趙沛虎 張耀先 （天津泰達(dá)電力公司 天津300456）

淺談城網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)性工作
——負(fù)荷預(yù)測(cè)

趙沛虎 張耀先 （天津泰達(dá)電力公司 天津300456）

電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是電力系統(tǒng)調(diào)度、用電、計(jì)劃、規(guī)劃等管理部門(mén)的重要工作之一。簡(jiǎn)要的對(duì)現(xiàn)代城網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行了闡述，對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)在城網(wǎng)規(guī)劃中的重要性以及近年來(lái)的一些主要負(fù)荷預(yù)測(cè)方式進(jìn)行了較深入的介紹。

電力系統(tǒng) 負(fù)荷預(yù)測(cè) 電網(wǎng)規(guī)劃 城市

0 引言

電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是電力系統(tǒng)調(diào)度、用電、計(jì)劃、規(guī)劃等管理部門(mén)的重要工作之一。提高負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)水平，有利于計(jì)劃用電管理，有利于合理安排電網(wǎng)運(yùn)行方式和機(jī)組檢修計(jì)劃，有利于節(jié)煤節(jié)油和降低發(fā)電成本，有利于制定合理的電源建設(shè)規(guī)劃，有利于提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，負(fù)荷預(yù)測(cè)已成為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)管理現(xiàn)代化的重要內(nèi)容之一。

1 現(xiàn)代城市電網(wǎng)的主要特點(diǎn)[1]

現(xiàn)代化城市特點(diǎn)：現(xiàn)代化是社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化與生活方式全面發(fā)展轉(zhuǎn)變的過(guò)程，具體表現(xiàn)在城市的生產(chǎn)、生活、社會(huì)活動(dòng)以及工廠(chǎng)住宅、道路、通信、生態(tài)環(huán)境、公共文化設(shè)施等各項(xiàng)建設(shè)中廣泛應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，并體現(xiàn)現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)力水平和精神文明水平，從而使城市經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)全面和協(xié)調(diào)發(fā)展。

現(xiàn)代化城市電網(wǎng)的主要特點(diǎn)如下：

1.1 確保城市規(guī)劃對(duì)電力的需求

城市居民家庭一般都有電視機(jī)、冰箱、空調(diào)、計(jì)算機(jī)、熱水器、收音機(jī)等普通電器，隨著人們生活質(zhì)量的提高，會(huì)有更多家用電器。所以，要充分考慮家庭電器的用電量和電能質(zhì)量的要求。

1.2 有優(yōu)質(zhì)、可靠的電能質(zhì)量

如前所述，制造業(yè)、服務(wù)業(yè)以及居民都對(duì)電能質(zhì)量和可靠性有很高的要求，城市電網(wǎng)應(yīng)該滿(mǎn)足所有用戶(hù)的要求。

1.3 有先進(jìn)的設(shè)備和先進(jìn)的管理理念及技術(shù)措施

有先進(jìn)的設(shè)備及技術(shù)手段，實(shí)行對(duì)城網(wǎng)的管理和調(diào)度。

1.4 城網(wǎng)設(shè)施與城市市容建設(shè)相匹配

在城市現(xiàn)代化建設(shè)中提出各項(xiàng)目標(biāo)，如文明城市、花園城市和古文化街等。對(duì)建筑物都有一定要求，這要求電力設(shè)施必須與之協(xié)調(diào)一致。

1.5 電力設(shè)施與環(huán)境友好，低噪聲、無(wú)污染

2 現(xiàn)代城市電網(wǎng)規(guī)劃的目標(biāo)和任務(wù)

長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)的城網(wǎng)規(guī)劃是以城市建設(shè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃為依據(jù)，制定城網(wǎng)建設(shè)的各項(xiàng)規(guī)劃和指標(biāo)，逐步構(gòu)成一個(gè)結(jié)構(gòu)合理，運(yùn)行可靠、靈活，沒(méi)有送電“瓶頸”的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；能充分滿(mǎn)足城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展需要的供電能力和高質(zhì)量的電能；供電設(shè)施完善、先進(jìn)、節(jié)能，并與城市建設(shè)環(huán)境相協(xié)調(diào)；管理系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、高效、反應(yīng)快捷。這個(gè)長(zhǎng)期（15～30年左右）規(guī)劃主要考慮城網(wǎng)的長(zhǎng)期發(fā)展目標(biāo)和電力市場(chǎng)的建設(shè)和發(fā)展，做好飽和負(fù)荷水平的預(yù)測(cè)，研究確定電源布局和規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)，使之滿(mǎn)足遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)負(fù)荷水平的需要。長(zhǎng)期規(guī)劃必須分階段來(lái)實(shí)施，故有中期（約5～15年）規(guī)劃和短期（約5年）規(guī)劃之分。因?yàn)橐磺惺挛锒荚诎l(fā)展變化，許多因素是不確定的，隨著時(shí)間的推延，原來(lái)不確定的也會(huì)明朗起來(lái)，應(yīng)把長(zhǎng)期規(guī)劃分階段來(lái)實(shí)施與解決近期實(shí)際問(wèn)題的規(guī)劃相銜接、相協(xié)調(diào)。中、近期規(guī)劃目標(biāo)的劃分是：近期規(guī)劃應(yīng)著重解決城網(wǎng)當(dāng)前存在的主要問(wèn)題，逐步滿(mǎn)足負(fù)荷需求，提高供電質(zhì)量和可靠性。要依據(jù)近期規(guī)劃編制年度計(jì)劃，提出逐年改造和新建的項(xiàng)目；中期規(guī)劃應(yīng)與近期規(guī)劃相銜接，著重將城網(wǎng)結(jié)構(gòu)及設(shè)施有步驟地過(guò)渡到遠(yuǎn)期規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)大型項(xiàng)目進(jìn)行可行性研究，做好前期工作。總之，把長(zhǎng)期規(guī)劃分階段、做滾動(dòng)式的修正、協(xié)調(diào)，使城網(wǎng)建設(shè)有序的朝一個(gè)目標(biāo)發(fā)展，也使城網(wǎng)建設(shè)更適應(yīng)負(fù)荷增長(zhǎng)需要。

城網(wǎng)規(guī)劃的任務(wù)主要是：

2.1 收集資料

包括城市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展情況，城市的發(fā)展規(guī)劃和政府的有關(guān)政策直接影響城網(wǎng)規(guī)劃編制；也要充分掌握現(xiàn)在城網(wǎng)的運(yùn)行資料，包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、設(shè)施和管理情況、電力負(fù)荷特征和分布。

2.2 電力負(fù)荷預(yù)測(cè)

根據(jù)城市整體發(fā)展規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和布局、居民生活水平及能源政策等，選擇合適的預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行科學(xué)的負(fù)荷預(yù)測(cè)并確定負(fù)荷地理分布。

2.3 編織城網(wǎng)規(guī)劃

優(yōu)化各個(gè)電壓等級(jí)的負(fù)荷點(diǎn)，優(yōu)選輸電網(wǎng)、高壓和中壓配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2.4 根據(jù)優(yōu)選網(wǎng)絡(luò)方案編制網(wǎng)絡(luò)無(wú)功補(bǔ)償配置規(guī)劃

2.5 提出配電網(wǎng)自動(dòng)化等二次系統(tǒng)規(guī)劃

3 負(fù)荷預(yù)測(cè)

負(fù)荷預(yù)測(cè)是城市電網(wǎng)規(guī)劃工作中最重要的問(wèn)題。負(fù)荷預(yù)測(cè)的內(nèi)容取決于電網(wǎng)規(guī)劃的目標(biāo)和內(nèi)容，為了確定規(guī)劃年的輸配電系統(tǒng)所需要的設(shè)備容量，必須先對(duì)供電區(qū)作與規(guī)劃年相應(yīng)的負(fù)荷總量進(jìn)行預(yù)測(cè)；為了確定變電所設(shè)備的合理分布，要求對(duì)供電區(qū)內(nèi)進(jìn)行分塊負(fù)荷預(yù)測(cè)，每塊的面積大小和電網(wǎng)電壓等級(jí)有關(guān)，電壓高的面積大，而且還和供電區(qū)的負(fù)荷密度相關(guān)，分塊的目的是為了在配電設(shè)備布局時(shí)有一定的分辨度，使規(guī)劃設(shè)計(jì)的系統(tǒng)布局和實(shí)際的負(fù)荷需要盡可能一致。負(fù)荷預(yù)測(cè)主要有短期負(fù)荷預(yù)測(cè)（24小時(shí)）、近期負(fù)荷預(yù)測(cè)（1～5年）、中期負(fù)荷預(yù)測(cè)（5～10年）、長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)（10～20年）。以上幾類(lèi)預(yù)測(cè)分別適用于安排電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、電網(wǎng)近期規(guī)劃、電網(wǎng)中期規(guī)劃、電網(wǎng)遠(yuǎn)景規(guī)劃。負(fù)荷預(yù)測(cè)具有不確定性、條件性、時(shí)間性、多方案性等特點(diǎn)。因此有很多負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法主要有用電單耗法、電力彈性系數(shù)法、負(fù)荷密度法、外推法、回歸預(yù)測(cè)法、人均用電量指標(biāo)法等，各種預(yù)測(cè)方法適用于不同的負(fù)荷預(yù)測(cè)的種類(lèi)。近年來(lái)隨著數(shù)學(xué)理論的發(fā)展，很多新的數(shù)學(xué)工具被應(yīng)用到負(fù)荷預(yù)測(cè)中，出現(xiàn)了很多新的預(yù)測(cè)方法。

3.1 小波分析預(yù)測(cè)法

小波分析是一種時(shí)域-頻域分析方法，它在時(shí)域和頻域上同時(shí)具有良好的局部化性質(zhì)，并且能夠根據(jù)信號(hào)頻率高低自動(dòng)調(diào)節(jié)采樣的疏密，它容易捕捉和分析微弱信號(hào)以及信號(hào)、圖像的任意細(xì)小部分。能對(duì)不同的頻率成分采用逐漸精細(xì)的采樣步長(zhǎng)，從而可以聚焦到信號(hào)的任意細(xì)節(jié)，尤其是對(duì)奇異信號(hào)很敏感，能很好的處理微弱或突變的信號(hào)，其目的是將一個(gè)信號(hào)的信息轉(zhuǎn)化成小波系數(shù)，從而能夠方便地加以處理、儲(chǔ)存、傳遞、分析或被用于重建原始信號(hào)。這些優(yōu)點(diǎn)決定了小波分析可以有效地應(yīng)用于負(fù)荷預(yù)測(cè)問(wèn)題的研究。

電力系統(tǒng)中日負(fù)荷曲線(xiàn)具有特殊的周期性，負(fù)荷以天、周、年為周期發(fā)生波動(dòng)，大周期中嵌套小周期。

3.2 人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法

運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行電力負(fù)荷預(yù)測(cè)，是較先進(jìn)的研究方法，其優(yōu)點(diǎn)是可以模仿人腦的智能化處理，對(duì)大量非結(jié)構(gòu)性、非精確性規(guī)律具有自適應(yīng)能力，具有信息記憶、自主學(xué)習(xí)、知識(shí)推理和優(yōu)化計(jì)算的特點(diǎn)。特別是其自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)功能是常規(guī)算法和專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)所不具備的。因此，預(yù)測(cè)被當(dāng)作人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)記為ANN）最有潛能的應(yīng)用領(lǐng)域之一。ANN適用于解決時(shí)間序列預(yù)測(cè)問(wèn)題，其在電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)中的應(yīng)用理論上是可行的。很多人都試圖應(yīng)用反向傳遞學(xué)習(xí)法訓(xùn)練ANN，以用作時(shí)間序列預(yù)測(cè)。ANN一經(jīng)引入電力系統(tǒng)，負(fù)荷預(yù)測(cè)就成為其應(yīng)用研究的一個(gè)主要領(lǐng)域。到目前為止，ANN主要應(yīng)用于短期負(fù)荷預(yù)測(cè)，但也有人用ANN作過(guò)中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)。ANN應(yīng)用于短期負(fù)荷預(yù)測(cè)要比應(yīng)用于中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)更為適宜，因?yàn)槎唐谪?fù)荷變化可以被認(rèn)為是一個(gè)平穩(wěn)的隨機(jī)過(guò)程，而長(zhǎng)期的負(fù)荷預(yù)測(cè)與國(guó)家或地區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)政策密切相關(guān)。

3.3 灰色預(yù)測(cè)法[2]

灰色數(shù)學(xué)理論認(rèn)為負(fù)荷序列是多種影響因素綜合作用的結(jié)果。多種因素的未知性和不確定性，成為系統(tǒng)的灰色特性?；疑到y(tǒng)理論把負(fù)荷序列通過(guò)生成變換，使其變化為有規(guī)律的生成數(shù)列。灰色預(yù)測(cè)法是一種對(duì)含有不確定因素的系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法，以灰色系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，可在數(shù)據(jù)不多的情況下找出某個(gè)時(shí)期內(nèi)起作用的規(guī)律，建立負(fù)荷預(yù)測(cè)的模型?；疑碚搶?duì)灰量、灰過(guò)程的處理，不是找概率分布，求統(tǒng)計(jì)規(guī)律，而是用“生成”的方法，求得隨機(jī)性弱化、規(guī)律性強(qiáng)化了的新數(shù)列，此數(shù)列的數(shù)據(jù)成為生成數(shù)?；疑A(yù)測(cè)法適用于短期負(fù)荷預(yù)測(cè)。

3.4 模糊負(fù)荷預(yù)測(cè)[3]

模糊負(fù)荷預(yù)測(cè)是近幾年比較熱門(mén)的研究方向。模糊原理適合描述廣泛存在的不確定性，同時(shí)具有強(qiáng)大的非線(xiàn)性映射能力。模糊系統(tǒng)對(duì)于任意一個(gè)非線(xiàn)性連續(xù)函數(shù)，就是找出一類(lèi)隸屬函數(shù)，一種推理規(guī)則，一個(gè)解模糊方法，使得設(shè)計(jì)出的模糊系統(tǒng)能夠任意逼近這個(gè)非線(xiàn)性函數(shù)。模糊預(yù)測(cè)法應(yīng)用模糊邏輯和預(yù)報(bào)人員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)將數(shù)據(jù)和語(yǔ)言形成模糊規(guī)則，單純的模糊預(yù)測(cè)法的結(jié)果不夠準(zhǔn)確，因?yàn)槟：A(yù)測(cè)沒(méi)有學(xué)習(xí)能力，因此模糊預(yù)測(cè)法常和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等預(yù)測(cè)方法組合使用。

3.5 電力負(fù)荷隨機(jī)時(shí)間序列預(yù)測(cè)技術(shù)

時(shí)間序列是指一個(gè)隨機(jī)變量t變化的量y（t），在t1

需要指出的是，變量t指的不一定是時(shí)間，也可以是其他的物理量，只要是一個(gè)取值單調(diào)遞增的物理量就可以了。例如，隨著時(shí)間而變化的動(dòng)能等一系列觀測(cè)數(shù)據(jù)所組成的離散有序集合，也稱(chēng)為一個(gè)時(shí)間序列。由于電力負(fù)荷是一個(gè)隨機(jī)變量，這個(gè)變量所描述的過(guò)程就是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，電力負(fù)荷的歷史資料就是按一定時(shí)間間隔進(jìn)行采樣記錄下來(lái)的有序集合，如式y(tǒng)（t1），y（t2），…，y（tN），…，它是一個(gè)時(shí)間序列，用這個(gè)序列對(duì)電力負(fù)荷變化的規(guī)律和特性進(jìn)行分析并對(duì)未來(lái)負(fù)荷作出預(yù)測(cè)，這正是電力負(fù)荷時(shí)間序列預(yù)測(cè)技術(shù)的主要內(nèi)容。

4 結(jié)論

隨著城市電網(wǎng)由過(guò)去的粗放式發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的科學(xué)集約化發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)性工作——負(fù)荷預(yù)測(cè)的要求越來(lái)越高，以往循規(guī)蹈矩的預(yù)測(cè)方法已經(jīng)不滿(mǎn)足當(dāng)前負(fù)荷預(yù)測(cè)的要求。所以，今后應(yīng)進(jìn)一步研究城網(wǎng)規(guī)劃工作中如何采用這些新方法，以達(dá)到使負(fù)荷預(yù)測(cè)更加準(zhǔn)確的目的?！?/p>

[1]陳章潮，程浩忠.城市電網(wǎng)規(guī)劃與改造[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007：13.

[2]牛東曉，曹樹(shù)華，盧建昌，等.電力負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009：163.

[3]謝國(guó)恒.淺談城網(wǎng)規(guī)劃負(fù)荷預(yù)測(cè)工作[J].城市建設(shè)理論研究，2011（21）：26.

2012-05-09