淺談城網規劃的基礎性工作——負荷預測

趙沛虎 張耀先 （天津泰達電力公司 天津300456）

淺談城網規劃的基礎性工作
——負荷預測

趙沛虎 張耀先 （天津泰達電力公司 天津300456）

電力負荷預測是電力系統調度、用電、計劃、規劃等管理部門的重要工作之一。簡要的對現代城網規劃進行了闡述，對負荷預測在城網規劃中的重要性以及近年來的一些主要負荷預測方式進行了較深入的介紹。

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0 引言

電力負荷預測是電力系統調度、用電、計劃、規劃等管理部門的重要工作之一。提高負荷預測技術水平，有利于計劃用電管理，有利于合理安排電網運行方式和機組檢修計劃，有利于節煤節油和降低發電成本，有利于制定合理的電源建設規劃，有利于提高電力系統的經濟效益和社會效益。因此，負荷預測已成為實現電力系統管理現代化的重要內容之一。

1 現代城市電網的主要特點[1]

現代化城市特點：現代化是社會、經濟、文化與生活方式全面發展轉變的過程，具體表現在城市的生產、生活、社會活動以及工廠住宅、道路、通信、生態環境、公共文化設施等各項建設中廣泛應用現代科學技術，并體現現代社會生產力水平和精神文明水平，從而使城市經濟、社會、生態全面和協調發展。

現代化城市電網的主要特點如下：

1.1 確保城市規劃對電力的需求

城市居民家庭一般都有電視機、冰箱、空調、計算機、熱水器、收音機等普通電器，隨著人們生活質量的提高，會有更多家用電器。所以，要充分考慮家庭電器的用電量和電能質量的要求。

1.2 有優質、可靠的電能質量

如前所述，制造業、服務業以及居民都對電能質量和可靠性有很高的要求，城市電網應該滿足所有用戶的要求。

1.3 有先進的設備和先進的管理理念及技術措施

有先進的設備及技術手段，實行對城網的管理和調度。

1.4 城網設施與城市市容建設相匹配

在城市現代化建設中提出各項目標，如文明城市、花園城市和古文化街等。對建筑物都有一定要求，這要求電力設施必須與之協調一致。

1.5 電力設施與環境友好，低噪聲、無污染

2 現代城市電網規劃的目標和任務

長遠目標的城網規劃是以城市建設的長遠規劃為依據，制定城網建設的各項規劃和指標，逐步構成一個結構合理，運行可靠、靈活，沒有送電“瓶頸”的電網結構；能充分滿足城市經濟社會快速發展需要的供電能力和高質量的電能；供電設施完善、先進、節能，并與城市建設環境相協調；管理系統技術先進、高效、反應快捷。這個長期（15～30年左右）規劃主要考慮城網的長期發展目標和電力市場的建設和發展，做好飽和負荷水平的預測，研究確定電源布局和規劃網絡，使之滿足遠期預測負荷水平的需要。長期規劃必須分階段來實施，故有中期（約5～15年）規劃和短期（約5年）規劃之分。因為一切事物都在發展變化，許多因素是不確定的，隨著時間的推延，原來不確定的也會明朗起來，應把長期規劃分階段來實施與解決近期實際問題的規劃相銜接、相協調。中、近期規劃目標的劃分是：近期規劃應著重解決城網當前存在的主要問題，逐步滿足負荷需求，提高供電質量和可靠性。要依據近期規劃編制年度計劃，提出逐年改造和新建的項目；中期規劃應與近期規劃相銜接，著重將城網結構及設施有步驟地過渡到遠期規劃網絡，并對大型項目進行可行性研究，做好前期工作。總之，把長期規劃分階段、做滾動式的修正、協調，使城網建設有序的朝一個目標發展，也使城網建設更適應負荷增長需要。

城網規劃的任務主要是：

2.1 收集資料

包括城市經濟和社會發展情況，城市的發展規劃和政府的有關政策直接影響城網規劃編制；也要充分掌握現在城網的運行資料，包括網絡結構、可靠性、經濟性、設施和管理情況、電力負荷特征和分布。

2.2 電力負荷預測

根據城市整體發展規劃、產業結構和布局、居民生活水平及能源政策等，選擇合適的預測模型，進行科學的負荷預測并確定負荷地理分布。

2.3 編織城網規劃

優化各個電壓等級的負荷點，優選輸電網、高壓和中壓配電網的網絡結構。

2.4 根據優選網絡方案編制網絡無功補償配置規劃

2.5 提出配電網自動化等二次系統規劃

3 負荷預測

負荷預測是城市電網規劃工作中最重要的問題。負荷預測的內容取決于電網規劃的目標和內容，為了確定規劃年的輸配電系統所需要的設備容量，必須先對供電區作與規劃年相應的負荷總量進行預測；為了確定變電所設備的合理分布，要求對供電區內進行分塊負荷預測，每塊的面積大小和電網電壓等級有關，電壓高的面積大，而且還和供電區的負荷密度相關，分塊的目的是為了在配電設備布局時有一定的分辨度，使規劃設計的系統布局和實際的負荷需要盡可能一致。負荷預測主要有短期負荷預測（24小時）、近期負荷預測（1～5年）、中期負荷預測（5～10年）、長期負荷預測（10～20年）。以上幾類預測分別適用于安排電網安全經濟運行、電網近期規劃、電網中期規劃、電網遠景規劃。負荷預測具有不確定性、條件性、時間性、多方案性等特點。因此有很多負荷預測方法，傳統的預測方法主要有用電單耗法、電力彈性系數法、負荷密度法、外推法、回歸預測法、人均用電量指標法等，各種預測方法適用于不同的負荷預測的種類。近年來隨著數學理論的發展，很多新的數學工具被應用到負荷預測中，出現了很多新的預測方法。

3.1 小波分析預測法

小波分析是一種時域-頻域分析方法，它在時域和頻域上同時具有良好的局部化性質，并且能夠根據信號頻率高低自動調節采樣的疏密，它容易捕捉和分析微弱信號以及信號、圖像的任意細小部分。能對不同的頻率成分采用逐漸精細的采樣步長，從而可以聚焦到信號的任意細節，尤其是對奇異信號很敏感，能很好的處理微弱或突變的信號，其目的是將一個信號的信息轉化成小波系數，從而能夠方便地加以處理、儲存、傳遞、分析或被用于重建原始信號。這些優點決定了小波分析可以有效地應用于負荷預測問題的研究。

電力系統中日負荷曲線具有特殊的周期性，負荷以天、周、年為周期發生波動，大周期中嵌套小周期。

3.2 人工神經元網絡預測法

運用神經網絡技術進行電力負荷預測，是較先進的研究方法，其優點是可以模仿人腦的智能化處理，對大量非結構性、非精確性規律具有自適應能力，具有信息記憶、自主學習、知識推理和優化計算的特點。特別是其自學習和自適應功能是常規算法和專家系統技術所不具備的。因此，預測被當作人工神經網絡（簡記為ANN）最有潛能的應用領域之一。ANN適用于解決時間序列預測問題，其在電力系統負荷預測中的應用理論上是可行的。很多人都試圖應用反向傳遞學習法訓練ANN，以用作時間序列預測。ANN一經引入電力系統，負荷預測就成為其應用研究的一個主要領域。到目前為止，ANN主要應用于短期負荷預測，但也有人用ANN作過中長期負荷預測。ANN應用于短期負荷預測要比應用于中長期負荷預測更為適宜，因為短期負荷變化可以被認為是一個平穩的隨機過程，而長期的負荷預測與國家或地區的政治、經濟政策密切相關。

3.3 灰色預測法[2]

灰色數學理論認為負荷序列是多種影響因素綜合作用的結果。多種因素的未知性和不確定性，成為系統的灰色特性。灰色系統理論把負荷序列通過生成變換，使其變化為有規律的生成數列。灰色預測法是一種對含有不確定因素的系統進行預測的方法，以灰色系統理論為基礎，可在數據不多的情況下找出某個時期內起作用的規律，建立負荷預測的模型。灰色理論對灰量、灰過程的處理，不是找概率分布，求統計規律，而是用“生成”的方法，求得隨機性弱化、規律性強化了的新數列，此數列的數據成為生成數。灰色預測法適用于短期負荷預測。

3.4 模糊負荷預測[3]

模糊負荷預測是近幾年比較熱門的研究方向。模糊原理適合描述廣泛存在的不確定性，同時具有強大的非線性映射能力。模糊系統對于任意一個非線性連續函數，就是找出一類隸屬函數，一種推理規則，一個解模糊方法，使得設計出的模糊系統能夠任意逼近這個非線性函數。模糊預測法應用模糊邏輯和預報人員的專業知識將數據和語言形成模糊規則，單純的模糊預測法的結果不夠準確，因為模糊預測沒有學習能力，因此模糊預測法常和神經網絡等預測方法組合使用。

3.5 電力負荷隨機時間序列預測技術

時間序列是指一個隨機變量t變化的量y（t），在t1

需要指出的是，變量t指的不一定是時間，也可以是其他的物理量，只要是一個取值單調遞增的物理量就可以了。例如，隨著時間而變化的動能等一系列觀測數據所組成的離散有序集合，也稱為一個時間序列。由于電力負荷是一個隨機變量，這個變量所描述的過程就是一個隨機過程，電力負荷的歷史資料就是按一定時間間隔進行采樣記錄下來的有序集合，如式y（t1），y（t2），…，y（tN），…，它是一個時間序列，用這個序列對電力負荷變化的規律和特性進行分析并對未來負荷作出預測，這正是電力負荷時間序列預測技術的主要內容。

4 結論

隨著城市電網由過去的粗放式發展轉變為現在的科學集約化發展，對電網規劃的基礎性工作——負荷預測的要求越來越高，以往循規蹈矩的預測方法已經不滿足當前負荷預測的要求。所以，今后應進一步研究城網規劃工作中如何采用這些新方法，以達到使負荷預測更加準確的目的。■

[1]陳章潮，程浩忠.城市電網規劃與改造[M].北京：中國電力出版社，2007：13.

[2]牛東曉，曹樹華，盧建昌，等.電力負荷預測技術及其應用[M].北京：中國電力出版社，2009：163.

[3]謝國恒.淺談城網規劃負荷預測工作[J].城市建設理論研究，2011（21）：26.

2012-05-09