武曉峰

（吳忠供電局，寧夏 吳忠751100）

0 引言

電力系統(tǒng)的負(fù)荷每時每刻都在變動，這種變動一方面，有其不確定性，如氣候的變化、意外事故的發(fā)生等造成對電力負(fù)荷的隨機(jī)干擾。另一方面，電力負(fù)荷的變動存在著明顯的周期性變化趨勢。

1 電力系統(tǒng)負(fù)荷特點(diǎn)與變化規(guī)律

1.1 電力系統(tǒng)負(fù)荷的特點(diǎn)

電力負(fù)荷具有按天、按周、按年周期性變化的特點(diǎn)。這主要是人們的生活節(jié)奏和氣候季節(jié)性變動引起的。一天中白天的生產(chǎn)和晚上的照明，形成了日負(fù)荷曲線的兩個用電高峰。另外，負(fù)荷按每隔24 小時不斷起伏變化，但它并不是一周期簡單的重復(fù)前一個周期的數(shù)值，事實上后一個周期和前一個周期在數(shù)值上是不同的，數(shù)值的改變具有一定的隨機(jī)性。而且負(fù)荷每天的變化水平也不相同，工作日和休息日之間的負(fù)荷水平差異較大。這是由于工作日用于生產(chǎn)的負(fù)荷較多，而休息日用于生產(chǎn)的負(fù)荷較少，負(fù)荷水平較工作日低。

電力負(fù)荷同時還是連續(xù)的，這就是說負(fù)荷曲線上任意相鄰兩點(diǎn)之間的變化是連續(xù)的，不存在奇點(diǎn)。這是由于為了保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，無論是增加負(fù)荷還是切除負(fù)荷，都限制在一定的范圍之內(nèi)，以避免對電力系統(tǒng)造成較大的沖擊。負(fù)荷總量表現(xiàn)為一個連續(xù)變化的過程，一般不會出現(xiàn)較大的躍變。

另外，電力負(fù)荷還具有季節(jié)性變化的特點(diǎn)。這是由于在不同的季節(jié)里各類負(fù)荷所占比例不同造成的。一般來說，春秋季節(jié)受氣候變化影響較小，夏冬兩季受氣候影響較大。在夏季，由于氣溫偏高，電力負(fù)荷中空調(diào)所占的比重較大?？照{(diào)負(fù)荷隨著溫度升高而增大，隨著溫度的降低而減??；在冬季，氣溫偏低，用于取暖的負(fù)荷占比例增大，遇到寒潮來臨時負(fù)荷可能突增。而且，在某些地區(qū)，最大負(fù)荷可能出現(xiàn)在夏季。在另外一些地區(qū)，最大負(fù)荷可能出現(xiàn)在冬季，這些都要視實際情況而定。

電力負(fù)荷受天氣變化的影響也很明顯，除溫度外，還受降水量、濕度、風(fēng)向和風(fēng)力等的影響，隨著國民平均耗電量的不斷增長，它對負(fù)荷的影響就越來越明顯。例如在陰雨天氣，照明負(fù)荷一般都要增加；而且陰雨天氣往往伴隨著降溫等天氣變化，并且與早澇災(zāi)害的發(fā)生又有直接關(guān)系，直接影響著負(fù)荷的變化。但是，不同的電網(wǎng)負(fù)荷對各種天氣因素的靈敏度是不相同的，例如，東北地區(qū)初冬的一次寒流會使負(fù)荷由南至北逐次增加； 南方夏季的臺風(fēng)一路解除各地的悶熱天氣，使負(fù)荷依次下降。

除了上述的影響因素外，還有其它一些因素也會對負(fù)荷產(chǎn)生影響，如社會經(jīng)濟(jì)因素、隨機(jī)因素等。

1.2 負(fù)荷變化規(guī)律

補(bǔ)償電容器的投切和變壓器分接頭調(diào)節(jié)，不僅要保證節(jié)點(diǎn)電壓、功率因數(shù)合格，同時要盡量減少開關(guān)操作次數(shù)，延長設(shè)備壽命，減少對系統(tǒng)安全的影響。因此，必須從“具體問題，具體分析”的角度出發(fā)，首先應(yīng)分析負(fù)荷的特點(diǎn)，根據(jù)日負(fù)荷變化曲線，總結(jié)其變化規(guī)律。

按系統(tǒng)負(fù)荷構(gòu)成可將其劃分為： 城市民用負(fù)荷、 商業(yè)負(fù)荷、農(nóng)村負(fù)荷、工業(yè)負(fù)荷以及其他負(fù)荷。城市負(fù)荷主要是城市居民的家用負(fù)荷。商業(yè)負(fù)荷與工業(yè)負(fù)荷是指為商業(yè)與工業(yè)服務(wù)的負(fù)荷。農(nóng)村負(fù)荷是指廣大農(nóng)村所有的負(fù)荷(包括農(nóng)村民用電、生產(chǎn)與排灌用電以及商業(yè)用電等)，其他負(fù)荷則包括市政用電(如街道照明)、公用事業(yè)、政府辦公、鐵路與電車、軍用以及其他等。

商業(yè)負(fù)荷也同樣具有季節(jié)性變動的特性，而這種變動主要也是由于商業(yè)部門越來越廣泛地使用空調(diào)、制冷設(shè)備等敏感于氣候的電器所致。相對來說，工業(yè)負(fù)荷一般都視作是受氣候影響較小的基礎(chǔ)負(fù)荷。

2 電壓無功優(yōu)化的基礎(chǔ)

2.1 利用變壓器的短時過載能力

根據(jù)變壓器負(fù)荷能力中的絕緣老化理論，變壓器短時間過負(fù)荷不會影響使用壽命，過負(fù)荷1.3 倍時，可以延續(xù)2 小時，而負(fù)荷波動持續(xù)時間通常為十幾分鐘左右，因此可以充分利用變壓器的過負(fù)荷能力，減少不必要的投切，從而延長設(shè)備壽命。

2.2 實施的可行性

我國電力部門。力率考核統(tǒng)計辦法。中規(guī)定，對功率因數(shù)的考核是按月有功電量和無功電量來統(tǒng)計的，對電壓合格率的考核是按整點(diǎn)來計算的。因此，短時間內(nèi)電壓或功率因數(shù)超出合格范圍是允許的，對總的指標(biāo)影響很小。

2.3 負(fù)荷預(yù)測的實現(xiàn)

考慮到目前越來越多的變電所安裝了綜合自動化系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測電網(wǎng)運(yùn)行情況，并存儲了大量歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)電網(wǎng)短期和超短期負(fù)荷預(yù)測。通過預(yù)測值和實時數(shù)據(jù)的比較，將結(jié)果作為補(bǔ)償電容器的投切和變壓器分接頭調(diào)節(jié)控制策略主要參考量，來實現(xiàn)投切優(yōu)化，在保障安全的前提下，實現(xiàn)最優(yōu)運(yùn)行方式。

3 電壓無功控制優(yōu)化方法

在典型電壓無功綜合控制裝置的工作原理中，負(fù)荷波動使工作點(diǎn)短時偏離正常工作區(qū)，有可能引起補(bǔ)償電容器投切和變壓器分接頭調(diào)節(jié)振蕩。其處理措施是采取延時動作：一般延時整定為15 分鐘，如果波動負(fù)荷仍然存在，則控制輸出動作，否則不動作。另外的措施是事先給定分時段補(bǔ)償電容器組投切次數(shù)的限制值，避免短時頻繁投切。

在實際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，上述辦法雖然能躲過多數(shù)很短時間的負(fù)荷波動，但整體效果并不太好：定延時的方法在過濾掉大部分負(fù)荷波動的同時，但對較長時間(超過15 分鐘)的負(fù)荷變化不能及時投入，影響了功率因數(shù)和電壓合格率。而采用投切次數(shù)的限制值，考慮到設(shè)備壽命和系統(tǒng)安全可靠性，該值不可能很大，一般每小時限值為2-3 次，如果用完則該時段內(nèi)無法補(bǔ)償，則損失的功率因數(shù)和電壓合格率更大。

為解決上述問題，本文采用引入短期和超短期負(fù)荷預(yù)測的方法。具體如下：負(fù)荷預(yù)測的結(jié)果作為主要參考量提供給無功補(bǔ)償裝置，同實時數(shù)據(jù)相比較，判斷是否為波動負(fù)荷，此時變壓器是否過載，權(quán)衡各種處理方法的利弊，再據(jù)此做相應(yīng)處理。

4 電壓無功控制優(yōu)化控制策略

通過短期和超短期負(fù)荷預(yù)測，我們可以得到未來24 小時或者巧分鐘的負(fù)荷預(yù)測曲線。例如，無功、時間負(fù)荷變化曲線，如圖1 所示。

圖1 負(fù)荷預(yù)測曲線

設(shè)當(dāng)前時刻為不，對應(yīng)無功負(fù)荷為T1。當(dāng)系統(tǒng)檢測到發(fā)生負(fù)荷波動Q1時，可以從負(fù)荷預(yù)測曲線得到的持續(xù)時間：

設(shè)電壓無功控制裝置定延時定值分別為T延定1和T延定2，其中T延定1為負(fù)荷波動定義的最小時間，T延定2為必須調(diào)整的最小負(fù)荷波動時間。當(dāng)綜合調(diào)壓控制裝置預(yù)測到負(fù)荷開始越限時，可以從負(fù)荷預(yù)測曲線得到其可能的持續(xù)越限時間△T(預(yù)測數(shù)據(jù))，則有關(guān)判據(jù)如表1 所示。

表1 控制判據(jù)

如果電壓無功控制裝置預(yù)測到無功負(fù)荷有波動，但是沒有越限，則根據(jù)改進(jìn)的九區(qū)圖控制策略對電壓無功進(jìn)行控制。

5 結(jié)束語

總之，電力系統(tǒng)的控制、運(yùn)行和計劃都需要負(fù)荷預(yù)測的信息，準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測對電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是非常關(guān)鍵的。隨著電力市場的發(fā)展，市場競爭的加劇，人們的注意力越來越多地集中在短期負(fù)荷預(yù)測。短期和超短期負(fù)荷預(yù)測是電網(wǎng)優(yōu)化控制的基礎(chǔ)，其預(yù)測精度直接影響電力系統(tǒng)的效益。

［1］許業(yè)清.實用無功功率補(bǔ)償技術(shù)[M].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1992：15-20.

［2］苑舜，韓水.配電網(wǎng)無功優(yōu)化及無功補(bǔ)償裝置[M].中國電力出版社，2003：22-25.

［3］靳龍章，丁毓山.電網(wǎng)無功補(bǔ)償實用技術(shù)[M].中國水利水電出版社，1997：10-13.