母線負荷預測實施方案

1、母線負荷預測實施方案1 目的和意義在電力體制改革的不斷深化的背景下， 全社會對電網(wǎng)以及整個電力工業(yè)安全、 節(jié)能、高效運作的要求日益提高。 為貫徹落實國家節(jié)能減排政策的要求， 調(diào)度系 統(tǒng)必須采取科學的發(fā)電調(diào)度方式， 在安排日前發(fā)電計劃和檢修計劃時， 考慮安全 因素，對計劃進行安全校核計算，檢查日計劃運行方式下，系統(tǒng)有無阻塞，是否 出現(xiàn)運行設備和穩(wěn)定斷面的越限，及時調(diào)整發(fā)電計劃。在調(diào)度部門研究未來時段的計劃運行方式時， 首先要進行需求分析， 分析未 來用電負荷情況， 不僅需要總量信息， 更重要的是要分析這些用電負荷的分布情 況，進行母線負荷預測。 母線負荷預測為電力生產(chǎn)提供精細化的需求分析數(shù)據(jù)和

2、分析結(jié)果，為實現(xiàn)調(diào)度計劃流程的精益化管理奠定基礎。 開展母線負荷預測工作， 提高安全校核的準確性， 是提高調(diào)度系統(tǒng)駕馭大電網(wǎng)能力的重要舉措， 也是調(diào)度 系統(tǒng)適應公司“兩個轉(zhuǎn)變”的內(nèi)在要求。2 系統(tǒng)設計原則不同于系統(tǒng)負荷預報，母線負荷預報的考核明顯復雜，具有多對象、多層 次、多時段的特點。建立合適的考核指標，對預報結(jié)果進行考核，可以對預報結(jié) 果做出正確的評價。系統(tǒng)總體設計時應考慮以下基本原則：（1）實用性 母線負荷預測工作應根據(jù)國家電網(wǎng)公司精細化管理的要求，兼顧我國電力 調(diào)度自動化和調(diào)度管理方式的現(xiàn)狀， 既要考慮未來電力系統(tǒng)運行過程中的不確定 因素，又要考慮后續(xù)分析工作的實際要求，提供準確的預報

3、結(jié)果。（2）準確性 母線負荷預測是制定電網(wǎng)運行方式的基礎，其預測的精度直接影響到后續(xù) 安全校核分析結(jié)果、 電網(wǎng)輸送能力的計算和計劃方式的安排。 為此，必須保證母 線負荷預測滿足一定的精度要求。（3）可靠性 系統(tǒng)設計和程序編制要保證預報系統(tǒng)可靠運行，并為系統(tǒng)故障診斷和排除 提供快捷方便的技術(shù)手段。（4）開放性 軟、硬件接口符合相關(guān)的國際、國家標準，采用開放式體系結(jié)構(gòu)和分布式 系統(tǒng)設計，滿足軟件平臺、 硬件平臺的兼容及各子系統(tǒng)間的互聯(lián)， 便于第三方軟 件集成。（ 5） 易用性 軟件應操作方便，易于使用，具有友好的人機界面。設計時充分考慮使用 人員的可維護性3 母線負荷預測功能實用化改進1） 檢修、

4、轉(zhuǎn)供信息接入 設備的檢修和復役會引起電網(wǎng)動態(tài)拓撲結(jié)構(gòu)的變化，為了滿足系統(tǒng)安全輸 電和用戶不間斷供電的要求， 需要進行負荷轉(zhuǎn)供。 一般來說網(wǎng)絡中支路設備如線 路的檢修， 會改變輸電路徑， 但對母線負荷需求并沒有明顯的影響， 但對于與母 線負荷直接相關(guān)的主變設備停運時， 必然導致該負荷向相鄰負荷轉(zhuǎn)移， 典型的是 向同站其他母線轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)供的概念比較模糊， 多數(shù)上屬于負荷總體情況的信息， 轉(zhuǎn)供的實質(zhì)是由于 轉(zhuǎn)供母線供電的負荷對象發(fā)生了變化， 這種變化往往是下級調(diào)度接線方式改變引 起的。因此，從本質(zhì)上解決轉(zhuǎn)供問題需要通過下面提出的上下協(xié)調(diào)運行的機制。需要提供關(guān)于轉(zhuǎn)供的相關(guān)信息。包括：轉(zhuǎn)供時間，被轉(zhuǎn)供母線

5、負荷，轉(zhuǎn)供目 的廠站 / 母線，轉(zhuǎn)供負荷大?。ㄏ鄬Υ笮。┑取Ｓ捎跈z修計劃自成系統(tǒng)，其信息的導入牽涉到模型和設備命名一致等一系 列問題，因此系統(tǒng)暫時沒有采用自動導入檢修計劃的方式， 而是從實用化角度出 發(fā)，提供檢修計劃輸入工具，由用戶人工提供檢修計劃信息。2） 氣象數(shù)據(jù)接入 氣象已成為多數(shù)地區(qū)影響負荷的重要因素，典型氣象數(shù)據(jù)包括日特征溫度（最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫） 、降雨量、相對濕度、風力風向等。接入氣 象數(shù)據(jù)，為分析氣象和母線負荷的關(guān)系， 并在預測中考慮氣象因素的影響打下基 礎。錄入方式：? 氣象系統(tǒng)定期提供氣象數(shù)據(jù)文件，我們提供解析程序解析文件入庫；? 通過用戶人工錄入的方式錄入氣象數(shù)

6、據(jù)；4 預測模型形成及樣本數(shù)據(jù)獲取4.1 母線負荷模型母線負荷可以定義為由變電站的主變壓器供給一個相對較小的供電區(qū)域的 負荷總和。通常一個地區(qū)的母線負荷類型比較單一 （ 例如，均為民用負荷或商業(yè) 荷等。電力母線負荷是系統(tǒng)負荷的組成部分。因此，母線負荷與系統(tǒng)負荷之間存在 相互的關(guān)聯(lián)性。但是，母線負荷與系統(tǒng)負荷在構(gòu)成和特性上都有所不同。母線負荷與用戶類型有很大的關(guān)系。 因為母線負荷是一個相對較小的區(qū)域內(nèi) 的供電負荷，因此與系統(tǒng)負荷相比，母線負荷的組成較單一，往往只包括一、兩 種用戶類型。對于不同的地區(qū)和用途，有不同的劃分用戶類型的依據(jù)。母線負荷預測可將 負荷類型劃分為城市民用負荷、工業(yè)負荷、商業(yè)負

7、荷、辦公負荷、農(nóng)村負荷等。 城市民用負荷主要指城市居民的家用負荷， 包括居民生活照明用電、 家用電器等； 商業(yè)負荷包括賓館、銀行和餐飲業(yè)等，主要是照明、空調(diào)、動力等用電負荷；工 業(yè)負荷指工業(yè)企業(yè)用于工業(yè)生產(chǎn)的用電； 辦公負荷包括醫(yī)院、 學校和政府辦公等。 農(nóng)村負荷包括農(nóng)村民用電、生產(chǎn)與排灌用電以及農(nóng)村商業(yè)用電等。按照國調(diào)相關(guān)規(guī)范要求， 母線負荷預報系統(tǒng)從 SCADA模型獲取母線負荷定義 及其所屬區(qū)域和廠站的層次關(guān)系，并形成以負荷組為實體的負荷模型。4.2 母線負荷樣本 母線負荷預報基于對歷史數(shù)據(jù)的分析，依據(jù)負荷變化的規(guī)律進行預測。母 線負荷預報分析使用的歷史數(shù)據(jù)， 稱為樣本數(shù)據(jù)。 樣本是整個預

8、測工作的數(shù)據(jù)之 源，其數(shù)據(jù)的質(zhì)量決定著母線負荷預測的精度， 因此，樣本數(shù)據(jù)的形成是母線負 荷預測的一項重要的基礎性工作。考慮到母線負荷預測系統(tǒng)建立在EMS 平臺之上，其母線負荷值直接從SCADA 模塊獲取。系統(tǒng)設計時按照通用的每天 96點（ 15分鐘間隔）定時從狀態(tài) 估計采集母線負荷數(shù)據(jù)，從而形成母線負荷預測的樣本數(shù)據(jù)。為了獲取更穩(wěn)定可靠的樣本數(shù)據(jù)，在實際操作過程中提高了采樣的頻率，每 整 15 分鐘點前后 5 分鐘各增加采樣一次，最終進入樣本庫的值為這 3 個值的平 均值。4.3 樣本數(shù)據(jù)預處理 母線負荷的樣本數(shù)據(jù)和系統(tǒng)負荷一樣具有負荷變化的基本特點，主要有以 下幾點：（1）母線負荷與系統(tǒng)負

9、荷一樣具有周期性的特點，日周期為 24小時。實際 上母線負荷同系統(tǒng)負荷一樣，除具有日周期外，還具有典型的周周期、 月周期和年周期；（2）一般情況下，公休日的母線負荷水平略低于工作日；（3）母線負荷具有合理的規(guī)則模式，而且變化曲線比系統(tǒng)負荷更平滑。 盡管母線負荷預測與系統(tǒng)負荷有著上述的一些共同點， 但是其有著自身的一 些特性：（1）與系統(tǒng)負荷相比，其負荷基數(shù)比較小，隨機干擾對其影響更大；（2）電力系統(tǒng)調(diào)度實行分級調(diào)度，在省網(wǎng)級調(diào)度，其母線負荷多數(shù)是與下級 調(diào)度相交的關(guān)口，不是真正的負荷，存在下級調(diào)度運行方式變化和自發(fā)電 的影響，此時甚至可能會出現(xiàn)倒送功率的“負荷” ，在系統(tǒng)負荷預報中常 用的一些

10、判別壞數(shù)據(jù)的方法不再適用。（3）調(diào)度方式的改變，會引起站內(nèi)，站間，子區(qū)域間負荷轉(zhuǎn)供；（4）作為樣本數(shù)據(jù)的來源，使用狀態(tài)估計結(jié)果則會出現(xiàn)在局部出現(xiàn)較大計算 誤差或由于不收斂等現(xiàn)象，導致樣本缺失。母線負荷預報樣本處理過程中，對于壞數(shù)據(jù)的判別采用分次逐級判別，從 母線負荷入手，按照廠站、子區(qū)域、全區(qū)域的層次關(guān)系，逐級驗證檢查，以負荷 變化量和負荷水平的變動區(qū)間為判據(jù)。 每次壞數(shù)據(jù)處理后， 調(diào)整的結(jié)果同時修正 下層負荷。設預測時選擇樣本天數(shù) n，對某母線負荷第 i天的負荷曲線為 Xi(t),t=1,2, 。96 計算平均負荷曲線x(j)1nnxi (t ),其中t i11,96xi(t)1.2x(t)

11、xi (t)1.2x(t)取0.8x(t)xi (t)0.8x(t)進行限幅處理，避免出現(xiàn)大毛刺。由于樣本來自狀態(tài)估計，已經(jīng)經(jīng)過處理，對母線負荷數(shù)據(jù)僅采用了簡單的判 別方法作檢查，從而加快計算的速度。(1)將前后兩個時間的負荷數(shù)據(jù)作為基準，設定待處理數(shù)據(jù)的最大變化范 圍，超出即判為不良數(shù)據(jù)：|P(d,t) P(d,t 1)| (t)|P(d,t) P(d,t 1)| (t)P(d,t) 為d日第t時刻的母線負荷值， (t), (t)為t時刻的閾值。 (2)設定每日 24個小時的負荷變化范圍，超出范圍判為不良數(shù)據(jù) ; |P(d,t) P(t)| (t)P(t )為預測前 n天t時刻歷史母線負荷的

12、加權(quán)平均值， (t )為閾值。對于檢測到的不良母線負荷數(shù)據(jù)和缺失的母線負荷數(shù)據(jù)， 采用最近幾個相同 類型日的歷史數(shù)據(jù)來補齊：P(d,t) w1P(d 1,t)wn P(d n,t)其中， P(d,t)為d日第t時刻的母線負荷值， wi為權(quán)重， n為使用的補齊的同類 型日天數(shù)。6 預測結(jié)果的合理性校驗母線負荷對象都經(jīng)過具體的設備進行傳輸， 并實現(xiàn)等值負荷建模， 如主變高 壓側(cè)、線路等值，這些設備傳輸功率都可定義功率上下限，在預測結(jié)束后，對預測結(jié)果進行基本的合理性檢驗， 可以避免預測結(jié)果中由于總負荷功率分配方式而 出現(xiàn)越限的不合理現(xiàn)象。除了通過上述的靜態(tài)限值方式， 進行校驗外， 還需要根據(jù)負荷的歷

13、史變化規(guī) 律，動態(tài)分析分析負荷的典型曲線和變化曲線， 找出可疑的預測結(jié)果， 并按照可 疑程度進行分級顯示，簡化使用人員工作量。7 海量數(shù)據(jù)信息展現(xiàn)技術(shù)母線負荷是典型的多對象、 多層次、 多時段，同時牽涉眾多相關(guān)因素的海量 數(shù)據(jù)庫，研究直觀醒目的信息展現(xiàn)技術(shù)， 有利于對系統(tǒng)在宏觀和微觀層面的分析 找到更好的平衡，用更少的內(nèi)容表達更豐富的信息。系統(tǒng)提供了多日母線負荷數(shù)據(jù)的橫向 （按時間展開）和縱向（多日曲線對比） 等手段，令使用人員對多日的母線負荷水平的變化一目了然。8 母線負荷預測算法評價考核與系統(tǒng)負荷一樣，也必須對母線負荷預測的結(jié)果進行考核，以有效促進母 線負荷預測工作的深入開展。 母線負荷預

14、測帶來了運行人員工作量的增加， 如何 科學合理評價各單位、 各部門工作的成效與得失， 是不斷推進母線負荷預測工作 深入開展的保證。由于母線負荷預測對象數(shù)目重多，面對如此巨大的海量數(shù)據(jù)，必須建立一 整套的考核評價指標，及時找出母線負荷預測情況，找出大誤差點等相關(guān)信息。在系統(tǒng)負荷預測的評價考核中，考核指標都源自基于各點預測值和實測值 計算出的相對誤差，即Ei預測值 實測值實測值100%但是母線負荷預測的負荷數(shù)據(jù)的數(shù)值相對較小， 繼續(xù)采用這種考核辦法將使 得小負荷對象的相對誤差急劇增加， 嚴重干擾對母線負荷預測精度的判斷。 因此， 在借鑒狀態(tài)估計、 調(diào)度員潮流等網(wǎng)絡分析模塊誤差考核辦法的基礎上， 對

15、母線負 荷預測的考核指標采用單點單個母線負荷的引用誤差。 這是母線負荷預測評價考核與系統(tǒng)負荷預測評價考核的最大差異母線負荷預測的評價指標主要分為準確率和合格率考核兩類，都是基于單點母線負荷對象考核結(jié)果的匯總信息，主要的誤差分析指標有：（1）單母線負荷 i 時段 k的引用誤差i,k預測值 實際值負荷基準值100%100%負荷基準值同狀態(tài)估計誤差統(tǒng)計中的功率基準值（見下表）電壓等級 （kV）功率基準值 （MVA）50010823306862203051101142） 日母線負荷預測準確率 （%）日母線負荷預報準確率 （%） （1 1 Ak2 ） 100%其中：1MAk1 Ei,kM i 1 為時段

16、的區(qū)域統(tǒng)計誤差， M 為區(qū)域內(nèi)評價的母線負荷總數(shù)，N為日預測總時段數(shù)。3） 月（年）平均母線負荷預測準確率 （）N日母線負荷預測準確率月（年）平均母線負荷 預測準確率 （%）n1月（年）日歷天數(shù)4）日母線負荷預測合格率 （）日母線負荷預測合格率(%)1NNk1其中，時段區(qū)域合格率：母線負荷預測合格數(shù) 母線負荷總數(shù)母線負荷預測合格數(shù)是指引用誤差 6的母線負荷數(shù)。5）月（年）平均負荷預測合格率 （）日母線負荷預測合格率月（年）平均母線負荷 預測合格率 （%）n1月（年）日歷天數(shù)9 母線負荷預測的人機交互母線負荷預測對象數(shù)目多、層次多，數(shù)據(jù)量大，要求人機交互方便易用， 這也是母線負荷預測系統(tǒng)的重要部分，主要包括：（1） 提供母線負荷預測對象的導航功能 利用對象導航功能，可以靈活選擇地區(qū)、分區(qū)、廠站、母線負荷對象，用 來對這些對象作各種數(shù)據(jù)查詢和分析功能， 同時分析結(jié)果也可以與導航對象進行 互動。導航中的對象支持鼠標拖拽功能，直觀方便。圖 4 導航欄2）歷史日母線負荷預測結(jié)果查詢。日負荷曲線可以按照曲線、表格的形式進行展現(xiàn)。 根據(jù)母線負荷的層次關(guān)系，在進行歷史日負荷查詢時還提供下層對象的曲線顯示，可以方便直觀看