易用性，系統(tǒng)用戶交互部分應(yīng)保證操作簡單易學(xué)，界面簡潔明了、美觀大方；

（6）準確性，母線負荷預(yù)測系統(tǒng)是為實現(xiàn)發(fā)電計劃的安全校核與調(diào)度精細化管理而設(shè)計的，其預(yù)測的準確與否直接影響著安全校核與節(jié)能調(diào)度的效果，因此，系統(tǒng)必須保證一定預(yù)測精度。

2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)采用最先進且成熟的多層體系Browser/Server（B/S）結(jié)構(gòu)與Microsoft Visual Studio.NET平臺進行系統(tǒng)開發(fā)，從技術(shù)上保證系統(tǒng)靈活的擴展能力、良好的可再升級性能和快速移植能力。各地調(diào)用戶可使用網(wǎng)絡(luò)中任意一臺計算機以網(wǎng)頁的形式訪問省端服務(wù)器，通過不同的用戶權(quán)限來實現(xiàn)母線負荷預(yù)測系統(tǒng)的各類預(yù)設(shè)功能，操作簡單、安全可靠、方便快捷。

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫采用Microsoft SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫平臺，外部數(shù)據(jù)庫訪問采用虛擬地址代理，以保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全。數(shù)據(jù)設(shè)計和建立都采用特定標(biāo)準的技術(shù)規(guī)范，對于數(shù)據(jù)庫方案（或用戶）的命名、表的命名、表字段的命名都嚴格地按照技術(shù)規(guī)范進行，這樣既形成了數(shù)據(jù)庫整體的統(tǒng)一性又大大地增強了程序的可讀性，同時擁有與EMS、SCADA等系統(tǒng)的多個數(shù)據(jù)接口，為母線負荷數(shù)據(jù)的采集與實時更新提供技術(shù)支持。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)以省端為管理中心，分為地區(qū)級用戶和省級用戶，不同級別的用戶權(quán)限不同，對系統(tǒng)的使用功能不同。系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 母線負荷預(yù)測系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

母線負荷預(yù)測系統(tǒng)為省地一體的互動式系統(tǒng)，地調(diào)和省端共用一個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理平臺，通過不同的用戶執(zhí)行不同的功能。地調(diào)將預(yù)測數(shù)據(jù)上報給省端，省端修正后下達給地調(diào)，再對地調(diào)的母線負荷預(yù)測結(jié)果進行考核，同時為系統(tǒng)的安全校核與動態(tài)狀態(tài)估計提供數(shù)據(jù)支持。

2.3.1 客戶端模塊及功能

母線負荷預(yù)測系統(tǒng)的前臺，即客戶端，按照功能可分為如圖2所示的模塊。

圖2 母線負荷預(yù)測系統(tǒng)模塊（客戶端）

（1）母線數(shù)據(jù)查詢：用戶可查詢各類負荷數(shù)據(jù)，包括母線的有功和無功、歷史數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)、地區(qū)和分區(qū)數(shù)據(jù)、計劃因素和母線當(dāng)前狀態(tài)，通過對各類數(shù)據(jù)的分析和了解，掌握本地區(qū)母線的負荷數(shù)據(jù)情況，進而為提高母線預(yù)測準確率服務(wù)。

（2）母線負荷分析：①分析電力負荷與影響要素之間的關(guān)系，例如對電力負荷與氣象要素之間進行相關(guān)分析，可有效地把握氣象敏感負荷的變化規(guī)律；②探索電力負荷自身規(guī)律性的變化，從時間順序上表現(xiàn)出時間序列特性，例如日、周、月、年的負荷特性。

（3）負荷統(tǒng)計分析：統(tǒng)計與母線負荷預(yù)測相關(guān)的多項指標(biāo)，包括不良數(shù)據(jù)統(tǒng)計、典型日統(tǒng)計、警示數(shù)據(jù)統(tǒng)計和概率分布統(tǒng)計，通過統(tǒng)計分析上述指標(biāo)，讓預(yù)測人員全方位地了解各類數(shù)據(jù)，掌握母線負荷規(guī)律，提高預(yù)測精度。

（4）母線負荷預(yù)測：整個系統(tǒng)的核心和難點，可分為有功預(yù)測、無功預(yù)測、擴展短期負荷預(yù)測，同時擁有預(yù)測設(shè)置和計劃因素設(shè)置功能，可根據(jù)專家經(jīng)驗人工設(shè)置預(yù)測模型，填報計劃因素，增強了系統(tǒng)的實用性與可變性。

（5）上報與考核：開展母線負荷預(yù)測的考核工作，對于調(diào)動預(yù)測人員的工作積極性、進一步加強母線負荷預(yù)測工作、提高預(yù)測準確率有著重要的作用。系統(tǒng)為增加地調(diào)與省調(diào)的互動，設(shè)置了上報模塊與考核模塊。通過計算各地區(qū)預(yù)測的準確率與合格率對各個地調(diào)進行考核，考核結(jié)果直接影響該地區(qū)電量的獎懲。

（6）系統(tǒng)管理中心：系統(tǒng)各類基礎(chǔ)信息的處理中心。其功能有：①字典管理，對母線相關(guān)數(shù)據(jù)的維護和管理；②日志管理，對用戶的使用情況進行統(tǒng)計；③用戶管理，對用戶字典的維護和管理，具體包括對用戶名的更改、密碼的設(shè)置、角色和對用戶字典和用戶角色等方面的設(shè)置；④系統(tǒng)狀態(tài)，實時查看系統(tǒng)的動態(tài)運行狀況；⑤手工導(dǎo)數(shù)據(jù)，用戶手動完成系統(tǒng)工作流程中的必需操作。

2.3.2 后臺模塊及功能

母線負荷預(yù)測系統(tǒng)的后臺為全天候自動運行，是整個系統(tǒng)運行的核心，功能模塊如圖3所示。

圖3 母線負荷預(yù)測系統(tǒng)后臺功能模塊

（1）數(shù)據(jù)采集：采集各部分的歷史數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)，為預(yù)測做準備。

（2）不良數(shù)據(jù)處理：不同于客戶端的手動導(dǎo)數(shù)據(jù)，此處為自動處理過程，分別對歷史數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)進行處理。

（3）自動預(yù)測：對變電站的高、中、低壓側(cè)和發(fā)電廠廠用電進行初次預(yù)測，由于母線數(shù)目眾多，后臺的自動預(yù)測能大大縮短用戶的預(yù)測時間，用戶只需在此基礎(chǔ)上進行簡單的修改，方便快捷，使預(yù)測工作效率大大提高。

（4）預(yù)測數(shù)據(jù)傳輸：系統(tǒng)對已生成的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，確保因特殊原因預(yù)測人員無法正常工作時系統(tǒng)的正常運行。

（5）生成E文本：此模塊是開展母線負荷預(yù)測工作的最終目的，按照國家電網(wǎng)公司的E語言要求，生成E文本，為發(fā)電計劃的安全校核與調(diào)度的精細化管理提供數(shù)據(jù)支持。

3 系統(tǒng)的應(yīng)用及創(chuàng)新

3.1 系統(tǒng)的應(yīng)用

該系統(tǒng)已應(yīng)用于湖南省，方便了湖南省母線負荷預(yù)測工作的管理，加強了調(diào)度精細化管理水平，為湖南電網(wǎng)的安全校核和狀態(tài)評估提供了強有力的數(shù)據(jù)支持。

表1中列出了湖南省14個地區(qū)2010年某2周的母線負荷預(yù)測準確率與合格率。通過對2周負荷預(yù)測情況的統(tǒng)計，可以看出系統(tǒng)的短期負荷預(yù)測準確率較高，地區(qū)合格率符合國家電網(wǎng)公司要求的80%以上。地區(qū)14的合格率較低，主要是因為該地區(qū)小水電較多，實際的發(fā)電情況較難把握，因此需相應(yīng)地加以人工干預(yù)，在系統(tǒng)自動預(yù)測結(jié)果上根據(jù)專家經(jīng)驗進行修改。

表1 地區(qū)母線負荷考核

3.2 系統(tǒng)的特點與創(chuàng)新

3.2.1 與現(xiàn)有的省地一體化負荷預(yù)測系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)

省地一體化負荷預(yù)測系統(tǒng)能為母線負荷預(yù)測系統(tǒng)提供發(fā)電計劃、系統(tǒng)負荷等綜合性的數(shù)據(jù)。母線負荷預(yù)測系統(tǒng)預(yù)測的是220 kV變電站的母線數(shù)據(jù)，而省地一體化負荷預(yù)測系統(tǒng)所得到的是一個總和，二者之間可以相互校核，為電力系統(tǒng)的狀態(tài)估計和安全校核提供參考數(shù)據(jù)。

3.2.2 變電站中的高、中、低壓側(cè)負荷數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)

母線負荷預(yù)測系統(tǒng)除了預(yù)測高壓側(cè)負荷數(shù)據(jù)外，也同時進行了變電站的中、低壓側(cè)的負荷預(yù)測，三者相互關(guān)聯(lián)，通過分析歷史數(shù)據(jù)，建立函數(shù)關(guān)系。這樣地調(diào)負荷預(yù)測人員在進行高壓側(cè)的負荷預(yù)測修正時，系統(tǒng)自動預(yù)測生成的中、低壓側(cè)預(yù)測數(shù)據(jù)也能同時得到修正，既提高了中、低壓側(cè)的預(yù)測準確率，也大大節(jié)省了預(yù)測時間。

3.2.3 發(fā)電側(cè)與用電側(cè)互相校核

系統(tǒng)建立起了發(fā)電側(cè)與用電側(cè)的相互關(guān)聯(lián)，將省地一體化負荷預(yù)測系統(tǒng)中的各時刻的發(fā)電計劃與母線負荷預(yù)測系統(tǒng)生成的各時刻的用電側(cè)負荷總和（包括220 kV中、低壓側(cè)負荷和發(fā)電廠用電負荷）相互校核，為電力系統(tǒng)斷面潮流的計算和安全校核提供可靠的數(shù)據(jù)。對于提高電網(wǎng)安全、電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和電力系統(tǒng)節(jié)能調(diào)度有很大的幫助。

3.2.4 良好的跨平臺性能

基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，采用最先進的3層體系B/S結(jié)構(gòu)和動態(tài)服務(wù)器頁面（active server page，ASP）技術(shù)建立網(wǎng)絡(luò)化的考核管理技術(shù)支持系統(tǒng)。實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中化存儲和信息共享，提高數(shù)據(jù)的利用率和系統(tǒng)的執(zhí)行效率；實現(xiàn)數(shù)據(jù)與應(yīng)用分離，保證了系統(tǒng)的兼容性，并使系統(tǒng)功能易于拓展；實現(xiàn)信息標(biāo)準化、自動化、科學(xué)化和敏捷性。

3.2.5 流程可視化

流程的可視化是采用直觀的、人機交互性好的可視化形式來定義、監(jiān)視業(yè)務(wù)流程，降低了用戶操作的復(fù)雜度，也在一定程度上保證流程定義的正確性、可靠性、直觀性，在效率方面得到很大的提高，基本工作流程如圖4所示。

3.2.6 人性化的功能設(shè)置

系統(tǒng)設(shè)置了預(yù)測流程的一鍵完成功能，用戶可通過此功能方便地完成一系列的任務(wù)，既簡化了繁瑣的預(yù)測、上報、下達、考核步驟，又縮短了各步驟的完成時間。此外，系統(tǒng)還擁有對上報母線的勾選功能，能根據(jù)國家電網(wǎng)公司對上報文件的要求隨時改變上報內(nèi)容，而用戶只需在頁面中勾選即可。

3.2.7 實現(xiàn)多樣化數(shù)據(jù)展現(xiàn)形式

系統(tǒng)采用圖表（曲線圖、餅圖、列表等）對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行展示，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型選擇不同的展示方法，同時可選擇單日或多日、單組數(shù)據(jù)或多組數(shù)據(jù)，使用戶能更為直觀地了解統(tǒng)計數(shù)據(jù)，也方便了對統(tǒng)計結(jié)果進行查詢。

圖4 母線負荷預(yù)測工作流程

4 結(jié)束語

該系統(tǒng)以支持發(fā)電計劃安全校核與調(diào)度精細化管理為目的，充分考慮了影響母線負荷預(yù)測的主要因素，根據(jù)母線負荷的實際特點，有針對性地采取預(yù)測方案，有效地保證了母線負荷預(yù)測的精度。可視化的界面設(shè)計和人性化功能設(shè)置既簡化了繁瑣的預(yù)測、上報、下達、考核步驟，又縮短了各步驟的完成時間，采用曲線圖、餅圖、列表等多樣化形式對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行展示，給預(yù)測人員的預(yù)測與管理工作帶來極大的方便。

［1］何學(xué)明.“智能電網(wǎng)”的最新動向和最新思路［J］.電器工業(yè)，2009（7）：12-15.

［2］ 王健.母線負荷預(yù)測系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)［D］.湖南：湖南大學(xué)，2009.

［3］ 徐瑋，羅欣，劉梅，等.用于小水電地區(qū)負荷預(yù)測的兩階段還原法［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（8）：88-92.

［4］ 樓平，張鷹.基于B/S結(jié)構(gòu)的變電站自動化信息采集發(fā)布系統(tǒng)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（6）：92-94.

［5］ 牛東曉，曹樹華，盧建昌，等.電力負荷預(yù)測技術(shù)及其應(yīng)用［M］.第 2版.北京：中國電力出版社，2009.

（本欄責(zé)任編輯孫 晶 胡 玨 劉嘉婧）