臺區負荷平穩性分析技術研究

楊金喜 高 潔

（國網江蘇省電力有限公司揚州供電分公司，江蘇揚州225000）

0 引言

臺區是指電力供應系統中一臺或者幾臺變壓器的供電半徑或范圍，屬于管理電網經濟運行的一個概念。實際經驗表明，一個地區的負荷往往表現出季節性效應。夏季和冬季的負荷明顯高于春季和秋季。從經濟性和可靠性分析來看，由于實際應用中一個地區的全部負荷往往無法由一個變壓器負擔，因此，低壓臺區可以被稱為幾個10 kV/0.4 kV變壓器的供電半徑或工作范圍。通過劃分低壓臺區可以最終實現電力市場營銷的精細化管理[1-4]。

從用戶主體的角度來看，電力用戶可以分為住宅用戶、工業用戶、企業用戶和公用事業用戶。不同類型的用戶具有不同的功耗特性，導致臺區的負荷特性各不相同。由于臺區負荷數據往往包含不止一個變壓器，劃分較為靈活，具有數據量小、平穩性差、數據隨機波動性強的特點，基于傳統的平穩性分析理論對負荷日曲線做平穩性分析，并不能得到很好的效果，即大概率會判定為非平穩序列，因為白天與夜晚的負荷數據往往相差較大。

因此，本文從另外一個維度，即對不同日期的同一時刻的采樣點形成的序列進行平穩性檢驗，對采樣點的平穩性進行分析，探討負荷數據序列在時間上以及負載率角度的平穩性，從而為后續的研究提供理論依據[5-6]。

1 信號平穩性分析技術

由于平穩信號與非平穩信號兩者性質上存在較大差異，因此對于待處理的信號序列，首先應判斷其平穩性。信號平穩性定義如下：對于一個弱平穩過程{xl（t）}（-∞＜t＜∞），序列的平均值μx（t）是與時間無關的；序列的自相關函數（ACF）r（t1，t2）只與時延τ=t1-t2有關，和時間無關。即：

其中，＜>符號表示求平均值。

雖然信號平穩性的定義已十分明確，但是實際卻缺少公認而統一的判斷方法。

在已有的多種判斷方法中，本文選取的方法基于如下理論：在頻域方面，信號頻譜隨時間的波動幅度，可以反映出該信號的平穩性。

平穩信號的頻譜不隨時間的變化而變化，而非平穩性信號的頻譜則是時變的。可以認為，不同時間點信號頻譜變化幅度越小，則該信號平穩性越強。因此，需要選擇衡量信號頻譜隨時間變化幅度的指標[7-8]。

定義一個序列在時間點t1，t2，…，tn的頻譜與平均頻譜距離為：

該定義參照了Theiler的檢驗方法，式中的Sx，K（tn，*）表示序列x（t）在tn時刻的頻譜，＜ >符號代表取平均值。

此處采用Priestly提出的距離定義[9]：

式中，～符號代表待處理函數對應進行歸一化處理之后得到的函數，此處使用f~（x）=f（x）/max f（x）作為歸一化函數。

2 臺區負荷平穩性分析流程

根據信號平穩性分析算法，以2016年5月1日至31日江蘇揚州市某臺區日負荷數據為例，設計了圖1所示的臺區負荷平穩性分析指標θ的計算流程，其中負荷數據每15 min采樣一次，每日共96個數據點。

首先將負荷曲線數據轉化為頻域信號，進而對頻率求均值，并計算定義距離及其方差，利用式（5）計算得到波動幅度指標Θ。

3 仿真分析

隨機選取揚州地區6000000323607號臺區，按指標對96個時刻點從5月1日至31日作出平穩性評估，所得結果如圖2所示。

由圖2可見，大部分采樣點的平穩性指標較好，屬于正常可預測范圍內，與大部分點相比，有少數采樣點的平穩性指標出現極大幅度的提升，即平穩性特別差，極端情況出現在14：45，其指標與大部分預測點相比超出了3個數量級。負荷序列的不平穩性往往是由一段時間的少數異常值引起的（往往同時也是最大值），這由一些隨機因素所產生，考慮到一些突發事件，比如電力系統突發故障、重大政治活動以及熱門電視節目等都是影響臺區負荷的重要隨機因素，這也為負荷預測提供了負荷特性的分析依據。

圖1 臺區負荷平穩性分析流程

圖2 6000000323607號臺區平穩性指標

4 結論

本文對臺區負荷進行分析，介紹了時序信號平穩性分析的方法，并做出了將該方法應用至臺區短期負荷預測上的嘗試。通過對2016年5月揚州市6000000323607號臺區日負荷數據采樣點以及最大值的平穩性分析，得出了平穩性指標，并進行排序，作出了相關分析。通過對50個臺區的平穩性分析，發現在以下時段負荷平穩性較差：05：00—07：30、10：30—12：00、12：30—15：00。