實時電網拓撲下的母線負荷預測技術分析

沈揚

摘 要：隨著電力系統日益發展，母線負荷特征發生明顯變化，對調度系統的決策提出更高的要求，必需研究母線負荷運行狀態及發展趨勢。母線負荷預測是提高電網調度水平的重要環節，也是現貨市場環境下節點電價定價的關鍵依據，因此對市場環境下的母線負荷預測進行研究尤為必要。通過電網深度拓撲解析，實時分析構成母線負荷特征的全部元素，對各構成元素歷史負荷數據智能擬合，形成負荷預測曲線并疊加，最終擬合生成預測對象的96點負荷曲線，并利用負荷態勢預測結果對斷面及設備重過載預警信息進行發布。

關鍵詞：電網拓撲;母線負荷;負荷預測技術

引言

隨著國民經濟的快速發展，對用電量的需求不斷提高，電力負荷預測成為了電力系統正常工作中重要的環節。負荷預測以預測對象為依據，可劃分為系統負荷預測和母線負荷預測，而后者與前者相比，是細化到變電站內具體的供電對象。母線負荷預測是指對接入電網各母線節點的用電負荷的預測。在電力現貨市場不斷推進的背景下，電網系統母線負荷預測不僅為電力系統的安全、經濟運行提供了保障，還是市場環境下編排調度計劃、供電計劃、交易計劃的基礎，是目前市場價格與實時市場價格形成的重要基礎。因此，未來對負荷預測的準確性、實時性、可靠性提出了更高的要求。目前，地調母線負荷預測對象為220kV主變高壓側的負荷。

1電網拓撲下的母線負荷預測的重要性

負荷預測可以為電力系統的未來發展規劃提供數據參考，而且其預測分析結果也可為電力生產提供幫助。根據不同的預測需求，負荷預測也存在時間跨度方面的差異化。若是只針對電力系統在未來數小時之內的預測，了解該時間段的負荷波動情況，則為短期負荷預測或是超短期負荷預測。當需要對電力系統運行情況進行安全監視時，或者在一些應急性電力問題處理工作中，會應用該種預測方式。超短期預測是負荷預測中時限最短的預測類別，在其預測過程中，不必考慮溫度差異對預測結果造成的影響，但若在預測時間內存在極端天氣情況，則需要對其影響進行參考。該預測類別需要在極短的時間內構建起預測模型，并實施迅速預測。該類別預測必須以精確的數據作為支撐。短期負荷預測是根據日負荷曲線變化情況進行預測，從而為短期內的發電計劃提供參考依據，進行科學的負荷控制。

2母線負荷預測準確率的影響因素

2.1負荷轉供

在實際運行中母線存在計劃性檢修、小電源接入、電力系統多種運行方式等問題，以上問題的發生會導致母線負荷的分布結構發生變化。當系統的運行方式發生變化時，原本直接供電的母線由其他母線轉為供電，或母線供電負荷由少變多。由此可知，運行方式不同，母線負荷值可能會發生較大變化，從而影響負荷預測結果。

2.2網損

電能傳輸過程中，母線上會有損耗，母線上網損對預測結果的準確率產生一定影響。母線損耗較大時，一般是負荷較多，地區網損較大的情況;相反，母線損耗較小時，一般是負荷較小，地區網損較小的情況。因為母線負荷預測是非計劃性負荷分量和計劃性分量的一個綜合體，所以母線負荷預測系統的思路是綜合全面考慮母線負荷的非計劃性負荷和計劃性負荷，最終得到可靠準確的預測結果。由此可知，在求取母線負荷時，影響母線負荷預測的一個直接因素是網損。

2.3氣象

氣象因子是影響系統負荷預測準確率的重要因素。母線負荷是系統負荷的組成部分，氣象因子對其也有一定的影響，主要表現為負荷大小的突然變化。首先，對預處理后的數據應用k-mEAns算法進行聚類分簇，得到各負荷類型的聚類中心，并以此為基準曲線;然后，針對基準曲線采用皮爾遜相關系數進行氣象相關性分析，篩選出負荷敏感的氣象因素;氣象因子主要包括溫度、濕度、風速等，因為地區差異的存在，不同地區受到氣象影響的影響因子和程度不同。而對于電力系統母線負荷，溫度和降雨量是主要的影響因素。由氣候條件變化導致負荷總量快速變化的部分為天氣敏感負荷，夏季主要是空調等降溫負荷，冬季主要是取暖器等采暖負荷。

3電網拓撲下的母線負荷預測技術分析

3.1數據預處理技術

提出適用于電力市場環境下母線負荷預測的數據需求庫;針對數據樣本中的空缺、零值等異常情況進行填補和修正，從而保持其在時間序列上的連續性;同時，采用mAx-min方法對數據樣本進行歸一化處理，以加強各樣本類別間的可比性。

3.2數據修正電磁環網下96點數據

由于電網結構基于檢修方式下的各片區構建電磁環網方式相對固定，因此基于歷史電磁環網下潮流的分析，可看出對于純負荷站點或只有火電機組上網的非純負荷站點構建電磁環網時，PASS計算后潮流變化的百分比結果可直接應用于96點預測;對于光伏上網的站點，需取早晚兩次潮流計算結果應用于相應時段預測。

3.3采集10kv饋線歷史電流數據技術

從系統中獲取近20天并根據預測當天是否節假日、10kv線路是否轉供電狀態篩選出來的歷史電流數據。具體數據獲取步驟如下。首先獲取預測當天預測日氣溫，作為獲取歷史數據時的篩選條件。根據當前設備是否屬于轉供電狀態進行判斷，作為獲取歷史數據時的篩選條件。判斷預測當天是否屬于節假日，作為獲取歷史數據時的篩選條件。獲取該線路近20天的轉供電狀態、節假日、當天溫度與預測日氣溫相近的電流值。獲取該線路近20天的轉供電狀態、工作日、當天溫度與預測日氣溫相近的電流值。獲取該線路近20天的非轉供電狀態、節假日、當天溫度與預測日氣溫相近的電流值。

3.4預測斷面有功負荷數據

通過斷面配置找到斷面的組成部分，然后通過220kv主變的預測值推算出斷面的預測值。具體通過分析找到組成斷面的220kv線路及網絡，然后通過拓撲通道找到供電的220kv主變，可以從EMS獲取設備連接關系、潮流方向、開關和刀閘狀態等數據，得到與該220kv線路連接的220kv主變，根據220kv線路和與其連接的220kv主變的有功負荷的實時值計算其比例，根據220kv主變的預測值和與線路的比例關系推算出線路的預測值，根據220kv線路的預測值和實時方向計算得出斷面的預測值。有文獻在研究短期負荷預測中，采用了聚類分析與模糊推理相結合的方法，從而保證了數據分析中的學習能力和不確定性描述能力，取得了較好的效果。

結束語

母線負荷預測對于提前精細化安排電網運行方式意義重大，需不斷加強技術及管理方面的研究。技術上應重點保障基礎數據質量，加強算法研究，提高多數據源信息整合度。管理上要優化業務流程，健全溝通制度，提升專業與專業、電網與用戶間的信息共享效率。上述技術改進及管理措施落實后，常州電網220千伏母線負荷預測月度準確率平均值達95.80%，較上年的84.24%有較大提升。但技術上，在同時受到風電、光伏出力影響前提下構建的電磁環網潮流，目前還是難以預測96點負荷情況，因此亟需通過更加專業的技術系統和先進算法來解決。

參考文獻

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