陳 濤，卓 東，葉巍峰

（國(guó)網(wǎng)浙江余姚市供電公司，浙江余姚 315400）

系統(tǒng)模型下的負(fù)荷預(yù)測(cè)調(diào)研工作流程

陳 濤，卓 東，葉巍峰

（國(guó)網(wǎng)浙江余姚市供電公司，浙江余姚 315400）

負(fù)荷預(yù)測(cè)作為配電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，目前使用最為廣泛的方法為空間負(fù)荷預(yù)測(cè)法。以余姚供電負(fù)荷為研究對(duì)象，在建立負(fù)荷預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上，采用一種完整系統(tǒng)的調(diào)研工作模式，最終制定出適合余姚的負(fù)荷預(yù)測(cè)指標(biāo)規(guī)范，指導(dǎo)規(guī)劃工作的開展。

負(fù)荷預(yù)測(cè)；負(fù)荷預(yù)測(cè)模型；工作模式；指標(biāo)規(guī)范

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展、城市化進(jìn)程的逐步加快，各地對(duì)城市總體發(fā)展規(guī)劃高度重視，紛紛開始了城市的重新規(guī)劃或擴(kuò)展規(guī)劃。在此背景下，如何進(jìn)行與之配套的電網(wǎng)規(guī)劃已成為全國(guó)各級(jí)城市規(guī)劃和電力部門的重中之重。

作為配電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行的一項(xiàng)基礎(chǔ)性的工作，負(fù)荷預(yù)測(cè)既是前提又是關(guān)鍵。隨著電力系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)精度要求的不斷提高以及相關(guān)理論的發(fā)展，負(fù)荷預(yù)測(cè)方法已經(jīng)基本成熟[1-4]。以目前使用最為廣泛的空間負(fù)荷預(yù)測(cè)法為例，對(duì)于實(shí)際負(fù)荷預(yù)測(cè)過(guò)程中所需確定的指標(biāo)，有的直接采用規(guī)范所給的通用值，缺乏針對(duì)性；有的雖進(jìn)行負(fù)荷調(diào)研，但終究存在不足：文獻(xiàn)[4]由于層次的缺失，調(diào)研數(shù)據(jù)層次混亂；文獻(xiàn)[5]僅對(duì)10 kV及以上層次負(fù)荷進(jìn)行調(diào)研，忽略了10 kV及以下的數(shù)據(jù)。由此可見，目前的負(fù)荷預(yù)測(cè)僅重視方法，其中的細(xì)節(jié)，包括相關(guān)系數(shù)的調(diào)研選取，很少有文獻(xiàn)給出具體指導(dǎo)。

本文以余姚供電負(fù)荷為例，首先建立負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，在此基礎(chǔ)上提出一種系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)中相關(guān)系數(shù)的調(diào)研工作方式，制定出余姚負(fù)荷預(yù)測(cè)規(guī)范。

1 負(fù)荷預(yù)測(cè)模型

不同的規(guī)劃和設(shè)計(jì)目的需要不同層次的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法和不同精度的負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果。如建筑電氣負(fù)荷預(yù)測(cè)的目的主要是確定進(jìn)戶線的配置；住宅小區(qū)負(fù)荷預(yù)測(cè)的目的是確定配變?nèi)萘亢团_(tái)數(shù)的配置以及低壓電網(wǎng)的設(shè)計(jì)；功能地塊負(fù)荷預(yù)測(cè)主要是確定中壓饋線的規(guī)劃和設(shè)計(jì)；更大范圍的市（縣）負(fù)荷預(yù)測(cè)的目的則是進(jìn)行分區(qū)電力電量平衡，確定高壓變電站的布點(diǎn)。負(fù)荷預(yù)測(cè)層次模型的提出就是為了解決不同層次負(fù)荷預(yù)測(cè)值疊加時(shí)同時(shí)率參數(shù)的選取問(wèn)題。

1.1 負(fù)荷預(yù)測(cè)建模思路

負(fù)荷預(yù)測(cè)采用由下到上的流程，首先進(jìn)行地塊負(fù)荷預(yù)測(cè)，對(duì)地塊負(fù)荷預(yù)測(cè)值進(jìn)行加和，得到街區(qū)負(fù)荷預(yù)測(cè)，街區(qū)負(fù)荷預(yù)測(cè)值加和得到功能分區(qū)負(fù)荷預(yù)測(cè)，功能分區(qū)負(fù)荷預(yù)測(cè)值加和得到全區(qū)負(fù)荷預(yù)測(cè)。

1.2 負(fù)荷預(yù)測(cè)層次模型

由建模思路可知，在整套負(fù)荷預(yù)測(cè)模型中，首先需要對(duì)各地塊（街區(qū)）進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，得到低壓干線（配變）的負(fù)荷，然后采用至下而上的方法，逐步預(yù)測(cè)出最大范圍的負(fù)荷，流程圖如圖1所示。對(duì)應(yīng)于這種層次遞進(jìn)的關(guān)系，同時(shí)根據(jù)規(guī)劃目的和配電系統(tǒng)的電流流向，節(jié)點(diǎn)負(fù)荷間的層次關(guān)系可采用圖2的層次模型來(lái)模擬。

圖1 自下而上的負(fù)荷預(yù)測(cè)流程圖

圖2 節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的層次結(jié)構(gòu)和同時(shí)率關(guān)系圖

由節(jié)點(diǎn)負(fù)荷層次模型可以看出，層次負(fù)荷間上下層之間存在著一定關(guān)系：上一層次最大負(fù)荷不是下級(jí)各用戶最大負(fù)荷的簡(jiǎn)單累加，而是要考慮一個(gè)最大負(fù)荷不同時(shí)的因素，即同時(shí)率。負(fù)荷預(yù)測(cè)模型和規(guī)范制定的主要目的是確定不同層次的負(fù)荷預(yù)測(cè)指標(biāo)，制定不同層次間的同時(shí)率標(biāo)準(zhǔn)以滿足不同層次的規(guī)劃和設(shè)計(jì)需求，同時(shí)考慮在不同區(qū)域應(yīng)用預(yù)測(cè)指標(biāo)的原則和條件。

1.3 負(fù)荷預(yù)測(cè)層間關(guān)系

a）站與區(qū)之間的關(guān)系

站間同時(shí)率反映區(qū)域綜合最大負(fù)荷與變電站最大負(fù)荷之和之間的關(guān)系，站間同時(shí)率為區(qū)域范圍內(nèi)變電站之間的同時(shí)率。

b）線與站之間的關(guān)系

線間同時(shí)率反映變電站綜合最大負(fù)荷與該變電站下饋線最大負(fù)荷之和之間的關(guān)系，線間同時(shí)率為變電站下轄饋線之間的同時(shí)率。

c）變與線之間的關(guān)系

配變間同時(shí)率反映饋線綜合最大負(fù)荷與配變最大負(fù)荷之和之間的關(guān)系，配變同時(shí)率為饋線下轄配變之間的同時(shí)率。

d）戶與變之間的關(guān)系

用戶與配變間同時(shí)率反映配變綜合最大負(fù)荷與該配變下所有用戶最大負(fù)荷之和之間的關(guān)系，由于該系數(shù)包含了多層負(fù)荷之間的關(guān)系（配變和低壓干線、低壓干線與進(jìn)戶線），在建筑電氣工程中，將該同時(shí)因素稱為需用系數(shù)。

在負(fù)荷預(yù)測(cè)模型建立的情況下，負(fù)荷預(yù)測(cè)最為關(guān)鍵的也就是各層次之間同時(shí)率的選取問(wèn)題，以下將以余姚為例，對(duì)該類指標(biāo)調(diào)研過(guò)程做詳細(xì)描述。

2 負(fù)荷調(diào)研

2.1 指標(biāo)計(jì)算方法

典型功能區(qū)塊一般由居住用地、公共設(shè)施用地和工業(yè)用地3大部分組成，其中公用設(shè)施用地包括行政辦公、商業(yè)金融、文化娛樂(lè)、體育、醫(yī)療衛(wèi)生、教育科研和其他用地等7類。3大類功能區(qū)塊同時(shí)率計(jì)算基本方法相同，但由于負(fù)荷性質(zhì)差別，在具體計(jì)算參數(shù)上有所區(qū)別。

地塊的計(jì)算負(fù)荷多采用“單位面積功率法”或“單位指標(biāo)法”計(jì)算，它是空間負(fù)荷預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。在已知負(fù)荷密度或單位指標(biāo)的前提下，分別通過(guò)以下公式計(jì)算地塊負(fù)荷

式中：P——典型功能區(qū)塊負(fù)荷，W；

Stotal——建筑物（群）的總建筑面積，m2；

Ntotal——為建筑物（群）內(nèi)的總用電戶數(shù)，戶；

d（i=1,2）——典型功能區(qū)塊用電指標(biāo)，W·m-2或W/戶；

δ——需用系數(shù)。

由此公式回推可以得到典型功能地塊需用系數(shù)的計(jì)算公式

由以上兩個(gè)公式可以看出，對(duì)于需用系數(shù)的求取，在用電指標(biāo)確定的情況下，總的就歸結(jié)于典型功能區(qū)塊建筑負(fù)荷密度（P/Stotal） 或人均用電負(fù)荷（P/Ntotal）的測(cè)算。

總結(jié)不同層次間同時(shí)率的計(jì)算方式如下所示。

變電站層：

對(duì)于配變及以上層次的負(fù)荷數(shù)據(jù)，可通過(guò)智能公變終端系統(tǒng)、營(yíng)銷系統(tǒng)以及調(diào)度數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng) SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）分別獲取，然后利用上述相應(yīng)公式即可算出；對(duì)于配變層以下的需用系數(shù)，由于低壓數(shù)據(jù)的缺失，本次調(diào)研將以此為重點(diǎn)。

2.2 典型功能區(qū)塊的選取

地區(qū)能源構(gòu)成、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、居民生活水平、產(chǎn)業(yè)類型、用地性質(zhì)和土地開發(fā)強(qiáng)度等多種因素都會(huì)對(duì)負(fù)荷密度產(chǎn)生一定影響，尤其是典型功能區(qū)塊的負(fù)荷密度。本次調(diào)查中典型區(qū)域的選擇均遵照“有代表性”和“有普遍性”兩個(gè)原則進(jìn)行。居民小區(qū)和公共設(shè)施的選取以余姚城區(qū)范圍內(nèi)為主，對(duì)于工業(yè)而言，則根據(jù)不同用地區(qū)域的工業(yè)特點(diǎn)，在余姚市轄區(qū)范圍內(nèi)選取部分典型企業(yè)作為調(diào)查對(duì)象。

2.3 典型功能區(qū)塊用電指標(biāo)的選取

對(duì)于用電指標(biāo)，現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范及各地市標(biāo)準(zhǔn)中均有自己的選值。以最為常用的《全國(guó)民用建筑工程技術(shù)措施》和04DX101—1《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》中單位指標(biāo)法為例，設(shè)計(jì)人員一般依據(jù)表1參考設(shè)計(jì)，在方案設(shè)計(jì)階段，根據(jù)建筑面積及類型選用相應(yīng)指標(biāo)選擇變壓器的容量及臺(tái)數(shù)。其指標(biāo)見表1。

表1 各類建筑物的用電指標(biāo)

本次調(diào)研中，為了使數(shù)據(jù)更貼合余姚實(shí)際，在對(duì)現(xiàn)有各規(guī)范分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合余姚實(shí)際，確定本次項(xiàng)目計(jì)算所采用的用電指標(biāo)如下。

表2 余姚典型區(qū)域用電指標(biāo)

2.4 調(diào)研時(shí)間節(jié)點(diǎn)

如前所述，在各典型區(qū)塊用電指標(biāo)確定的情況下，需用系數(shù)的求取總的就歸結(jié)于建筑負(fù)荷密度或人均用電負(fù)荷的測(cè)算。

對(duì)于電力負(fù)荷密度而言，在時(shí)間節(jié)點(diǎn)上目前常用的取值方法有兩種：一種屬于簡(jiǎn)單操作型，即直接選取區(qū)域最大負(fù)荷日最大時(shí)刻，配變或者線路上的數(shù)據(jù)；另一種就屬于標(biāo)準(zhǔn)型（一般默認(rèn)的理想型），這種方法需要收集設(shè)備全年的負(fù)荷數(shù)據(jù)，最終以配變或線路的全年最大負(fù)荷數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。為了校驗(yàn)兩種調(diào)研方式的準(zhǔn)確性，分別對(duì)兩種方式下的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。以科教類負(fù)荷為例，表3為調(diào)研過(guò)程中的部分學(xué)校的負(fù)荷密度數(shù)據(jù)。

表3 教學(xué)類建筑不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)下的負(fù)荷密度

仔細(xì)分析上表原因，不難發(fā)現(xiàn)：由于學(xué)校的特殊性，典型日所在月份一般處于放假時(shí)期，其負(fù)荷不能正確反映該類負(fù)荷的準(zhǔn)確需求。進(jìn)一步深究，配電設(shè)備必須滿足局部的峰值需求，而不僅僅為了滿足平均需求。因此，一個(gè)空間負(fù)荷預(yù)測(cè)必須推斷到整個(gè)系統(tǒng)中每個(gè)小區(qū)域可能出現(xiàn)的峰值時(shí)刻。考慮這個(gè)因素，為了數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)與準(zhǔn)確性，在進(jìn)行負(fù)荷數(shù)據(jù)調(diào)研的時(shí)候，應(yīng)以第二種方法為準(zhǔn)，即選取配變或線路的全年最大負(fù)荷。

2.5 調(diào)研層次節(jié)點(diǎn)

在負(fù)荷預(yù)測(cè)的層次模型的基本概念中說(shuō)過(guò)，配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷分為：變電站負(fù)荷、饋線負(fù)荷、低壓線負(fù)荷和進(jìn)戶線負(fù)荷。一般而言，一個(gè)小區(qū)或一座辦公大樓由配變或者線路直接供給負(fù)荷，因此，典型功能區(qū)塊建筑面積的負(fù)荷密度應(yīng)對(duì)用戶供電配變或者供電線路進(jìn)行負(fù)荷調(diào)查。

a）按照配變最大負(fù)荷折算出來(lái)，是該地塊的配變最大負(fù)荷除以建筑面積后得出的負(fù)荷密度，僅是考慮需用系數(shù)之后的負(fù)荷密度，未曾考慮配變之間的同時(shí)率。

b）如果按照線路最大負(fù)荷折算出來(lái)，是該地塊線路最大負(fù)荷除以建筑面積后得出的負(fù)荷密度，是考慮需用系數(shù)、配變之間同時(shí)率后的負(fù)荷密度。兩種不同的采值方法，會(huì)產(chǎn)生不同的負(fù)荷密度調(diào)查數(shù)據(jù)。

帶著這個(gè)問(wèn)題，可以考慮這樣一種情況：某一居住小區(qū)，由1條10 kV線路直接供電，或由N臺(tái)配變一起供電。如果用這樣一個(gè)疊加的負(fù)荷計(jì)算出的負(fù)荷密度來(lái)測(cè)算需用系數(shù)，那么就會(huì)出現(xiàn)上述第二種情況中所說(shuō)的問(wèn)題：由于已經(jīng)融合了配變間的同時(shí)率，該需用系數(shù)必然會(huì)比實(shí)際情況偏小；相反，如果僅取1臺(tái)配變的負(fù)荷數(shù)據(jù)，那么該配變所供范圍的建筑面積又難以確定，所謂的建筑負(fù)荷密度便無(wú)從知曉，需用系數(shù)也就無(wú)法計(jì)算。在這樣既要使數(shù)據(jù)純粹化、又要使數(shù)據(jù)方便獲取的情況下，由于單臺(tái)配變所帶的居民用戶數(shù)可以通過(guò)營(yíng)銷系統(tǒng)查到，那么便可以用求取需用系數(shù)的第二種方法，也就是通過(guò)對(duì)人均用電負(fù)荷測(cè)算，從而計(jì)算出需用系數(shù)。

由以上分析可知：對(duì)于需用系數(shù)，在調(diào)研時(shí)應(yīng)以配變側(cè)負(fù)荷數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。負(fù)荷密度調(diào)查的結(jié)果由于其電網(wǎng)層次的缺失，容易混亂合理的負(fù)荷指標(biāo)。因此，在調(diào)研前，應(yīng)明確層次關(guān)系，做到心中有數(shù)。

2.6 余姚負(fù)荷規(guī)范的確定

以上述調(diào)研原則及方法為依據(jù)、調(diào)研結(jié)果為基礎(chǔ)，得到余姚負(fù)荷預(yù)測(cè)規(guī)范如下。

a）配變層同時(shí)率為0.83。

b）饋線層同時(shí)率為0.9。

c）變電站層同時(shí)率為0.95。

d）余姚各類住宅及配套公建用電指標(biāo)和需用系數(shù)見表4。

表4 余姚各類住宅及配套公建用電指標(biāo)和需用系數(shù)

3 結(jié)束語(yǔ)

本文在建立負(fù)荷預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上，提出了一種負(fù)荷預(yù)測(cè)實(shí)際參數(shù)調(diào)研的工作流程及方法，并根據(jù)實(shí)際情況制定了適合余姚的預(yù)測(cè)指標(biāo)規(guī)范。

研究表明：準(zhǔn)確把握調(diào)研時(shí)間及層次節(jié)點(diǎn)對(duì)于負(fù)荷預(yù)測(cè)模型中各層負(fù)荷之間的同時(shí)率指標(biāo)測(cè)算是行之有效的。

本文提出的負(fù)荷調(diào)研工作方式對(duì)于其他類似城市的負(fù)荷預(yù)測(cè)具體化提供了有利的借鑒。基于該方法預(yù)測(cè)出的負(fù)荷可以更好地為電網(wǎng)發(fā)展及需求側(cè)管理等方面的決策提供依據(jù)，指導(dǎo)電網(wǎng)規(guī)劃工作。

[1]劉大海．淺析配電網(wǎng)規(guī)劃中的負(fù)荷預(yù)測(cè)[J].科技資訊，2012，31：105.

[2]康重慶，夏清，張伯明．電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)研究綜述與發(fā)展方向的探討[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28（17）：1-11.

[3]孫旭，任震．空間負(fù)荷預(yù)測(cè)在城市電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用[J].繼電器，2005，33（14）：79-81.

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[5]田懷源．城市電網(wǎng)規(guī)劃中負(fù)荷同時(shí)率的選擇技術(shù)研究[J].四川電力技術(shù)，2011，34（1）：38-41.

Investigating Workflow of Load Forecasting under System Model

CHEN Tao，ZHUO Dong，YE Weifeng

(State Grid Zhejiang Yuyao Power Supply Company,Yuyao,Zhejiang 315400,China)

As basic work in power distribution network planning and operation, spatial load forecasting is the most widely used method of load forecast at present. Based on the load forecasting model and full investigation, this article takes the power load of Yuyao as the research object, using a systematic investigating work pattern, the suitable load forecasting index specification were finally put forward,which could better guide the planning work.

load forecasting; load forecastingmodel; workingmode; index specification

TM715+.1

A

1671-0320（2016）01-0023-04

2015-11-12，

2015-12-02

陳 濤（1980），男，浙江余姚人，2006年畢業(yè)于中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，碩士，工程師，從事電網(wǎng)規(guī)劃管理工作；

卓 東（1974），男，浙江奉化人，1993年畢業(yè)于浙江大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事電網(wǎng)規(guī)劃、前期管理工作；

葉巍峰（1970），男，浙江余姚人，1992年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)土木工程專業(yè)，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)規(guī)劃、前期管理工作。