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(工商管理专业论文)滨海新区20052010年城市电网规划理论与应用研究.pdf.pdf 免费下载
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中文摘要 城市区域电网规划是当前电力系统科研与工程实践的一个热点。 本论文考查了天津市滨海地区城市区域电网的特点以及现存主要问题, 研究分析了城市区域电网规划理论的主要内容,包括电力负荷预测、城市区 域电网网架规划、城市区域电网无功规划、城市区域电网的中性点接地方式 等;论文讨论了城市区域电网规划理论的主要数学模型及算法,并且根据实 际情况完成了天津市滨海新区2 0 0 5 2 0 1 0 年城市电网规划方案。经过分析、 校验,论文证明该规划方案能够较好地解决滨海地区城市电网现存的主要问 题,并且会带来较好的经济效益。 关键词:滨海新区城市区域电网规划数学模型应用研究 a b s t r a c t t h et h e o r yo ft h ep l a np o w e rn e t w o r ki nc i t yr e g i o n si so n eo f l h ef o c u s e so f s c i e n t i f i cr e s e a r c ha n d p r o j e c tp r a c t i c ei np o w e rs y s t e m i nt h i s t h e s i s ,p o w e rn e t w o r ki n b i n h a ic i t yr e g i o ni s i n v e s t i g a t e d ,i t s c h a r a c t e r sa n dp r o b l e m sa r ea n a l y s e d t h i st h e s i sa n a l y s e st h ec o n t e n to ft h e t h e o r y 一一p o w e rl o a dp r e d i c t i o n ,t h ep l a no fp o w e rn e t w o r ki nc i t yr e g i o n s ,t h e r e a c t i v ep o w e rp t i m i z a t i o n ,m a n l e t so f n e u t r a l - p o i n te a r t h i n g , a n ds oo n ;a l s o , s o m em a t h e m a t i c a lm o d e l si nt h i sf i e l da r ed i s c u s s e d o nt h eb a s eo fa c t u a l c o n d i t i o n s ,ap l a no f p o w e r n e t w o r ki nb i n h a ic i t yr e g i o nf r o my e a r2 0 0 5t o2 0 1 0 i sp u tf o r w a r d n o w , a f t c re x a m i n a t i o n ,t h i st h e s i sc o n f i r mt h a t 一t h i sp l a nw i l l s o l u t em a i np r o b l e m so fp o w e rn e t w o r ki nb i n h a ic i t yr e g i o na n dw i l lb r i n g b e n e f i c i a lr e s u l t s k e y w o r d s :b i n h a ic i t yr e g i o n c i t yr e g i o np o w e r n e t w o r k p l a n m a t h e m a t i c a lm o d e lr e s e a r c h 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果,也不包含为获得墨洼盘茔或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名签字日期:_ 2 0 0 1 年) 一月玎日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤注盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨生盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名 导”痧 签字日期:如- 年,。月玎日 签字日期:工计) 一年7 。月可百 第一章绪论 第一章绪论 1 1 城市区域电网规划理论与应用研究的背景与意义 1 1 1 建设现代化城市电网是实现经济稳定持续发展的重要战略 措施。 经过建国以来几十年的电网建设,我国电力系统已经取得较大的成绩。 尤其是近年来,我国电力行业出现了新形势: ( 1 ) 我国长期严重缺电的局面得到缓解,出现了低水平的电力供需平衡, 一些电网出现买方市场。 ( 2 ) 用电结构、负荷流向发生变化:工业负荷下降、城市民用负荷上升, 电力潮流涌向城网。 ( 3 ) 城网薄弱的矛盾被充分暴露,出现了一系列安全性的事故和网损上 升的现象。 ( 4 ) 用户负荷的性质有了很大的变化,电能质量除了电压偏移以外, 有了新内容:谐波污染成为现代电网的一个新课题。 面对新形势、我们能得到以下几点认识: ( 1 ) 相当长的历史时期内,我国的电力需求一定仍会保持增长和发展。 目前一些地区出现的电力负荷增长速度下降甚至供过于求的情况只是转轨时 期的暂时现象。目前我国人均装机容量和人均年用电量仍处于非常落后的水 平。另外,提高发电能源消费在能源总消费中比重,是提高能源利用效率和 保护环境的重要途径,是现代文明社会发展的必然趋势。 ( 2 ) 国民经济的发展和用电水平的提高,必然会导致用电结构的变化: 工业负荷比重呈下降趋势,美国工业用电量占全国用电量的4 0 以下, 而我国的工业用电量比重在7 0 以下。 农业负荷比重一般较低。 市政生活和商业服务业用电比例呈上升趋势,美、英等发达国家占6 0 左右,1 9 9 7 年我国仅占1 7 。 ( 3 ) 建设现代化城市电网是实现我国经济稳定持续发展的重要战略措 繁章缝诠 施。 长期以来,城网没有得到应有的关注和投入,以敞非常薄弱,可靠性得 不到保证,魄能质量低下,网撰鼹高不下。面对网擞增长的第三产业负蒋, 羲京电网戏为邀力逶遒熬簸颈。浚造褒毒蠛网,建设疆伐纯懿辕露疑是社会 发展、摄离人民生活东平的追仞鬻求,也是开拓魄力市场、扩大内需、带动 相关工业产业发展的战略举措。 1 1 2 现代化城市电网的特点 ( 1 ) 受蘅是分数豹、分布豹,密度大旦不断的溪趣和变化。 ( 2 ) 瓣受蔫莲线靛漳谷蓑大、超落大;髓蓑攀_ 葛帮气候蕊不霾两交纯。 ( 3 ) 蛾代社会要求更高的供电可靠性,电能廉黛和服务水平;但负衙成 分复杂,备类负荷要求不同的可靠性和电能质量。 ( 4 ) 谐波污染已成为现代电网的一个必须认真对待的问题,并且我们 对谐波的认浚远远落后于实际。 ( 5 ) 供宅方式复杂,镞惫瓣懿身搀浚。 ( 6 ) 碱网的环境复杂。 1 1 3 当前城市电网存在的主要问题 几十多年来,我国各城市蒋遍重视编制和贯彻城市发展和改造规划,有 巨藤遗投入了大量姿金弱久力,缓枣毫嬲建设成绩黢著。但是由于城枣发震 迅速,瘸泡受祷需求量大,著藏辩电质量、袋毫可靠往要求提离,蓠遮密 现城市电网不能充分满足各方谳要求的现象。此外,在城市电网的电源建没, 城网建设改造工作和电网设备条件等方面,也存在辫一些急待解决的问题。 这些集中表现在: ( 1 ) 域帮电阚电力受芬遇遮增长 这几年来隧着改革秀藏瓣深入,第三产监遥凝袋袋,大量家矮电嚣遴入 家庭,城市用电负荷迅速增长。这样的增长给城市电黼带来了巨大的压力, 相当多的设备因过负荷而发生澈障。同时,用电结构发生了较大变化,腾民 用电和第三产业负荷上升,加嚣了中、低压配电网的负担。 ( 2 ) 城市电网建设滞囊 撵统诗,全鏊发鬯量8 5 怒经3 5 1 1 0 k v 袋酝滚瓣送给用户弱,魏8 0 电量是在城市电网销纳的。 第一章绪论 十几年来,我国电网工程的投资落后于发电工程的投资。1 9 9 4 年与1 9 8 0 年相比,全国发电装机容量增加2 ,0 1 倍,用电设备增加2 0 2 倍,而同时期 变电容量和线路数量仅增长1 9 2 倍和0 8 倍。电网的增长明显低于发电和用 电的增长,成为电力系统为国民经济发展服务的“瓶颈”。其中,城市电网的 配电网投入更不足,其资金一般只是利用供配电贴费的一部分。 ( 3 ) 城市电网技术落后,设备陈旧 目前城市电网技术一般还停留在几十年前的水平,虽近几年来也引进和 开发了一些新技术和新设备,但全国城网技术水平和国外相比仍有较大差距。 城市电网的现代化管理技术直接影响着城市电网的供电可靠性和经济效益, 但这方面的科研工作和技术推广进展都较缓慢。 另外,城市电网中,特别是配电网中,设备普遍陈旧落后,小截面老旧 线路、老式油断路器、老式柱上断路器仍大量在线工作。此外,现有城网结 构普遍薄弱,非但备用切换能力差,达不到“n 一1 ”的安全准则,而且线损 率一直居高不下。 1 1 4 现代化城市电网建设的目标 向用户提供充足、可靠、优质、价格合理、服务周到的电能。作为电能 供应的最后一个环节,直接面对用户,现代化城市电网的重要性与日俱增, 其建设目标包括: ( 1 ) 提高用电可靠性 ( 2 ) 提高电能质量 ( 3 ) 减少网损 ( 4 ) 改善服务水平 ( 5 ) 提高管理水平 ( 6 ) 提高电力企业的经济效益 ( 7 ) 逐渐实现向电力市场的过渡 1 2 城市电网规划理论与应用研究的现状 目前,全国各地都在陆续展开城市区域电网的改造和建设,城市电网规 划理论成为一个热点。应该说,作为规划理论在城市电网建设中的应用,城 市电网规划理论还是一个新学科,理论和实践都不十分成熟。 第一章绪论 当前城市电网理论研究和实践中,出现了以下几个技术热点问题: ( 1 ) 关于城网建设和改造的技术原则 电力建设必须有超前意识,同时要立足当前,兼顾长远,不断提高城网 的供电能力,大力加强电网结构,逐步做到比例协调、布局合理、设施先进、 兼顾长远,安全可靠,电压合格,多供少损。 对老城区和新经济技术开发区的配电网,应贯彻区别对待、因地制宜的 原则。 这次城网建设和改造要求坚持“服务于城市、服务于人民,服务于发展” 的方针,不断提高城网的稳定供电能力,贯彻n _ 1 准则。 对于线路电缆的导线规范及设备选型,应尽量简化、统一、通用和减少 维修量,并尽量使用新技术、新设备。 无功补偿装置应按分层和分区基本原则配置,并和电网建设同步进行。 变电站主变宜采用有载调压变压器,个别的可以采用带有载调压的配电变压 器。 城市集中供电的配电室宜采用两个不同电源的单环网结构。 ( 2 ) 关于电压等级的选择 改革开放以来,国民经济大幅度发展,电力负荷也有较大提高,配电网 仅采用1 0 k v 肯定难以胜任,部分地区采用了2 0 - 2 5 k v 供电,有的大城市 1 1 0 2 2 0 k v 电压已深入了负荷中心。如果从长远发展来考虑,这次大规模城 网改造与建设中面临着电压等级选择的问题。 据悉,一些发达国家如美国、加拿大、法国等已将2 0 k v 正式作为中压 配电网的一个电压等级。我国苏州工业园区的建设过程中,中国与新加坡曾 委托中国电机工程学会城市供电专委会进行了2 0 k v 电压可行性论证。论证 结果证明,由于减少了配电单元、电缆长度、3 5 k v 变电站数量及征地费用, 因而采用1 1 0 k v 2 0 k v 供电能减少总投资和运行费用。 ( 3 ) 关于城市配电网中性点接地方式的选择 建国以来,城市配电网中性点大多采用不接地或经消弧线圈接地的运行 方式,提高了城市电网供电的可靠性。随着城市配电网的发展,网络结构发 生了很大变化,过去采用的单一接地方式己不能满足可靠供电的要求了。 1 9 9 7 年1 0 月1 日开始实施的我国电力行业标准d l t 6 2 0 1 7 7 9 交流电 第一章绪论 气装置的过电压保护和绝缘配合中规定:“6 k v 一3 5 k v 主要由电缆线路构 成的送配电系统,单相接地故障电容电流较大时,可采用低电阻接地方式”。 1 9 9 7 年9 月在安徽合肥召开的高压学术年会上,对城市电网中性点接地 方式运嚣逡行了讨论,著达藏共谈:“嚣龟弼中淫点接逡方式羲选择是吴寄综 合性的技术问题,中性点不攘她、谐振接地和电隰接地各有优缺点,应檄据 电网的具体条件,通过技术经济比较确定”。 在国内,城市配电网采用低电阻接地的方式正不断增加。如北京拟将四 环路5 0 多瘊变电站采用配电鄹中性点低电阻接地,上海市配电网中性点接地 已有零缓受,瑷歪扩大葱甏。 ( 4 ) 关予漱雷器的选择问题 近年来,1 0 3 5 k v 电力网发展较快,在城网改造中地下电缆迅速增长, 系统电容电流数值相应增大,被往使消弧线圈补偿存在着一定困难。所以北 京( 1 0 k v ) 、土海( 1 0 3 5 k v ) 、天津 毫阏埘靠性高 e d n s ,= f ( x ,) ( 3 1 5 ) 其中:e d n s ,( k w 年) :t 阶段电力不足量 x 。7 决策度量 ,积 在薯。楚豢鞍震开,有 e d n s t = f ( x ,o ) + 掣b ( x t - - x t o ) 涵1 6 ) x 。选待选网架作为初始点,即有 e d n s t 一劂一荟等芋( 辑一p l i n t , i 娩i 警陬。电t ) r拓材,t h 。f i ( 3 1 7 ) 其中只:走廊i 上线路功率限制 b l :走廊i 上线路导纳 n o 阶段t ,走廊f 上待选线路数 x t ,:玲羧t 决策交燕 嬲:阶段t 待逸线路的走廊集合 c ) 约束条件 直流潮流模型 f 嚣毋2 f, ( 强8 ) l a o = 瞳,五】 “ 其中b :节点导纳阵 第三章城市区域电网规划模型及负荷预测 a :关联矩阵 0 :节点功角向量 陋j ,】:走廊功率限制与该走廊电抗之比的向量 3 1 5 一个统一的配电系统优化规划模型 ( 1 ) 概述 城市电网的基本形式是从一个3 5 k v 1 0 k v ( 1 1 0 k v 1 0 k v ,6 0 k v 1 0 k v ) 变电所送出若干回1 0 k v 线路,每回1 0 k v 出线可以有分支线和分支子线, 在分支线和分支子线上接有若干1 0 k v 0 4 k v 配电所,每个配电所又送出若 干回3 8 0 v 出线,每回3 8 0 v 出线也有支线,这些支线直线直接电能送至用户。 文献 4 综合考虑了配电网的规划、投资、网损等问题,提出了统一的优 化规划模型。 ( 2 ) 投资模型 城市输电配电系统投资由如下几部分组成:3 8 0 v 配电网投资,配电所投 资,1 0 k v 配电网投资,3 5 k v 1 0 k v 变电所出线间隔投资。 1 0 k v 线路的总投资: 耻撕吨厕孙”- z l 者一老拓i + ( j 4 一k 1 ) 4 z f l 一上1 m lt b b ( 3 - 1 9 ) 其中: a 为供电区域的面积( 下同) r 为供电半径,n 供, , f g n n n n n n r = 形 若供电区为正方形则r = 舭 彳为1 0 k v 主干线截面 爿为1 0 k v 分支线截面 4 。为1 0 k v 子分支线截面 n 是配电所变压器供电面积 ,。k 为常数 n 为1 0 k v 出线回数 第三章城市区域电网规划模型及负荷预测 。为分支系数,为1 ,2 或3 变电所出线间隔投资为: e ,= m ( 3 - 2 0 ) 箕中f 为每鋈1 0 k v 爨线矮骟费惩 二次配电嗣及配电所投资: 设每个二次怒电所供魄蕊积为群,出线数为,凝瑰掰位子供魂瑟积中 心,配电所投资为: 只,= e 2 + 9 2 s r + a n , ( 3 2 1 ) 式中:五海每令窭线溺瓣躲投凌费 龟,9 2 为常数 舄为配电惩容攘 面积为a 的区域含配电所个数2 形。, 口。个凇电鼹躲总投资为: 。碍珞= ( 8 2 十9 2 s r + n ,) ( 3 2 2 ) 经推导,= 次酝电线投资为: 凡= o 5 0 :4 。:+ 耳:) z a 。,4 ;“2 + c ,:4 。:。+ k 2 ) 刎。d ;1 7 2 z 二次酝电硝及配电所投资为魏鼹部分之和,鞠 f 2 z = f 七f l ( 3 ) 损耗模型 配电系统损耗由如下几鄱分组成:3 8 0 v 配电嘲损,配电所变厩嚣损耗, 1 0 k v 鬻邀溺攒耗。一次酝逛瓣功率羧耗包摇主予线、分支线秘予分支线攒 烹予线损糕: 。( 怒) 2 陟压矧卫1 等厅篓2 a s 熬中:d :为受蓠蜜度 第三章城市区域电网规划模型及负荷预测 c :为同时系数 c o s a :为功率因数 p :为电阻率 其余参数说明见上式。 分支线损耗: = f 堕l o c o s a k ) 堕nf l 篮n 一封蒜+ i n 压a s + 百n 2 a s ( 3 2 5 ) 子分支线功率损耗为: = i d 咖a c t 。,1 2 _ z 一去 _ 石p q 3 ” 涵z s , 二次配电线损耗和配电所变电器损耗: 二次配电线损耗为: 岛= z i l 。d 3 8 a 咖c , 。 2 而a 3 忑2 p ( 3 2 7 ) 整个供电区二次支线功率损耗: 匕:f 型曼1 2 坐旦 ( 3 - 2 8 ) 嘞一1 0 3 8 c o s a j 6 a z n ;a 一 变压器损耗: 铁损:z = a 。+ b s 7 铜损:z = c 1 + d s 7 其中口,6 ,c ,d 均为常数 将功率损耗转化电能损耗,由( 3 2 4 ) 一( 3 2 6 ) 式可换算出供电区一次 配电网年电能损耗: e 。= 1 0 。f e ( + + 昂) ( 3 - 2 9 ) 由( 3 - 2 7 ) ,( 3 2 8 ) 可知二次配电线年损耗 最。= 1 0 3 r e 嘛+ ) 配电变压器损耗年电能为 ( 3 3 0 ) 堡塑童垦堇皇望塑墅燕翟垄壅垄重型 昂= a ( 8 7 6 0 z + 正纠蔓( 3 3 1 ) 蕊孛:名隽交匿嚣霉g 惩系鼗 f 为最大负葡羧程时闽 e 为电价 ( 4 ) 约束条件 1 0 k v 、3 8 0 v 线路彀焉降 6 一次配电丽电压释终泰为: a u 2 ( 0 5 乜a 拇i 怒鲁旧飞厄) 望型乒 十卜恻田z d a c f 降一学1 誓c 6 二次配电网的电压降约束: a u=。口3,22 z d a c ,r 2 bc o s a + x 2 x l - c o s 2 a 4 挖,c o s a1 0 0 0 0 。3 8 2 “。 。型曼 4 2 知:n c o s 口 圣! 竺! ! 墨! ! ! 二塑f a 1 0 0 0 0 3 8 2 琏:衄 m + 1 若y 与各x i 之间的相关关系式( 3 3 5 ) 成立,则对各组数据。均有: y k 孔o _ m l x l k + + b m x 础+ ek( 3 - 3 6 ) 设为b i 为b ,的估计值,则可求得对应的回归值 y 女2b o + 6 1x - 一+ 6 。x 。t ( 3 3 7 ) y 。是对y k 的均值的估计,y ry 。称为残差。根据最小二乘法原理,对 回归系数的估计应使残差平方和取最小值。 q = ( 儿一y 。) 2 k = l 2 ( 虬一b o b l x 。一b mx m k ) 2( 3 3 8 ) k = l 为此将上式对6 求偏导,令其为零,可获一组关于各也的线性方程, 其整理后的形式如下: b o = y 一( b lx l + - + b ,x 。) ( 3 3 9 ) 第三章城市区域电网规划模型及负荷预测 j i s 2 m : 5 m m 苎 ( 3 - 4 0 ) 其中: s f = s = ( x * 一x 。) ( j 正一x j ) i , j = 1 ,m 嘞= ( n y ) ( 靠一一) i = l ,m i = 吉知 ;= 去孙 p 。, ( 3 - 4 0 ) 式称为正规方程组,用消去法或求逆法解此方程组求出 b l ,b :,b 。,后,再由( 3 - 3 9 ) 式求出b 。,可得全部回归系数。由下式 y = b o + 岛+ - + b ,j 。( 3 - 4 2 ) 可得y 的均值估计( 回归值) ( 3 ) 线性回归模型的统计检验 线性回归方程( 3 。4 2 ) 式是在假设电力负荷y 与各影响因素x 。之间存 在显著的线性统计关系的前提下建成的,而这一假设只是根据经验判断,是 否符合实际需要进行检验。回归分析中常用的检验方法有f 检验、r 检验与 t 检验。利用这几种方法可以进行检验。 ( 4 ) 线性回归模型的预测计算 线性回归模型通过检验后,可用于预测计算。若预测点( y o ,x l o ,x m o ) 仍满足线性相关关系 y o = b o + b l x l o + b m o 硼+ 6o 则对于给定的各x m 由回归方程( 3 - 4 2 ) 可求出y o 的预测值: y o = b o + b lx 1 0 + ,+ b ,x 。o ( 3 4 3 ) 、lllj ,l 矗岛 ,l 第三章城市区域电网规划模型及负荷预测 y 0 的1 0 0 ( 1 a ) 置信区间为 ( y o t 。,2 ( n m 一1 ) s o 其中 铲伊( 1 + 吉+ 蔷弘。“溉。吖抄一一2 c 。为正规方程组系数矩阵的逆矩阵元素 特别地,一元线性回归模型的预测区间为 ( 3 4 5 ) 式虬,2 ( ”- 2 ) ;) 1 + 去m 。一;) 2 ( 矿砷2 ( 3 - 4 6 ) “ 实际应用中为计算简便,近似地取y 0 的6 8 | 2 ,9 5 4 ,9 9 7 的预测区 间为( y o 仃) ,( y o 2 盯) ,( y o 3 仃) 3 2 3 负荷预测中的时间序列预测模型 时间序列模型是通过对预测对象自身的历史观测数据时间序列的分析处 理来研究其发展过程的基本特征与变化规律,并据此预测其未来行为的一类 预测方法。在电力负荷的发展过程中,其自身的一些基本规律常常会保持一 段时间,因此我们有理由认为电力负荷自身的历史演变规律将保持至预测期, 就可以用时间序列模型进行电力负荷的预测。 电力负荷时间序列的变动形式有趋势变动、季节变动、循环变动和随机 变动等。 ( 1 )电力负荷的趋势变动预测 趋势变动就是指电力负荷随时间变化表现出的持续上升、下降或停留在 某一水平面上的倾向。 用于中、长期负荷预测的方法是时间回归法。时间回归法就是利用确定 的时间函数来拟合负荷的时间序列值,并运用回归分析方法来建立预测模型。 故只要将一元回归模型中一元回归方程的自变量取为时间t 即可构成时间回 归模型。 ( 2 ) 电力负荷的随机变动预测 随机变动是电力负荷中的大量随机干扰因素产生的宏观上的影响。 对于中长期负荷预测,我们选用了自回归模型。这主要是由于自回归模 第三章城市区域电网规划模型及负荷预测 型有较突出的优点:建模方法简单,对时间序列的平稳性要求不严格,可近 拟描述m a 序列和a r m a 序列,可作向前任意l 步预测等等。 白回归模型用以表述平稳序列的自相关关系: y t - o t y t q + c p 2 y t 2 + + 中p y t _ p + t ( 3 - 4 7 ) 其中: y 1 ) 为零均值的平稳序列; 中( j = 1 2 ,p ) 为自回归系数; p 为自回归阶次; 5 。 为正态的噪声序列 定义一:若一个平稳序列满足( 3 - 4 7 ) 式, 简记为a r ( p ) 。 定义二:自相关函数:p k - 可k r ok = 0 ,1 , 则称此序列为p 阶自回归序列 其中:“为零均值的平稳序列 y t ) 的协方差函数 即 r k = e y ty t + k k = 0 1 定义三:偏相关函数o 。为下面方程的解: 1 p l p l 1 : _ p t 一1p 2 p t 一1 p i 一2 : 1 设序列 y t ) 的样本观测值为y l 五= 吉t p 女= r jr o 由下面递推公式求出: p l p 2 ,y n ,则r k ,p t 分别为: k = 0 1 k n 以l = p l k - i k i “ 丸= ( n 一“p k - j ) “1 一,p j ) j = lj = l 九= ) k - l , j - - 丸九“i 一, k = 2 ,3 j = l 2 k 一1 ( 3 - 4 8 ) ( 3 4 9 ) ( 3 5 0 ) ( 3 5 1 ) ( 3 5 2 ) 一一釜三兰篓塑圣燮照塑塑型堡黧墨堡董鎏鍪 此时育 啦z ,靠卜 州矗p 由( 3 5 3 ) 式确定a r 模型的阶次 下瑟遴孳亍参数 鑫诗,爰蠲参数靛矩l 鑫诗方法。 垂,的估计盘f3 - 5 2 ) 式可褥。鼯: 办= 勤 j t l ,。辔 惫力受蕊鹣英宅变动方式采蠲魏模型较为筵攀,这羹不孬谨述。 3 2 4 获篷理论负蓊预测法 ( 3 - 5 3 ) ( 3 - 5 4 ) ( 3 5 5 ) 灰色理论鼹我国邓聚龙先生八十年代提出来的。负葡预测中常使用g m ( 1 ,1 ) 摸羹。浚原始数据炎: 扣1 - ( 0 t = l ,2 ,n 令严参) t = l ,2 - n 其中y ( t ) - - 工( ) 枣一除黛畿装¥建立g m ( 1 ,1 ) 摸登 掣坶m 甜 浯5 6 ) 其中a ,u 为系数,可由下式获得 胁( q 7 q ) - 1 p 5 7 ) 0办 ,问 一 i | 。巾。 为 、f 借矩m 叫 2 o 第三章城市区域电网规划模型及负荷预测 其中尸 工( 2 ) 工( 3 ) : x g ) 一丢( 1 ) + y ( 2 ) ) 一吉) + y ( 3 ) ) !j 一三( n 一1 ) + y g ) ) l 解微分方程得生成y = b o ) t = l 2 ,n 的预测值 y t ) :f x ( 1 ) 一u e - 0 - 1 ) + 兰( 3 - 5 8 ) a o 经过累减还原得序列x = 扛( f ) ) t = l 2 ,n 的预测值 互( f ) = i x ( 1 ) 一詈。一8 。廿8 一“卜。 ( 3 5 9 ) 3 2 5 ,j 、结 电力负荷预测的准确性对城市电网规划有着很大的影响。但是精确的负 荷预测并不容易做到,原因有: 1 ) 未来有各种可能引起负荷变化,事先并不能确切掌握 2 ) 某些复杂因素不易定量分析判断其对负荷变化的影响。 3 ) 没有一种完善的理论适合所有的负荷预测场合。 4 ) 预测中的实际问题,需要预测人员自身的判断能力与经验 除了上文介绍讨论的几种方法外,负荷预测的方法还有模式识别法,模 糊预测法,人工神经学法等等。由于这些方法各有优缺点,很难说哪一种方 法优于其它方法,因此在实际应用中应加以分析比较。 3 3 滨海新区电力负荷预测 3 3 1负荷预测过程简介 电力负荷预测是城市电网规划的基础,其精度的高低直接影响着电网规 划质量的优劣。负荷预测工作要求具有很强的科学性,在占有大量的客观数 第三章城“市区域电网规划模型投负荷预测 据的蒸础上,采用适应发展规律的方法,预测未来负荷发展情况。在滨海新 区负荷预测工作中,采用从憋体到周部的方式,即酋先对负荷总量进行预测, 然嚣在枣放帮f j 德餐匏滨海裁区2 0 0 5 。2 0 1 0 霉爝圭| 羹麓矧方案嚣基确主,完戏 负荷分布预测,从而得至6 每个地段的预测负荷。 摄攥滚海灏嚣戆实嚣 盎援,霹滨海毅嚣夔主缝澍瓣壤凌逮 亍了攘术分孝厅: 将目前3 5 k v 及以上电压等缀的用户用地称为专用地,将除专用地阱外的用 地称为公用地。在预测计算时,将1 0 k v 用户负荷和高压户( 3 5 k v 及以上 级躅户) 受薅分溺热教楚骥,2 0 0 5 ,2 0 1 0 年1 0 k v 颈溅受费与褰悉户鞭测受 荷之和即为颈测总负荷。 在获躲每一遗块受蓊露,鄹可遽零亍电源点豹合理毒弱。在铡定2 0 0 5 。2 0 1 0 年电网舰划时,1 1 0 k v 主阿舰划以规划区负荷预测为依据;3 5 k v 电源点的 设置则练台考虑了规划区3 5 k v 用户负荷预测结果及1 0 k v 负荷预测结果; 1 0 k v 怒隧痰划以1 0 k v 负耱分布 鬟测为莰据。扶毽蘩溥嚣季,在未浓十年 内,现露的高压用户还会继续采用高压方式供泡。在无法确认未来哪蹙用户 将由3 5 k v 及以上方式供电酌情况f ,按1 0 k v 供寇方式考虑,这嵇恐路怒 合理静,理由如下: ( i ) 该预测方法已在最大程度上考虑了未来1 0 k v 负荷,为目标年1 0 k v 配霹照划提供了一个极限壤。 f 2 ) 在分衢域块负荷的鏊础上,遴过犹纯霹布黉些3 5 k v 电源点,謦麓 暂且认为鄙是公耀站,荠为墓规划1 0 k v 出线。擞柴菜规划3 5 k v 媳源点供 电区域安际采用嵩压方式袋魄,员l 把援翔公瑶辩改为专用鼙即可。 ( 3 ) 随着电网规划的滚动修改,1 0 k v 负荷预测会目臻精确。负荷预测瀚 要进行大餐数据的收集工像,尤以受薄分布预测满要微嬲基础工佧最多。佟 为整个掇划工髂沟基穑,对受蘅镶测投,久一定靛入力秘力是卡分必骚豹。佟 为区缀城市电网,1 0 k v 配网占有举足轻重的越位,配网切改的频攀嫩高, 如采没肖个胃实施萑的蕊麓骰撰浮,势登会漱魏线鼹镯改静陵意穗,不鞫 必免地会出现不合理切改观魏,造成资源的浪赞。基于上述考虑,结合滨海 新区的实际情况,我们采取负荷分淡的办法对1 0 k v 负荷进行了总撼预测, 尔屠叉完成了1 0 k v 受萄秘分蠢颈溺。 3 ,3 f 2 念隧用泡量及负萄预测 滨海新区怒天津市石油化工、海洋化工、造船等行救鲍主要生产基士彀, 第三章城市区域电网规划模型及负荷预测 天津经济技术开发区、天津港保税区及天津港发展势头强劲,上述行业及地 区的负荷增长较快,所占比重也较大。自从天津市政府提出“用十年时间基 本建成滨海新区”的奋斗目标以来,滨海新区的国民经济持续快速发展,外 向型经济不断壮大,总用电量和总负荷呈逐年上升趋势,近几年用电量平均 增长速度为7 。至2 0 0 0 年滨海新区年用电量已达4 7 8 5 亿度,最大负荷达 7 3 万k w 。 表3 1滨海新区各地区总的用电量情况单位:g w h 时间1 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 0 大港地区9 7 1 51 0 1 2 81 3 0 4 71 3 2 1 61 5 1 4 91 5 9 4 7 汉沽地区9 8 5 7 51 0 9 7 5 81 1 4 4 0 19 7 5 1 81 0 0 2 2 79 6 0 塘沽地区 1 4 4 81 5 4 11 7 0 71 8 1 22 0 0 52 2 3 0 滨海新总电量 3 4 0 5 - 2 53 6 5 1 3 84 1 5 5 7 14 1 0 7 7 84 5 2 2 1 74 7 8 4 7 资科来豫:滨海供电公司内部资料 表3 2滨海新区各地区最大负荷情况单位: m w 时间 1 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 0 大港负荷 2 1 72 2 7 62 4 2 22 5 02 5 6 22 5 6 7 汉沽负荷 1 9 92 0 01 6 41 6 11 5 21 8 2 塘沽负荷 2 8 23 1 23 4 2 63 6 04 0 04 3 0 总负荷 7 3 0 资料来源:滨海供电公司内部资料 3 3 _ 3时间序列法预测总用电量及负荷 “九五”期间,滨海新区年用电量增长率为7 。2 0 0 5 2 0 1 0 年期间,滨 海新区的发展面临着比较有利的国内外经济环境,并以此为契机将滨海新区 建成国际港口大都市的标志性区域。根据“统一规划,分区、分步实旌”的 原则,按照体现聚集效益、规模经济和布局合理的要求,加快建设五个各具 特色、功能互补、以二、三产业为主的功能区,预计2 0 0 5 2 0 1 0 年期间用电 量及负荷增长率将会高于“九五”。使用时间序列法进行预测,到2 0 0 5 年, 滨海新区用电量平均增长率为8 一8 5 ,2 0 0 5 - - 2 0 1 0 年按照8 考虑;到2 0 0 5 年,负荷平均增长率按1 0 一1 0 5 考虑,2 0 0 5 - - 2 0 1 0 年按照8 5 一9 考虑, 经计算得出如下预测结果: 第三章城市区域电网规划模型及负荷预测 表3 - 3滨海新区总用电量、负荷方案一单位:m w 、g w h 1 年度 2 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 1 0 l 用电量 5 1 6 65 5 8 l6 0 2 76 5 1 07 0 3 01 0 3 3 0 l 负荷 7 7 08 2 09 9 61 0 8 11 1 7 31 7 6 4 表3 - 4滨海新区总用电量、负荷方案二单位:m w 、g w h 年度2 0 0 12 0 0 22 0 0 3 2 0 0 42 0 0 52 0 1 0 用电量 5 1 6 65 6 3 36 1 1 16 6 3 17 1 9 51 0 8 1 9 负荷 7 7 08 2 01 0 1 01 1 0 11 2 0 01 8 4 7 时间序列预测曲线如图所示。 圈彩一总1 电9 9 壁5 倒茹黠2 0 0 s 2 叭。 静睁 圈彤一总负萄顶测由缝 图3 - 1时间序列模型预测曲线 3 3 4 弹性系数法预测规划区总用电量 为了提高预测结果的可信性,在采用时间序列预测方法的同时,也采用 弹性系数方法对负荷进行了预测。“九五”期间滨海新区g d p 递增率为 1 4 5 ,滨海新区用电量的年平均递增率为7 ,对应电力弹性系数是o 4 8 。 滨海新区是天津最大的经济增长点和未来的希望,2 0 0 5 2 0 1 0 年是滨海新区 非常重要的发展期,良好的内外部经济环境给滨海新区的经济发展带来挑战 的同时,也更带来了机遇。2 0 0 5 2 0 1 0 年滨海新区g d p 平均递增率将达到1 6 左右,随着产业结构的调整,电力弹性系数也将会有所提高。综合考虑滨海 新区情及负荷构成情况,弹性系数以o 5 0 _ _ o 5 3 考虑,用电量预测结果如下: 第三章城市区域电网规划模型及负荷预测 表3 5弹性系数法用电量预测结果单位:g w h 2 0 0 02 0 0 52 0 1 0 方案一 4 7 8 4 77 0 3 01 0 3 3 0 方案二 4 7 8 4 77 1 8 81 0 8 0 8 3 3 5 分区负荷预测 根据滨海新区的地域特点,各地区的用电负荷性质及经济发展趋势,将 滨海新区划分成a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 、h 、i 、g 、k 、l 、m 、n 、o 、p 、 q 、r 等十八个负荷分区。 1 ) a 区主要包括杨家泊镇及汉沽农场,9 9 年最大负荷为1 3 m w ,“九 五”期间负荷增长率为1 1 2 ,预计“十五”期间将保持同一发展速度,2 0 0 5 年负荷为2 4 5 8 m w ,预计2 0 0 5 2 0 1 0 年负荷增长为8 左右,到2 0 1 0 年达到 5 3 0 7 m w 。汉沽农场目前负荷为2 3 m w ,根据汉沽农场负荷发展情况,预计 2 0 0 5 年达到3 2 6 3 m w ,2 0 1 0 年达到4 3 1 4 m w 。综上所述,a 区负荷目前为 3 6 m w ,2 0 0 5 年负荷为5 7 2 l 兆瓦,2 0 1 0 年负荷达到9 6 2 1 兆瓦。 2 ) b 区该区主要包括汉沽区大田镇和汉沽农场一分场。大田镇负荷为农 业负荷及乡镇企业用电,目前九九年负荷为6 5 m w ,由于此地区乡镇企业发 展较快,加之居民小区的初步形成,负荷发展较快,“十五”期间预计负荷增 长可达到1 5 ,2 0 0 5 年负荷达到1 5 0 3 m w 。以后负荷增长预计在7 左右, 2 0 1 0 年负荷将达到2 9 5 8 m w 。汉沽农场一分场目前负荷为3 1 m w ,“九五” 期间负荷增长率为1 3 8 ,“十五”期间负荷将保持此发展趋势,预计2 0 0 5 年负荷6 ,7 3 m w ,“十五”以后预计负荷增长在7 左右,预计2 0 1 0 年负荷可 达到1 3 2 5 m w 。据此预测b 区2 0 0 5 年负荷为2 1 7 7 兆瓦,2 0 1 0 年负荷可达 4 2 8 2 兆瓦。 3 ) c 区主要包括汉沽区茶淀乡和后沽乡。茶淀乡主要用电性质为农业 用电,该地区大力发展葡萄种植业及占地少、污染轻、高技术、高质量、高 效益、高创汇的“四高”型行业为主的加工工业。九九年负荷为6 1 m w ,预 计“十五”期间增长率可达2 0 ,预计2 0 0 5 年、2 0 1 0 年负荷将达到1 8 2 1 m w 、 3 8 4 4 m w 。后沽乡目前负荷为4 9 m w ,主要为农业负荷,还有少许乡镇企业, 预测2 0 0 5 年、2 0 1 0 年负荷约为1 4 6 3 m w ,负荷约为4 0 6 3 m w 。据此预测c 区2 0 0 5 年、2 0 1 0 年负荷将达3 2 8 4 m w 、7 9 7 9 m w 。 第三章城市区域电网规划模型及负荷预测 4 ) d 区主要包括汉沽区营城乡、蔡家堡乡和双桥乡。营城乡9 9 年最大 负荷8 ,5 5 m w ,该区今后主要发展海洋化工、石油化工及精细化工相结合的 化学工业,开发区化学工业区即位于该区。预计2 0 0 5 年、2 0 1 0 年负荷达到 1 16 m w 、2 0 2 m w 。 双桥乡目前负荷约为2 6 m w ,主要为农业负荷,负荷较小,预计到2 0 0 5 年、2 0 1 0 年负荷将达35 m w 、1 0 2 m w 。 蔡家堡乡目前负荷为3 2 m w ,主要为农业负荷。该区规划中有一个港 口,同时建设一批港口的辅助设施。为此此地区负荷将有大幅度增长,预计 到2 0 0 5 年、2 0 1 0 年负荷达到5 9 6 m w 、1 5 8 m w 。 综上所述d 区2 0 0 5 年负荷将达到2 1 0 6 m w ,2 0 1 0 年负荷达到4 6 2 m w 。 5 ) e 区为汉沽城区。其中河东地区主要用电性质以商业、居民为主,该 地区是汉沽区繁华地带,集中大量的商业及餐饮业,随着经济的发展,这一 部分负荷发展较快,目前负荷约为1 7 m w ,预计2 0 0 5 年负荷将达到3 0 1 m w 。 河西地区主要为居民居住区,同时还有部分商业及小加工工业。目前负荷约 为1 1 m w ,预计2 0 0 5 年负荷将达到1 8 1 m w 。据此预计该区2 0 0 5 年、2 0 1 0 年将达到4 8 2 m w 、7 5 3 m w 。 6 ) f 区主要包括新港、三槐路及北塘地区( 不含开发区、保税区、港务局 北疆) ,该区港口、外贸、商业比较发达,天碱、新港船厂等大企业位于该区。 该区近几年负荷增长较快,未来几年内,与港口有关的产业及高新技术产业 将有一定的发展,北塘地区旅游业也将逐年发展壮大,因此f 区负荷还会以较 快的速度增长,至2 0 0 5 年、2 0 1 0 年该区负荷分别将达8 2 m w 、1 4 5 m w 。 7 ) g 区主要包括塘沽区中心、抗震路、开发小区及胡家园,该区工业、 商贸、综合性行业、比较发达,负荷增长最快。该区居民区比较稠密,随着 社会的发展,居民负荷所占比重越来越大,新河船厂、北海粮油等大用户位于 该区,即将建设的轻轨铁路华北陶瓷变电站也位于该区;海洋高新技术产业 园区位于g 区北部,主要发展与海洋有关的高新技术产业,最近又有波音公 司等一批较大型企业落户该区,该区政策优惠、基础条件较好,已成为一个新 的经济增长点。g 区是塘沽区中心地区,负荷增长潜力还是比较大的。至2 0 0 5 年、2 0 1 0 年该区负荷分别将达1 1 9 m w 、2 0 3 m w 。 8 ) h 区主要包括塘沽中心庄、中心桥、杨北及宁车沽等地区,该区以 农业为主,近年来乡镇工业逐渐发展起来,该区是农村负荷增长最快的地区。 簿三章城泰区域电弼栽划搂鹜及受萤预溅 今厩几年该区还将以发展农业为主,仓储、乡镇企业及工业也将有所发展, 獒港篷区还将逐步秀发一些旅游顼霾。至2 0 0 5 年、2 0 l o 年该嚣负麓分爱将 达3 8 m w 、7 7 m w 。 9 ) | 嚣主要包捂东港、瑟滚、瑟羲,酃善洁及大,l 、粱予等缝疆,该区主 霾以石油、化工及农渡为主,大化、乐金及渤海石油等大用户都集中在该区。 海防路的建成,加强了海河南北的联系,媳为该区的发展带来了契机,今后 该区豹主蘩发震方楚逐是善濑、化工及农液,蹙与精绍讫工套关静乡镶企 业也会蓬勃发展。至2 0 0 5 年、2 0 1 0 年该赋负荷分别将达1 3 7 m w 、2 4 2
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