嚴 革

（國網(wǎng)甘肅省電力公司調(diào)度控制中心自動化處，甘肅 蘭州730030）

1 概述

電網(wǎng)母線負荷預(yù)測系統(tǒng)（BusloadForecastSystem）是分析和預(yù)測電網(wǎng)各節(jié)點電力需求的技術(shù)支持系統(tǒng)。電網(wǎng)母線負荷預(yù)測是制定電力系統(tǒng)運行方式的重要依據(jù)，精確的母線負荷預(yù)測是合理安排生產(chǎn)調(diào)度計劃，保證電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行的前提和保障。

2 電磁環(huán)網(wǎng)問題

電磁環(huán)網(wǎng)亦稱高低壓電磁環(huán)網(wǎng)，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(lián)接而并聯(lián)運行。甘肅地區(qū)局部電網(wǎng)有這樣的運行特點。高低壓電磁環(huán)網(wǎng)中高壓線路斷開引起的負荷轉(zhuǎn)移對電網(wǎng)安全和穩(wěn)定有較大影響，因此如何進行電磁環(huán)網(wǎng)環(huán)境下的母線負荷預(yù)測和安全校核是必須要考慮的問題。

（1）電網(wǎng)母線負荷預(yù)測對象的選擇?；诟拭C電網(wǎng)的電磁環(huán)網(wǎng)現(xiàn)狀，在進行安全校核工作時必須要使用包含低壓電磁環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)模型，這樣才能準確預(yù)估電網(wǎng)安全運行狀況。因此甘肅母線負荷預(yù)測對象的選取就不能限定為“220kV主變高壓側(cè)”這一范圍，而應(yīng)該擴展為“中低壓側(cè)出線”（如圖綠色的負荷部分）的預(yù)測，這也符合國網(wǎng)關(guān)于母線負荷建模的規(guī)范要求。

如圖1所示，由于10～11節(jié)點、13～14節(jié)點的關(guān)聯(lián)，形成了高低壓電磁環(huán)網(wǎng)：

圖1 高低壓電磁環(huán)網(wǎng)圖

針對出線的預(yù)測即能夠避免因高壓節(jié)點預(yù)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(yù)測系統(tǒng)應(yīng)提供了這種預(yù)測模式的靈活配置工具，只要電網(wǎng)模型和負荷數(shù)據(jù)基礎(chǔ)具備，在技術(shù)實現(xiàn)上沒有問題。

（2）上報網(wǎng)公司的預(yù)測對象提取問題。在國網(wǎng)母線負荷預(yù)測的工作要求中，省公司后期會將220kV或330kV主變高壓側(cè)負荷預(yù)測結(jié)果作為上報內(nèi)容進行上報，依照上一節(jié)所提到的預(yù)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(cè)負荷（例途中的1、2、3#主變）的問題。

因為電磁環(huán)網(wǎng)的存在，這種非樹狀結(jié)構(gòu)使得高壓節(jié)點負荷的匯總不能采取向上累加的方式；而應(yīng)該采用簡易狀態(tài)估計計算的方法，利用電網(wǎng)潮流分布來得到高壓節(jié)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(jié)點負荷預(yù)測結(jié)果。

3 風電節(jié)點的預(yù)測問題

短期母線負荷預(yù)測是針對高壓節(jié)點負荷進行的，風電的出力變化會影響節(jié)點負荷的變化。風電出力增加時，更多的負荷由風電供應(yīng)，網(wǎng)供負荷減少。甘肅大量風電是徑流式的，沒有調(diào)節(jié)能力，在實際運行中處于有風即發(fā)的狀態(tài)，運行狀態(tài)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(qū)的母線短期負荷預(yù)測工作是有重大意義的。

準確預(yù)測結(jié)果要建立在對歷史數(shù)據(jù)較為完整的掌握和全面分析的基礎(chǔ)上，在負荷預(yù)測中處理風電問題的關(guān)鍵點在于如何對風電信息的掌握和分析。下面根據(jù)當?shù)仫L電信息獲取的程度提出以下3種風電問題展開的預(yù)測建議。

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

各地市級電網(wǎng)總體呈現(xiàn)出以下3個特點：①供電區(qū)域大，負荷結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響負荷大小及分布的因素較多；②電網(wǎng)由多個區(qū)縣級子網(wǎng)組成，統(tǒng)計區(qū)縣統(tǒng)轄的風電信息存在困難；③組成電網(wǎng)的子網(wǎng)分布區(qū)域較廣，氣象差別較大。

由于供電區(qū)域較大，地市級電網(wǎng)不易獲得區(qū)縣電網(wǎng)統(tǒng)轄下的風電的精確信息，給負荷預(yù)測造成了一定的困難；另外，對風電資源豐富的地區(qū)，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(qū)縣氣象情況難于獲得，電網(wǎng)短期負荷預(yù)測的準確度很難持續(xù)保持較高的水平。

而相對于地市級電網(wǎng)而言，其子網(wǎng)——區(qū)縣級電網(wǎng)，其特點則有明顯的不同：①供電區(qū)域小，負荷結(jié)構(gòu)清晰，影響負荷大小及分布的因素較易統(tǒng)計；②子網(wǎng)供電公司容易掌握各個子網(wǎng)內(nèi)的風電情況；③各個子網(wǎng)供電區(qū)域內(nèi)的天氣情況變化很小，且有詳細的預(yù)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(qū)縣級供電公司提供的預(yù)測結(jié)果來形成對地市級電網(wǎng)的負荷預(yù)測。

基本原理如下：不考慮廠用電、損耗，地市級電網(wǎng)母線負荷等于下級電網(wǎng)關(guān)聯(lián)母線負荷之和。由于區(qū)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(wǎng)負荷（作為母體）服從正態(tài)分布。在預(yù)測各個區(qū)縣級的負荷時，即使某些區(qū)縣級供電公司由于預(yù)測條件較差，預(yù)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(qū)間上的均勻分布，所以，將各個區(qū)縣級供電公司的負荷預(yù)測數(shù)據(jù)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(wǎng)直接供應(yīng)的用戶，地市級電網(wǎng)負荷高于各個區(qū)縣級電網(wǎng)負荷之和。高出的程度，定義為“網(wǎng)損系數(shù)”，廠用電比率、線損比率和都是相對比較穩(wěn)定的，地市級電網(wǎng)直接供應(yīng)的用戶所占比率比較小，所以，網(wǎng)損系數(shù)一般保持相當穩(wěn)定。因此就可利用區(qū)縣級負荷累加后乘網(wǎng)損系數(shù)的方法來預(yù)測地市級電網(wǎng)供電公司的全網(wǎng)總負荷。

實現(xiàn)流程大致如圖2所示：

適應(yīng)性分析：優(yōu)點體現(xiàn)在如下方面：①需要信息量不大，不需要地調(diào)詳細了解轄區(qū)內(nèi)所有風電情況。②高壓母線負荷與關(guān)聯(lián)的低壓母線負荷的關(guān)系比較穩(wěn)定，預(yù)測比較準確。

但是，該方法具有如下缺點：①數(shù)據(jù)的全面性、細致性、實時性和準確性需要人工干預(yù)。②縣調(diào)的技術(shù)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(wǎng)供負荷實際上由兩類負荷構(gòu)成，分別為全社會用電負荷和非統(tǒng)調(diào)負荷，其中非統(tǒng)調(diào)負荷指小風電、小火電等發(fā)電資源所帶的負荷，對于小風電特點明顯的地區(qū)，小火電可以忽略不計，因此可以簡化認為網(wǎng)供負荷=全社會用電負荷-小風電發(fā)出力。

實際上全社會用電負荷與小風電出力的發(fā)展變化規(guī)律是完全不同的，前者在時間上具有明顯的周期規(guī)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(fā)電量的大小在很大程度上取決于風力的大小。因此，根據(jù)不同負荷模型應(yīng)適應(yīng)不同的負荷特點的原則，應(yīng)將這兩類性質(zhì)完全不同的負荷分別進行預(yù)測。一方面通過分別建模，有利于掌握負荷的發(fā)展特性，從而提高預(yù)測精度；另一方面通過分別預(yù)測，可以深入分析預(yù)測誤差的來源，為進一步做好預(yù)測工作提供科學的依據(jù)。

基本原理如下：根據(jù)獲得的歷史小風電每日96點或24點的發(fā)電出力情況，將網(wǎng)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(yù)測。對于全社會用電負荷，由于其發(fā)展特性的穩(wěn)定性，因此利用通用的預(yù)測算法一般就能夠滿足預(yù)測要求。

對于小風電出力，主要與風力相關(guān)，因此考察某一日小風電的發(fā)電量應(yīng)連續(xù)選取前若干天作為歷史相關(guān)日。預(yù)測過程中，應(yīng)結(jié)合待預(yù)測日當日風場天氣預(yù)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(yù)測日的相似程度展開預(yù)測。

實現(xiàn)流程大致如圖3所示：

圖3 風力還原法流程圖

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

但是，該方法具有如下缺點：①數(shù)據(jù)量要求比較大，要求可以提供小風電每日96點或24點發(fā)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(yù)報的準確性。

（3）決策樹預(yù)測法。由于風電的自動化程度低，經(jīng)常無法準確的掌握風電的出力數(shù)據(jù)，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(dǎo)致的負荷降低值，負荷繼續(xù)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(jù)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的氣溫、濕度與負荷的關(guān)系，預(yù)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(dǎo)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(guān)系；根據(jù)待預(yù)測日的風力預(yù)報信息，預(yù)測待預(yù)測日的風電出力曲線，在不考慮風電出力變化的準預(yù)測負荷中減去小風電的出力預(yù)測，得到網(wǎng)供負荷的預(yù)測值。

實現(xiàn)流程大致如圖4所示：

圖4 決策樹預(yù)測法流程圖

適應(yīng)性分析：該方法的優(yōu)點主要體現(xiàn)在對數(shù)據(jù)要求不大，不需要提供風電歷史出力情況，符合某些地區(qū)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(yù)測效果仍然需要檢驗。

4 安全校核應(yīng)用問題

電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析是電力系統(tǒng)規(guī)劃、運行和監(jiān)控的一個重要任務(wù)，而對每一個預(yù)想事故進行計算和分析，校核電網(wǎng)中是否有支路潮流違限等現(xiàn)象的存在，又是電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析的主要內(nèi)容。預(yù)想事故分析是電力系統(tǒng)安全分析的重要組成部分，它為系統(tǒng)運行人員判斷系統(tǒng)當前狀態(tài)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(tài)電網(wǎng)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(tǒng)進行直流潮流計算，分析線路潮流的越限情況，并可設(shè)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(fā)電機出力的調(diào)整值，重新計算直流潮流。計算的網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度、接線方式的復(fù)雜程度只受到計算機內(nèi)存的限制，與算法本身無關(guān)?？杀４娑鄠€直流潮流計算結(jié)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(tǒng)可根據(jù)當前系統(tǒng)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(shù)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(tǒng)建立了預(yù)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(jīng)常發(fā)生的故障，設(shè)定預(yù)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(jié)省計算時間。

甘肅地區(qū)局部電網(wǎng)存在高低壓電磁環(huán)網(wǎng)運行的特點，有效的電磁環(huán)網(wǎng)環(huán)境下的母線負荷預(yù)測和安全校核的解決方案，一方面能夠避免因高壓節(jié)點預(yù)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。