电力规划课程设计

目录目录1电力规划课程设计21、负荷预测21.1负荷预测的原理及方法21.1.1 概述21.1.2 电力负荷预测的方法31.1.3、一元线性回归法51.2 负荷预测的过程81.3 程序编制81.4 负荷及电量预测91.4.1 选取分析模型91.4.2 运用曲线模型预测规划年的电量及负荷101.5结果分析121.5.1 校核预测结果122、电力平衡132.1电力平衡的概念及目的132.1.1、电力电量平衡的概念132.1.2、电力电量平衡的目的132.2 电力电量平衡步骤132.2.1、电力平衡步骤：142.2.2、分析该县电力系统的原始资料，计算系统的变电容量142.2.3、确定系统在规划年的所需变电总容量和逐年新增容量。142.2.4、拟定该县在规划年2011-2015年逐年新增变电容量进度153、结论153.1设计结论153.2个人感受16电力规划课程设计1、负荷预测1.1负荷预测的原理及方法1.1.1 概述电力工业是国民经济的基础工业。随着我国产业结构完善和人民整体生活水平的改善，对电能的需求逐年加大，同时对电力质量的要求也越来越高，且由于电能生产和消费的同时性，对电网建设和布局提出了更高的要求。要满足国民经济的发展需要，电力工业必需先行，因此要做好电力工程建设的前期工作，电力系统规划设计正是电力工程前期工作的重要组成部分。电力系统规划设计应在国家 产业和能源政策指导下，在国民经济综合平衡的基础上进行，首先应进行长期电力规划，经审议后在此基础上从电力系统整体出发进一步研究并提出电力系统具体的发展方案及电源和电网建设的主要技术原则。电力规划是一种电力工业发展计划，是为了实现“电力先行”，保障和促进国民经济发展的一项重要工作。电力工业的任务是国民经济各个领域和人民生活等各个方面提供充足、可靠、合格、廉价的电能。正确、合理的电力系统规划设计实施后可以最大限度的节约国家基建投资，促进国民经济其它行业的健康发展，提高其他行业的经济和社会效益，因而其重要性不可低估。电力负荷预测是电网规划建设的依据和基础。随着电力工业在国民经济中扮演着越来越重要的角色，电力负荷的正确预测显得尤为重要。电力负荷预测是指通过对电力系统负荷历史数据的分析和研究，运用统计学、数学、计算机、工程技术及经验分析等定性定量的方法，探索事物之间的内在联系和发展变化规律，对未来的负荷发展做出预先估计和推测。电力负荷预测结果的准确与否直接关系到电力投资的效益，供电的可靠性，用电需求的正常发展，以及社会的经济效益和社会效益。但要做到预测准确或较准确是很困难的，因为影响电力负荷预测的因素相当多，且由于各地区产业结构和人民生活水平不同，各具体因素对电力负荷预测的敏感度是不一样的，因而电力负荷预测具模糊性。1.1.2 电力负荷预测的方法电力负荷预测包括最大负荷功率、负荷电量及负荷曲线的预测。负荷预测对于确定电力系统发电设备及输变电设备的容量是非常重要的。对电力负荷不仅要分析电力负荷本身的发展情况，结构情况，国民经济发展情况，还要采用多种预测方法加以分析确定。（1）单耗法：根据预测期产品的产量或产值以及该产品的用电单耗预测用电量电量 工业行业的总电量 （2） 电力弹性系数法：电力弹性系数是指用电量的年平均增长率与国民生产总值年平均增长率的比值，即： 当缺乏国民生产总值年平均增长率的数据时，一般就用工农业总产值的年平均增长率来代表。 电力弹性系数是一个宏观指标，可用作远期规划粗线条的负荷预测。有了弹性系数及国民生产总值的年平均指长率，就可以计算规划年份所需用的电量，即（3）回归分析法负荷与政治、经济、人口、生活水平、气温等有关，无法用解析式表示相关关系，只有通过对大量数据观察、处理，找到其中的关系。回归分析法：通过观察数据的统计、分析和处理，寻找负荷与影响因素之间的因果关系，简历回归模型，进行预测的方法。1）分类：1. 按先关因素的多少分为一元线性回归和多元线性回归2. 按回归模型分线性回归模型和非线性回归模型3. 按预测对象的多少分单因回归和多因变量回归2）回归分析的步骤：1. 分析所获得的统计数据，确定一个特定的变量之间的数学关系，确定回归模型2. 对回归模型的参数进行估计，统计检验，分析因素的影响。对预测对象的影响程度，确定预测模型。3. 根据预测模型和自变量的未来值，确定预测对象的未来值，并分析预测结果的误差范围及精度。 （4）时间序列法 这种方法是根据历史资料，总结出电力负荷发展水平或负荷的年增长率和负荷的多年平均增长率与时间先后顺序的关系。即把时间序列作为一个随机变量序列，用概率统计的方法，尽可能减少偶然因素的影响，作出电力负荷随时间序列反映出来的发展方向和趋势，并进行外推，以预测未来负荷的发展水平。简单平均法、加权平均法等都属于时间序列法。时间序列法一般用于中长期电力负荷预测中，有其是常用负荷的多年平均增长率来预测中长期的负荷增长水平。 (5)商业用电预测法归纳起来主要有两种方法：1. 直接外推法。即将商业用电的历史数据，拟合出商业总用电量增长曲线，外推到所需预测的时刻，得到商业总用电量预测值。2. 比例法。即根据统计数据找出商业用户与居民生活用电之间的比例关系，外推这个比例关系，乘以居民用电量求得。（6）居民生活用电预测方法 城镇居民生活用电与人均收入情况、家庭人口多少及居民住房条件有关。一般按一下两种方法预测。1. 综合用电水平法。按照居民人数及每人平均耗电量得到居民总用电量。2. 负荷密度法。根据对不同城市的调查，参照城市发展规划、人口规划、居民收入水平增长情况等，用没平方公里面积用电量。来测算城镇负荷水平。（7）农业用电预测方法可按每亩地的平均用电量来测算，例如排灌、农、牧、林、渔业的生产用电和农村照明等。按照有关文件规定，乡镇企业和农村个体工业户中，凡符合工业生产条件的，应列入有关的工业行业，不列入农业；不够工业生产条件的，应列入农业用电。1.1.3、一元线性回归法（1）一元线性回归模型 在一元线性回归中，自变量x是可控制或是可以精确观察的变量，因变量Y是依赖于x的随机变量。假设x与Y的关系为：y= a+bxx与Y的这种关系称为一元线性回归模型。（2）模型未知参数的估计（a,b）假设已知变量x和y的n对历史数据，即样本(xi,yi),满足:yi=a +b xi采用最小二乘法估计a, b。首先按下式作离差平方和: 选取适当的参数a, b，似的Q(a, b)达到最小。利用高等数学中的求极值的方法，求解: 得到上式中的（3）模型检验在研究变量x与变量y的相关关系时，定义它们的相关系数(样本相关系数)为:可以用相关系数来描述Y与x之间线性相关的近似程度，。 当时， x对Y的影响变小，线性关系减弱。特别的，当时，称Y与x不相关； 当时， x对Y的影响也加大，线性关系程度加强。特别的，当时,称Y 与x完全相关； 当时，Y随x增加而增加，称Y与x正相关； 当时，Y随x减小而减小，称Y与x负相关。1.1.4、其他回归法（1）、双曲线双曲线函数的标准方程为:作变量代换 x=1/x,y=1/y 这样双曲线方程就变为直线方程:y=a+bx利用观测值(xi,yi)，按xi=1/xi,yi=1/yi可以计算出(xi,yi) (i=1,2,n).因此对于x和y就可以利用上文所介绍的方法计算出参数估计值a, b，接着就可以按下式进行预测。模型有效性检验，如同一元线性回归分析一样。 （2）、幂函数曲线幂函数曲线的标准方程是:先将函数表达式两端取自然对数得到:再作变换，令x=1nx, y=lny，并记A=1na，则幂函数曲线方程就变为直线方程 利用观测值(xi,yi)可以计算出(xi,yi) (i=1,2,n).对于x和y就可以利用上文所介绍的方法计算出参数估计值A, b，又有a=eA，因此可以得到:模型有效性检验，如同一元线性回归分析一样。（3）、指数曲线倒指数曲线函数的标准方程是:先将函数表达式两端取自然对数得到:再作变换，令x= x，y=lny, 并记A=lna，则倒指数函数曲线方程就变为直线方程利用观测值(xi,yi)可以计算出(xi,yi) (i=1,2,n).对于x和y就可以利用上文所介绍的方法计算出参数估计值A, b，又有a=eA，因此可以得到:模型有效性检验，如同一元线性回归分析一样。1.2 负荷预测的过程电力负荷预测工作的关键在于收集大量的历史数据，建立科学有效的预测数据模型，采用有效的算法，以历史数据为基础，进行大量实验性研究，总结经验，不断修正模型和算法，以真正反映负荷变化规律。其基本过程如下：（1）调查和选择历史负荷数据资料（2）历史资料整理（3）负荷数据预处理（4）建立负荷预测模型1.3 程序编制 利用Excel电子表格里面的库函数进行链接、编写函数，根据历史数据对该县规划年20112015的电量负荷进行预测 （1）利用函数库里面INTERCEPT、SLOPE、CORREL、LN等这些函数进行求解 （2）选择多个函数模型（一元线性函数,双曲线,幂函数曲线,倒指数曲线）与历史年的数据进行拟合 （3）把非线性模型转换为线性回归模型y=a+bx，求出截距a、斜率b、相关系数 （4）对多个模型的相关系数进行比较，选择相关系数|最接近1的模型对规划年的电量、负荷进行预测 （5）用最大利用小时数和电力弹性系数对预测结果进行校核 1.4 负荷及电量预测1.4.1 选取分析模型选择多个函数模型（线性函数、双曲线函数、幂函数、指数函数）对负荷和电量进行预测。根据相关系数|大小【即电量(y1）或负荷(y2）与年份(x)之间的相关性强弱情况】， 当相关系数|趋近于0时， x对Y的影响变小，线性关系减弱。特别的，当相关系数|=0时，称Y与x不相关； 当相关系数|趋近于1时， x对Y的影响也加大，线性关系程度加强。特别的，当相关系数|=1时,称Y 与x完全相关； 当相关系数大于0时，Y随x增加而增加，称Y与x正相关； 当相关系数小于0时，Y随x减小而减小，称Y与x负相关。在进行电量、负荷预测时，要选取相关系数|最接近1的模型进行预测。给出的历史负荷中包括务川县镇南水泥厂及镇南无水氢氟酸厂。而这两者是大用户，大用户的用电量和负荷没有定性的变化规律，随机性很大。所以，进行负荷预测，只能对系统中的除大用户负荷进行预测，这样就必须先扣除务川县镇南水泥厂及镇南无水氢氟酸厂这两个大用户的电量和负荷，就可以得到除大用户负荷，历史年当中的总负荷、大用户负荷及除大用户负荷的电量、负荷分布情况如下表所示。表一： 历史各年负荷情况表项目200520062007200820092010电量（亿kWh）0.540.710.770.991.221.39负荷（MW）16.321.9623.529.532.1536.17大用户电量（亿kWh）0.0.0.0.0.0.大用户负荷（MW）0.81.31.7853.52751.553.6975除大用户(亿kWh)0.5160 0.6620 0.7209 0.8349 1.14961.2266除大用户负荷（MW）15.520.6621.71525.972530.632.4725对表一中的除大用户负荷的电量和负荷进行分析得最大负荷利用小时数在3000,4000(h)之间，都满足要求表二： 自然负荷最大利用小时数 单位：小时（h）项目200520062007200820092010除大用户电量（亿kwh）0.51600.66200.72090.83491.14961.2266除大用户负荷（MW）15.520.6621.71525.972530.632.4725最大利用小时数Tmax（h）3329.0713204.3223319.9593214.5963756.7123777.208根据除大用户负荷的负荷和电量，运用四种函数模型（一元线性函数,双曲线函数,幂函数,指数函数）进行拟合，下面是各种模型方法进行比较（已把非线性模型的转换为一元线性回归模型，即下面只体现线性的估计参数a、b和相关系数）汇总如表三所示：表三： 模型项目参数b（斜率）A=ln a或a（截距）相关系数|一元线性回归法电量y10.1446-293.350.0.负荷y23.3983-6797.60.0.双曲线电量y1-441.840.0.负荷y225719-12.7680.0.幂函数曲线电量y1351.71-2674.90.0.负荷y2289.96-2201.90.0.指数曲线电量y10.1752-351.920.0.负荷y20.1444-286.780.0.由表三的几种模型的比较，选择相关系数|最接近1的模型：线性模型和指数曲线模型，分别对除大用户负荷在规划年2011-2015年的负荷和电量预测。1.4.2 运用曲线模型预测规划年的电量及负荷 用指数曲线对规划年2010-2015年的电量进行预测：表四：指数函数曲线y=aebx 参数项目bA=lna相关系数a=eA电量y10.1752-351.920.0 因为a=0，所以不能用指数函数曲线的原函数求解，而是要通过y1=A+bx1（既是 lny1=A+b*x）这个线性方程进行反算，以求得规划年的预测电量y1=e(A+b*x) 。（其中y1=ln y1; x1=x）用上述方法对规划年2011-2015年的电量进行预测，结果如下： 表五： 年份x20112012201320142015 x20112012201320142015 y1=ln y10.4071 0.5823 0.7575 0.9327 1.1079 电量y11.5024 1.7901 2.1329 2.5413 3.0279 用线性函数对规划年2011-2015年的负荷进行预测表六：线性函数y2=a+b*x2 参数项目b a相关系数负荷y23.3983-6797.60.用线性函数对规划年2011-2015年的负荷进行预测的结果：表七：年份x20112012201320142015负荷y2(mw)36.381339.779643.177946.576249.9745用指数函数和线性函数对自然负荷在规划年2011-2015年的电量和负荷预测：表八： 除大用户负荷在规划年2011-2015年的电量和负荷预测情况年份x20112012201320142015电量y1(亿kwh)1.5024 1.7901 2.1329 2.5413 3.0279 负荷y2(mw)36.381339.779643.177946.576249.9745综合考虑已建和在建的大用户的电量和负荷，根据电力规划课程设计任务书中各个大用户和新建大用户的负荷和电量，可以预测出大用户在规划年2011-2015年的电量和负荷，如下表所示：表九： 大负荷在规划年2011-2015年的电量、负荷情况年份20112012201320142015大用户电量（亿kwh）3.02653.56653.56654.13654.374大用户负荷（mw）51.127551.127551.127551.127551.1275 综合以上各大用户的电量和负荷、预测的除大用户负荷的大小，将其汇总起来。将预测的除大用户负荷（表八）和大负荷（表九）的电量、负荷分别相加可得到规划年2011-2015年总的电量、负荷汇总情况。表十： 全社会规划年2011-2015年得电量、负荷情况年份20112012201320142015电量4.5295.35665.69946.67787.4019（亿kWh）负荷（MW）87.5088101.1071104.5054115.5537123.2021.5结果分析1.5.1 校核预测结果 利用最大利用小时数和电力弹性系数对电量及负荷的预测结果进行校核1 、利用最大利用小时数对电量及负荷的预测结果进行校核表十一：年份20112012201320142015电量（亿kwh）4.52905.35665.69946.67787.4019负荷（MW）87.5088101.1071104.5054115.5537123.202最大利用小时数（Tmax)h5175.47955297.93855453.65775778.93896007.9325 从表十一中的最大利用小时数看，其值都在5000,7000（h）这个区间里，Tmax较大是因为新增了不少大用户，但是基本满足电力规划要求的，可见预测的结果基本合理。 2、利用电力弹性系数对电量及负荷的预测结果进行校核可以求得规划年2011-2015年的电量年平均增长率Kzch(%)表十二:年份20112012201320142015年平均增长率kzch(%)电量（亿kWh）4.52905.35665.69946.67787.401913.07%负荷（MW）87.5088101.1071104.5054115.5537123.202 - 因为，国民生产总值年平均增长率Kgzch=18.3%，年平均增长率Kzch=13.07%。所以，由电力弹性系数的公式：Kt=Kzch/Kgzch可得：电力弹性系数Kt=Kzch/Kgzch=13.07% / 18.3%= 0.714，由于Kt=0.714小于1，是不符合电力先行发展要求的，说明预测出来的结果是不符合该县负荷发展趋势和要求的，预测的结果也是不符合该县电力电量发展要求的。电力工业的反展落后于经济的发展。出现这种情况的原因可能是预计的国民生产总值年平均增长率过高，也有可能是在规划年新增的大用户用电量太多，而电力还不足以满足需求。2、电力平衡2.1电力平衡的概念及目的2.1.1、电力电量平衡的概念电力电量平衡是电力电量供应与需求之间的平衡，其中包括有功功率平衡和无功功率平衡。2.1.2、电力电量平衡的目的电力电量平衡的目的是为了确定系统需要的发、变设备容量，各类发电厂及变电站的建设规模和装机进度等。通过电量平衡，可以根据负荷发展水平确定系统需要的电量，研究系统现有变电容量，确定系统所需要的新增变电容量。在系统中应进行电力电量平衡计算，主要分析、研究一下问题：（1）确定电力系统需要的发电设备容量。包括确定水电。火电或核电厂的新建、续建和扩建项目等。并确定规划设计年度内逐年新增的装机容量和退役机组容量。（2）确定系统需要的备用容量，研究在水火电厂之间的分配。（3）确定系统需要的调峰容量，使之满足设计年不同季节的系统调峰需要，并提出典型日的调峰方式和系统调峰方案。（4）在满足电力系统负荷及电量需求的前提下，合理安排水火电厂的运行方式，充分利用水电，使燃料消耗最经济，并计算系统需要的燃料消耗量。（5）确定各带表水文年个类型电厂的发电设备利用小时数，检验电量平衡。（6）确定水电厂电量的利用程度，以论证水电装机容量的合理性。（7）分析系统与系统之间，地区与地区之间的电力电量交换，为论证扩大联网及拟定网络方案提供依据。2.2 电力电量平衡步骤 电力系统设计时，应编制从当时到设计水平年的逐年电力电量平衡，以及远景水平年系统和地区的电力电量平衡。通过电力电量平衡，明确系统所需变电容量。2.2.1、电力平衡步骤：（1） 分析系统的原始资料，计算系统的变电容量。（2） 确定系统在规划年的所需变电总容量和逐年新增容量。（3） 拟定各站逐年建设的进度。2.2.2、分析该县电力系统的原始资料，计算系统的变电容量表十三： 已知的电力系统原始资料变电站名 称电压等级（kV）主变台数容量组成（MVA）总容量（MVA）无功补偿总容量（MVar）配置比例（%）A变110/35/10220+406010.818.00%B1变35/1014400%B2变35/1022+461.220%B3变35/1022+4600%B4变35/101551.224.00%B5变35/1022+461.220.00% 由上图可知，务川县的110kv现有变电容量为20+40=60MVA。2.2.3、确定系统在规划年的所需变电总容量和逐年新增容量。系统预测负荷乘以容载比（一般在1.8-2.1之间），可得到规划年所需变电容量的取值范围见下表16，根据此取值区间和110kV及以下配电网规划指导原则即可确定逐年新增变电容量。表十四： 电力电量平衡表项目20112012201320142015 预测负荷（MW）87.5088101.1071104.5054115.5537123.202110kv直供负荷(MW)3030303030 计算负荷（MW）57.508871.107174.505485.553793.202所需变电容量_容载比1.8（MVA）103.51584127.99278134.10972153.99666167.7636所需变电容量_容载比2.1（MVA）120.76848149.32491156.46134179.66277195.7242电网实际变电容量（MVA）6060606060需新增变电容量_容载比1.8（MVA）43.5158467.9927874.1097293.99666107.7636需新增变电容量_容载比2.1（MVA）60.7684889.3249196.46134119.66277135.72422.2.4、拟定该县在规划年2011-2015年逐年新增变电容量进度 由上表的电力电量平衡表的数据，可以拟定变电站逐年增加的变电容量进度：在规划年间的20112015年，每年新增的容量如表十五所示。按照这样的规划，各年的容载比都在1.8，2.1之间，这样就可以满足规划年2011-2015年该县的电力发展需求。表十五： 规划年2010-2015的逐年新增变电容量 年份20112012201320142015新建变电容量（MVA）50300300现有容量（MVA）110140140170170容载比1.9128 1.9689 1.8791 1.9871 1.8240 3、结论 3.1设计结论通过对给的历史数据的分析，运用各种数学模型进行拟合分析，选取相关系数|最接近1 的函数模型：线性函数和指数曲线。用线性函数和指数曲线这两个函数模型，分别对自然负荷在规划年2011-2015年的负荷和电量进行预测。然后，把规划年2011-2015年大负荷的电量和负荷统计后，叠加到预测的除大用户负荷上，得到该县规划年总电量和总负荷。利用最大利用小时数和电力弹性系数对总电量和总负荷的预测结果进行校核：最大利用小时数是在5000,7000小时范围内，但是电力弹性系数为Kt=0.714小于1。最后，通过电力电量平衡，得出该县在规划年所需要新增的变电容量：在2011、2012、2014年这几年分别新增50MVA、30MVA、30MVA容量的变电站，在2013、2015年不需要在建新的变电站，按照这样的电力规划，就可以满足当地的电力发展要求。3.2个人感受通过近两周的课程设计，我对电力规划的负荷预测的内容等有了更深刻的了解，并掌握了基本操作当中的基本技巧。（1）由于负荷