電能計量自動化及負荷預測的優化分析

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摘要：電能計量自動化系統能及時收集和全面掌握客戶的用電信息，對計量裝置工作狀況進行監測。系統有關負荷管理功能的深入開發應用，不僅是電網正常運行的基礎保障，實現了資源的優化配置，也提供了先進的管理工具，促進供電企業的精益化管理，提高了經濟效益，同時為電力客戶提供進一步的拓展服務，提升了服務能力。本文總結了電能計量自動化采集系統的構成和作用，闡述了各類型電能采集系統的優缺點，針對負荷預測算法的數學模型建立和優化，證明了電能自動化采集系統對負荷預測的積極影響，提高了預測的準確性和有效性。

關鍵詞：電能計量；自動化；負荷預測；優化；分析

負荷預測是根據歷史負荷推測它的未來值，所以，負荷預測的對象是不確定事件。因此使得負荷預測具備有準確性、條件性、時間性、多方案性等特點。本文分析說明電能采集系統的建設和推廣對于供電局管理人員能夠提高管理效率，減少人力成本；對于電網信息的監視、交易管理能夠提供確切的依據和支撐作用，對于后臺分析、負荷預測能夠提高準確度和提供分析依據，對于電力企業提高管理效率和提高經濟效益具有積極的影響。

一、計量自動化系統的構成及優越性

（一）大客戶負荷管理系統

大用戶包括各類冶煉、化工廠，在全社會用電負荷中占主要地位，這些負荷受自然環境影響較小，受社會影響較大。由于其負荷的重要地位，大用戶用電發生異常時對網供量、對售電效益產生的影響也是最大的。大客戶負荷管理系統能夠為供電局后臺監控提供真實準確的用電信息，保證了管理人員及時、準確地發現大用戶的異常用電，能明顯體現出計量自動化建設對負荷管理和負荷預測的積極效果。

（二）低壓集抄

低壓集抄主要面對居民用電，它的作用是把居民電表的信息集中起來，再統一外送。雖然智能電表也能夠直接上傳信息，但是對于居民密集區域，低壓集抄的優勢則體現出來。對于大量的抄表數據，首先，比人工抄表提高了抄表效率、降低了人為誤差率；其次，能夠利用后臺系統進行用戶統計、分析、預測等大范圍的管理工作，為負荷預測及電網規劃提供充足依據。

（三）配變管理系統

配變管理系統除了對配變運行狀態進行監視以外，還能夠配合低壓集抄對臺區進行用電監視，通過分析比較得到線損情況；同時可以幫助及時發現異常用電情況。

二、計量自動化系統對短期負荷預測的影響

（一）負荷預測方法

1.回歸分析法

根據負荷的歷史水平，用統計學方法中的回歸分析法對負荷的觀測數據進行統計分析和預測。模型分為一元線性回歸、多元線性回歸和非線性回歸等。回歸分析法的優點是精度較高，適用于中短期預測；缺點是規劃期內的總產值無法詳細統計以及只能預測出綜合用電水平，無法預測各區用電水平。

2.灰色模型法

灰色模型針對含有不確定因素（例如某個時間點的電能采集失敗）的系統進行預測，該模型以灰色系統理論為基礎，能夠在缺乏數據的情況下找出一個時段內的規律，建立起負荷預測模型。灰色模型方法分為普通模型和優化模型。前者屬于指數增長型，當負荷按照指數規律增長時，預測精度高，計算簡單。但對于波動性的負荷，預測誤差較大，不適宜用此方法預測。優化灰色模型把波動的數據組變換為規律性增強的呈指數規律增長的序列，提高了該方法的適用范圍。這種方法要求數據少，不要求變化趨勢和分布規律，計算簡便，精度高，只要保證數據不要過于離散，則十分適用于短期負荷預測。

（二）計量自動化對負荷預測的影響

1.提高輸入數據質量

如上述介紹，回歸分析法時建立在大量的歷史負荷水平上的，歷史數據越多越準確，回歸分析法的結果也就越精確；灰色模型法不需要大量輸入數據，但是對輸入數據的準確性很高；時間序列法對輸入數據的連續性要求高。根據第1章的描述，計量自動化系統的優越性能夠保證這些計算方法所需要的輸入數據具有范圍廣、數量多、準確度高的特點，從而為負荷預測工作提供前提。

2.方便電量數據管理

負荷預測過程中產生的數據，可以由后臺的數據庫和管理軟件進行管理，通過計量自動化系統的統計形成負荷報表，對數據按照時間和區間可進行對比分析，尋求規律和發現異常情況。以便進行監測故障、監測竊電、總結報告、近遠景規劃等工作。

三、工程實例

某市從2009年開始逐步推行電能計量自動化系統建設，從歷史數據獲得2009年以前的用電數據（單位：萬千瓦時），從計量自動化系統數據庫獲得2009年以后的用電數據。數據包括用相同計算方式得出的預測用電量和實際用電量。

（一）預測誤差變化

抽取每年的1月份為典型月，·計算每日預測值與實際值之間的誤差，并以相對實際值的一百分比表示，計算每日預測一誤差平均值，繪制出從2006年至2013年間典型月日均預測一誤差（單位：百分比）變化曲線，如下圖1所示：

典型月日20062007200820092010201120122013

平均誤差%2.6482.6282.6452.1561.5551.4481.1371.057

圖1 20062013年1月用電量預測日均誤差變化曲線

從上圖可見，在2006年～2009年期間，1月份的負荷預測一誤差在平均每日2.6%左右，從2009年起，預測誤差明顯減小，隨后數年，隨著一計量自動化的逐步建設，預測誤差也在逐步減小，穩定在日均誤差1.1%左右，可以看到，負荷預測的一誤差在近幾年逐步穩定下降并保持在一定范圍內。

（二）典型月日負荷曲線分析

取2011年1月的每日預測用電量和實際用電量分析，并一計算預測一誤差：

表2 2011年1月每日電量表（單位：萬千瓦時）

日期預測值實際值誤差%日期預測值實際值誤差%日期預測值實際值誤差%

136963614822.31137083765-57-1.52133793421-42-1.2

235613471902.61237233863-140-3.62234273447-20-0.6

336343637-3-0.11336563692-36-1.02334433453-11-0.3

436273606210.61436573602551.52434893504-15-0.4

532593511-252-7.21536053583220.62534763491-15-0.4

632023451-249-7.21636253573521.52634663468-2-0.1

736063577290.81734923615-123-3.42734703477-7-0.2

836203642-22-0.61835653618-53-1.52834533460-7-0.2

937053724-19-0.51935083601-93-2.62932973300-7-0.1

1037343745-11-0.32033483384-36-1.13033453352-7-0.2

3133003326-26-0.8

繪制成柱狀圖和折線圖如下：

圖2 2011年1月每日電量（單位：萬千瓦時）及誤差（單位：%）

從圖中可見2011年1月各日的預測用電量、實際用電量變化和預測一誤差變化，本月預測最大用電量出現在1月10日，為3734萬千瓦時，實際用電量為3745萬千瓦時；預測最小用電量出現在1月6日，為3202萬千瓦時，實際用電量為3451萬千瓦時。尤其應注意的是，折線在幾個位置出現了突變，分別為1月5，6，12，17日，意味著實際值和預測值有較大差距，提醒管理人員應重點對這幾天的電氣信息監視數據進行分析。

四、結束語

如今，電能計量系統自動化的應用愈加廣泛，更加適應了電力企業發展的需要。能計量自動化系統實在社會需求迫切的形勢下建設和應用的，其以客戶為中心，具有保證供電企業有序用電、負荷控制、市場管理、電費結算、預購電、遠程抄表等業務，能統計線損四分、統計供電質量、統計供售電量和客戶節能評估等，它的推廣與應用不僅減少了資源消耗和環境污染，而且還提高了企業電網經濟運行管理水平和經濟效益。

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從而可減少約1/3的停電時戶數。3.3 提高設備質量 縮短檢修時間新建變電站的斷路器應選質量好、可靠性高、少維護和少檢修的開關設備，如GIS、SF6、真空開關、全封閉式電器等。10 kV出線開關盡可能采用真空開關，開發區內重點變電站可以引進設備為主。對老式的少油開關，遮斷容量不足的開關，有條件地逐步以真空開關替代。取消磚墻結構，大力推廣開關拒及封閉式電器，提高設備的運行可靠性。有條件的地方逐步推行帶電檢測裝置，如氧化鋅避雷器的帶電檢測裝置、紅外線測溫儀測量接點溫度、變壓器的帶電檢測裝置、開關的帶電檢測裝置等。配電網方面，應逐步采用環網結線和環網開關，開發區內先搞一、二個試點。首先考慮配電線路自動化，當發生故障后能自動隔離故障區段，自動恢復對非故障區段的供電，然后考慮自動抄錄電表。配電導線在開發區內采用電纜，其它市區部分有條件的也改用電纜并逐步推廣采用絕緣導線，近郊及遠郊仍可以架空導線為主。同時要推廣使用故障指示器，縮短故障尋找時間。要減小配變容量，縮小供電半徑，推廣采用40 kVA箱式變，按一只箱式變可供二幢樓左右來設計。配變的高壓跌落式熔絲逐步要換成帶消弧桿的跌落式熔絲，減少配變檢修對用戶的影響。

4.結論

4.1 影響配電系統供電可靠性的供電設施，按設備分類有變電類和線路兩大類：變電部分有互感器、隔離開關、避雷器、耦合電容器、阻波器、繼電保護、自動裝置、其它設備等；線路類有架空線路、電纜線路、柱上開關等。另外開閉所和配電室部分有斷路器、熔斷器、自動補償裝置等。

4.2 影響配電系統供電可靠性的技術原因有設備過載（過負荷）、損壞、局部過熱、漏油、熔斷、傾斜、空氣污染、進水、燒損、爆炸、腐蝕、磨損、松動、變形、斷裂、擊穿、絕緣不良、短路、接地、污閃、誤動、拒動、斷線、閃絡、斷股、倒桿（塔）、沉陷等等。

4.3 影響配電系統供電可靠性的責任原因有：設計不周、產品產量不良、安裝不良、檢修不良、運行處理不當、維護不當、指揮不當、設備失修、超役運行、爆破、動物事故、用戶影響、自然災害、老化、規程不當、計劃檢修、臨時檢修、交通運輸、盜竊、破壞、人員過失、樹木生長或傾倒、市政建設、配網限電、用戶臨時申請停電等。

4.4 提高配電系統供電可靠性的途徑和措施應主要從加強城市網改造，提高設備質量，縮短檢修時間，改革停電檢修制度，逐步推廣“狀態檢修”。

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2.3 移動基站通信電源系統的可用性設計

整流模塊故障將無法實時發現，為保障電源系統的安全運行，這種監控系統暫時不應取消備用模塊。需要補充適配器、充電器、移動電源三者之間的關系，充電器如何檢測移動電源中是否寫有QC2.0快充協議，移動電源做了哪方面的適應性改進（即與現有的無法實現快充技術的移動電源在電路結構上有哪些不同）等。對移動電源進行充電，以及移動電源對手機等電子消費品進行充電時，按目前的模式充電速度比較慢，耽誤和占用使用者的大量時間。

2）將使電源整流模塊的利用率提高，系統的配置更加合理。移動電源和其他所有的行業一樣，市場競爭到最后拼的都是品牌，品牌就代表著企業自身在行業里的位置，代表了該品牌產品品質在消費者心中的關注度。企業做好產品，做好品牌，擴大自己的影響力。電源模塊的帶電插拔可使電源系統的維修時間最短、維修難度最低。3）且蓄電池的壽命也不是一勞永逸的，有些蓄電池甚至5～6年后就需要更換，而目前交流電網的質量在不斷提高。可進一步拓展和完善報警功能，如增加移動電源工作環境溫度異常（高于或低于工作溫度）報警等，細分報警的性質和等級等。蓄電池的均浮充電壓根據蓄電池的環境溫度由監控自動進行補償調整，使蓄電池在各種環境溫度下都能保持滿容狀態。

3.結語

移動基站的特殊工作環境與工況，決定了對移動基站通信電源系統的特殊要求。結合為移動基站提供電源的實踐與經驗教訓，利用該電源管理系統，可顯著延長采用移動終端的電池使用時間，從而在不影響高性能應用的情況下，大大延長其待機時間。