關于甘肅省母線負荷預測若干問題的研究

嚴 革

（國網甘肅省電力公司調度控制中心自動化處，甘肅 蘭州730030）

1 概述

電網母線負荷預測系統（BusloadForecastSystem）是分析和預測電網各節點電力需求的技術支持系統。電網母線負荷預測是制定電力系統運行方式的重要依據，精確的母線負荷預測是合理安排生產調度計劃，保證電力系統安全、經濟運行的前提和保障。

2 電磁環網問題

電磁環網亦稱高低壓電磁環網，是指兩組不同電壓等級的線路通過兩端變壓器磁回路的聯接而并聯運行。甘肅地區局部電網有這樣的運行特點。高低壓電磁環網中高壓線路斷開引起的負荷轉移對電網安全和穩定有較大影響，因此如何進行電磁環網環境下的母線負荷預測和安全校核是必須要考慮的問題。

（1）電網母線負荷預測對象的選擇。基于甘肅電網的電磁環網現狀，在進行安全校核工作時必須要使用包含低壓電磁環網結構的網絡模型，這樣才能準確預估電網安全運行狀況。因此甘肅母線負荷預測對象的選取就不能限定為“220kV主變高壓側”這一范圍，而應該擴展為“中低壓側出線”（如圖綠色的負荷部分）的預測，這也符合國網關于母線負荷建模的規范要求。

如圖1所示，由于10～11節點、13～14節點的關聯，形成了高低壓電磁環網：

圖1 高低壓電磁環網圖

針對出線的預測即能夠避免因高壓節點預測的不精確性，也能提高安全校核工作的實用化效果。母線負荷預測系統應提供了這種預測模式的靈活配置工具，只要電網模型和負荷數據基礎具備，在技術實現上沒有問題。

（2）上報網公司的預測對象提取問題。在國網母線負荷預測的工作要求中，省公司后期會將220kV或330kV主變高壓側負荷預測結果作為上報內容進行上報，依照上一節所提到的預測對象選取方案，就存在將低壓出線負荷（圖1中綠色部分）匯總為主變高壓側負荷（例途中的1、2、3#主變）的問題。

因為電磁環網的存在，這種非樹狀結構使得高壓節點負荷的匯總不能采取向上累加的方式；而應該采用簡易狀態估計計算的方法，利用電網潮流分布來得到高壓節點負荷。這種方式既可以滿足上報管理的要求，又可以得到較為準確的高壓節點負荷預測結果。

3 風電節點的預測問題

短期母線負荷預測是針對高壓節點負荷進行的，風電的出力變化會影響節點負荷的變化。風電出力增加時，更多的負荷由風電供應，網供負荷減少。甘肅大量風電是徑流式的，沒有調節能力，在實際運行中處于有風即發的狀態，運行狀態和出力受氣象因素特別是風力的影響很大。因此，分析清楚小風電對負荷的影響并提出行之有效的解決方案對做好這類地區的母線短期負荷預測工作是有重大意義的。

準確預測結果要建立在對歷史數據較為完整的掌握和全面分析的基礎上，在負荷預測中處理風電問題的關鍵點在于如何對風電信息的掌握和分析。下面根據當地風電信息獲取的程度提出以下3種風電問題展開的預測建議。

（1）低壓母線負荷累加法。低壓負荷累加的負荷預測方法是依據地市級電網及其下級網的特點研究出的一種簡易的電力負荷預測方法，并且具有滿足精度要求的預測結果。

各地市級電網總體呈現出以下3個特點：①供電區域大，負荷結構復雜，影響負荷大小及分布的因素較多；②電網由多個區縣級子網組成，統計區縣統轄的風電信息存在困難；③組成電網的子網分布區域較廣，氣象差別較大。

由于供電區域較大，地市級電網不易獲得區縣電網統轄下的風電的精確信息，給負荷預測造成了一定的困難；另外，對風電資源豐富的地區，風力是影響負荷的重要因素，而從第三個特點可以看出，由于不同區縣氣象情況難于獲得，電網短期負荷預測的準確度很難持續保持較高的水平。

而相對于地市級電網而言，其子網——區縣級電網，其特點則有明顯的不同：①供電區域小，負荷結構清晰，影響負荷大小及分布的因素較易統計；②子網供電公司容易掌握各個子網內的風電情況；③各個子網供電區域內的天氣情況變化很小，且有詳細的預報，獲知氣象信息較容易。在這種情況下，低壓母線負荷累加法就是充分利用區縣級供電公司提供的預測結果來形成對地市級電網的負荷預測。

基本原理如下：不考慮廠用電、損耗，地市級電網母線負荷等于下級電網關聯母線負荷之和。由于區縣級負荷（作為個體）滿足相互獨立、互不影響的條件，因此地市電網負荷（作為母體）服從正態分布。在預測各個區縣級的負荷時，即使某些區縣級供電公司由于預測條件較差，預測誤差較大，由于這些正、負誤差的相互獨立，且均服從某一區間上的均勻分布，所以，將各個區縣級供電公司的負荷預測數據相加后，誤差相互抵消。

在實際情況下，考慮到電廠廠用電和線損以及部分由地市級電網直接供應的用戶，地市級電網負荷高于各個區縣級電網負荷之和。高出的程度，定義為“網損系數”，廠用電比率、線損比率和都是相對比較穩定的，地市級電網直接供應的用戶所占比率比較小，所以，網損系數一般保持相當穩定。因此就可利用區縣級負荷累加后乘網損系數的方法來預測地市級電網供電公司的全網總負荷。

實現流程大致如圖2所示：

適應性分析：優點體現在如下方面：①需要信息量不大，不需要地調詳細了解轄區內所有風電情況。②高壓母線負荷與關聯的低壓母線負荷的關系比較穩定，預測比較準確。

但是，該方法具有如下缺點：①數據的全面性、細致性、實時性和準確性需要人工干預。②縣調的技術力量以及投入程度都是制約該方案實施的主要因素。

（2）風電還原法。網供負荷實際上由兩類負荷構成，分別為全社會用電負荷和非統調負荷，其中非統調負荷指小風電、小火電等發電資源所帶的負荷，對于小風電特點明顯的地區，小火電可以忽略不計，因此可以簡化認為網供負荷=全社會用電負荷-小風電發出力。

實際上全社會用電負荷與小風電出力的發展變化規律是完全不同的，前者在時間上具有明顯的周期規律性，負荷變化主要受溫度的影響；而后者不存在明顯的周期性，溫度對其影響不大，發電量的大小在很大程度上取決于風力的大小。因此，根據不同負荷模型應適應不同的負荷特點的原則，應將這兩類性質完全不同的負荷分別進行預測。一方面通過分別建模，有利于掌握負荷的發展特性，從而提高預測精度；另一方面通過分別預測，可以深入分析預測誤差的來源，為進一步做好預測工作提供科學的依據。

基本原理如下：根據獲得的歷史小風電每日96點或24點的發電出力情況，將網供負荷分解為全社會用電負荷和小風電出力兩類，分別展開預測。對于全社會用電負荷，由于其發展特性的穩定性，因此利用通用的預測算法一般就能夠滿足預測要求。

對于小風電出力，主要與風力相關，因此考察某一日小風電的發電量應連續選取前若干天作為歷史相關日。預測過程中，應結合待預測日當日風場天氣預報的風力情況，利用相似度原理尋找歷史上與其最相似的幾日，然后通過參考這幾日的小風電出力情況和與待預測日的相似程度展開預測。

實現流程大致如圖3所示：

圖3 風力還原法流程圖

適應性分析：該方法的優點體現在如下方面：①可根據兩類負荷特性不同分別展開預測，預測效果比較好。②可以明確預測誤差出現的原因，有利于分清責任，找到提高預測精度的工作方向。

但是，該方法具有如下缺點：①數據量要求比較大，要求可以提供小風電每日96點或24點發電曲線，并且需要有一定的歷史積累。②在很大程度上依賴于天氣預報的準確性。

（3）決策樹預測法。由于風電的自動化程度低，經常無法準確的掌握風電的出力數據，使得全口徑的用電負荷無法及時掌握。在這種情況下，可以模擬分析風電歷史出力，模擬方式為：對歷史日，模擬分析風力引起氣溫和濕度的變化導致的負荷降低值，負荷繼續降低的部分，視為風力造成風電出力變化對負荷的影響，從而獲得風電典型出力曲線。

基本原理如下：首先選取歷史日，根據已經發現的氣溫、濕度與負荷的關系，預測由于氣溫、濕度和降水改變引起的負荷變化，在歷史日總負荷變化中減去這部分，可以認為得到了因風力而導致的風電出力變化部分；利用該出力變化部分分析歷史風力和風電逐時出力曲線之間的關系；根據待預測日的風力預報信息，預測待預測日的風電出力曲線，在不考慮風電出力變化的準預測負荷中減去小風電的出力預測，得到網供負荷的預測值。

實現流程大致如圖4所示：

圖4 決策樹預測法流程圖

適應性分析：該方法的優點主要體現在對數據要求不大，不需要提供風電歷史出力情況，符合某些地區實際情況，具有比較大的可行性。缺點在于模擬效果較實際情況存在一定的誤差，實際預測效果仍然需要檢驗。

4 安全校核應用問題

電力系統靜態安全分析是電力系統規劃、運行和監控的一個重要任務，而對每一個預想事故進行計算和分析，校核電網中是否有支路潮流違限等現象的存在，又是電力系統靜態安全分析的主要內容。預想事故分析是電力系統安全分析的重要組成部分，它為系統運行人員判斷系統當前狀態是否安全提供了信息，也為制訂正確的處理對策提供了前提。

利用靜態電網安全校核軟件，可以對日96點進行逐點的掃描與安全分析，其主要功能如下：

（1）直流潮流分析。對擬詳細研究的系統進行直流潮流計算，分析線路潮流的越限情況，并可設置對越界線路報警。在負荷分布不變的情況下，可人工輸入發電機出力的調整值，重新計算直流潮流。計算的網絡復雜度、接線方式的復雜程度只受到計算機內存的限制，與算法本身無關。可保存多個直流潮流計算結果，供用戶對比分析。該功能可以滿足各種運行方式下的潮流分析的要求。

（2）單一故障自動掃描（線路N-1校驗）。系統可根據當前系統的運行狀況，進行自動故障選擇，自動給出事故的嚴重性，以及事故之間相對嚴重程度等信息。對嚴重事故，分析每種事故情況下的越限情況，給出每個故障開斷可能引起的過負荷數目以及越界元件。

（3）故障事故集評判。針對自動故障掃描功能存在計算量大、時間較長、難以分析三重以上故障等缺點，為此，系統建立了預想事故集的評判功能，彌補自動故障掃描的不足。該功能主要用于對分析人員認為比較重要的事故或者經常發生的故障，設定預想事故集合進行評估，從而避免對所有故障進行全部掃描，可顯著地減少計算量、節省計算時間。

甘肅地區局部電網存在高低壓電磁環網運行的特點，有效的電磁環網環境下的母線負荷預測和安全校核的解決方案，一方面能夠避免因高壓節點預測的不精確性，另一方面也能提高安全校核工作的實用化效果。