（电力系统及其自动化专业论文）农村电网输变电规模预测研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它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。 研名：确 ，、 时间：b年“月仍 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生躲卅 新躲印物、涉 、 时问：b 年j f 时阃：z 么哼6 年 | 胃崦龟 ， 第一章绪论 1 1 农网规模预测研究的目的及意义 电力工业是国民经济的基础产业。我国十分重视电力工业的发展，建国初就确立了电力工业 的先行地位。随着我国社会经济的迅速发展，电力的需求也日益增加。近年来，全国电力供需总 量上有所缓和，但电力供需矛盾并未根本缓解，不少电网电力供需矛盾由缺电量转为主要缺电力 电力供需矛盾突出反映在高峰电力的平衡上，同时电网缺乏足够的备用容量，各电网普遍缺电已 转变为地区间不平衡缺电等新的特点。随着国家工业化、现代化以及人民生活水平和质量的不断 提高，用电潜力还是很大的。保持电力工业和经济、社会的协调与可持续发展，对我国在2 1 世 纪的发展具有举足轻重的作用。 电力建设必须超前于国民经济其它部门的建设速度，因此必须有一个比较长远的发展规划 电力系统规划作为电力工业发展的龙头，既关系到电力系统的正常运行，又关系到电力产业的可 持续发展。整体电力系统规划制定过程中，不仅要考虑能源资源、社会发展趋势等不确定因素， 时刻不忘其满足电力长期需求的供电责任，而且要很好进行电力设备与投资决策。电力系统规划 优劣对电力事业经营影响深远，因而电力系统规划要进行全方位分析评价。电力系统规划要了解 各个方面的特点，分析因素影响程度，从而做出综合判断，以求最佳规划方案电力系统规划还 要考虑有关法律法规，规章制度、环境保护等因素。 我国是一个农业大国，8 0 的人口居住在农村，农村面积广阔、人口众多，农业是国民经济 的基础，农业、农村、和农民问题是一个具有全局性、战略性的基本问题。 c ，则拒绝风，说明变量之间的线性关系是显著的； 若f 疋，则接受原假设鼠，说明变量之间的线性关系不显著 ( 2 ) 回归系数的检验f 检验 回归系数的显著性检验就是要检验自变量对因变量的影响程度是否显著的问题。若总体回归 系数，则总体回归线就是一条水平线，说明两个变量之间没有线性关系，即自变量的变化对因变 量无影响。进行回归系数显著性检验的具体步骤如下： 1 ) 建立原假设假设样本从一个设有线性关系的总体中选出，即风：= 0 ；q ：0 2 ) 计算检验统计量t 值：，= 6 s 。 其中，& 是回归系数6 的标准差，可由下式计算得出： s b = 蜃琵耳哥 ( 3 - 1 3 ) f 统计量服从自由度为，一2 的f 分布，即f r 0 2 ) 。 3 ) 确定显著性水平口( 一般口取0 0 5 ) ，并根据自由度疗一2 查f 分布表，得到相应的临界值f 1 4 ) 得出检验结果： l 若h ，拒绝凰，回归系数为零的可能性小于5 ，表明白变量工对因变量j ，的影响是显著的 若m f l ，则接受峨，表明x 对y 的线性影响是不显著的，两者之闫不存在线性关系 3 3 灰色模型应用于规模预测 1 2 1 哪 由于影响输变电规模量发展的因素众多。关系复杂，难以被一一分析清楚，因此其具有灰色 特征；随着经济的发展，输变电规模量是一个非负递增数列，符合灰色预测模型的基本条件；而 且，灰色预测具有要求原始数据少、原理简单、不考虑分布规律、运算方便、可检验等优点。 3 3 1 灰色g m ( 1 1 ) 模型 设预测对象有n 个历史数据x ；“，i - - - 1 ，2 ，月，对此数列进行一阶累加生成新的数据序列为 f 1 = # ，f = 1 , 2 ，疗 t - t 并幂j 用此新缪副生成紧邻均值生成序列z 1 ( ) 为 z a ( 七) = 0 5 x ( 1 ( 后) + o 5 x ”( k - 1 ) ，| i - - 2 ，3 ，一，厅 建立灰色g m o ，1 ) 模型的一级白化微分方程为 查塑+ 甜m ( r ) ：6 d t 式中口，b 为参数项。 灰色g m ( i ，1 ) 模型参数列j 4 = k ，6 】r 的最小二乘估计为 4 = a ，b y = ( b 7 曰) + 1b 7 r 其中， b = 争习 ( 3 - 1 4 ) 将计算所求的参数4 ，6 代入式( 1 ) ，并求解微分方程，取x ”( o ) = x o ( o ) ，可得到灰色g m ( 1 ，1 ) 预测模型为 ll i 1 ( 七+ 1 ) = ( 石( ( 1 ) 一旦) 口一融+ 兰，( _ | = o ，1 ，) ( 3 1 5 ) “ 对此再做一阶累减还原计算，得到原始序列x 的灰色g m ( 1 ，1 ) 预测模型为 主( j i + 1 ) - - p ( _ j + 1 ) - p ( 七) = ( p 一一1 ) ( x ( 1 ) 一兰) e 。( ( ；1 ，2 ，) ( 3 - 1 6 ) 3 3 2 灰色加权滑动平均 这种方法是首先对所给历史数据进行平滑处理之后再进行预测计算原始数据是一串离散的 随时间变化而又相互关联的数字序歹8 ，对原始数据序列进行平滑处理的目的主要是减弱异常值的 影响，强化原始数列的大致趋势。既要对数字序列进行平滑处理也要突出反映当年的状态因 此本文采用如下的公式进行计算；既增加了当年数据的权重r 也避免了数值过度波动 x 婴鲨丝 。4 4 ( 3 1 7 ) q i ) l j u ；0 z z z 一 一 一 p。l 3 3 3 灰色等维新息 在实际的应用中，必须不断地考虑那些随着时间推移相继进入系统的扰动因素，随时地将每 一个新缛到的数据置入预测序列中，建立新息模型。所谓等维新息递推模型，即用己知序列，建 立g m ( 1 。1 ) 模型，预测一个值，将其补充在已知序列之后，同时去掉最老的一个数据，保持 数列等维，这样新陈代谢，逐个预测，依次递补，赢到完成预测目标为止这样，在整个预测过 程中t 模型参数是不断变化的这一改进，既克服了简单灰色预测法数学模型固定不变的弊端， 又利用了灰色预测法短期预测精度高的优点，使其更适合于中长期预测的需求。 3 3 4m g m ( 1 。2 ) 模型 译任l 世( 七) 为两个相互影响的灰时间序列，1 l 霹 ) 为相应的一次累加生成序列， ” ) = 】 。任) ，霹伍) = ”( k l k - - 1 ，2 ，历 掣= a l l x l ( 1 ) + a 1 2 x 2 ( z ) + 6 l 葺 岛 ( 3 - 1 8 ) 掣确 a 2 2 x 2 。) + 6 2 “。 言2 岛l 玉+ ”- 岛 彳d o ) = 似。( t ) ，拶( 女) ) r ， z o ) = 1 ( ) ，1 ( 女) 厂 彳= 匕三：2 l 如l 啦2 j 1 5 婴：崩( 1 ) + 丑( 3 - 1 9 ) 一= 十n 上式的连续时间响应为： x ( ，) i , ip “x 1 ( 0 ) + a 一。0 4 一i ) b ( 3 - 2 0 ) 其中e m = ，+ 爿r + a 2 2 1 t 2 智= a k 为了辨识参数a 和b ，将式( 3 - 2 0 ) 离散化得到 。o ) = 壹要舒僻) + 1 一1 ) + 6 f l f = l ，2 ；七= 2 3 ，肌( 3 - 2 1 ) 记 q = ( a i l ，a t 2 ，匆) 1 ，i = 1 , 2 则由最小二乘法得到q 的辨识值叠 其中 童= 誊 = c r 工，1 上z ，z = - ，z 三= 则得爿和b 的辨识值j 和雪 喜( 母( 2 ) + 妒臼西 z 昙( 一+ 母2 静 z 昙( 柳) + 好锄一1 d 昙( 毋( 2 ) + 毋f 1 z 昙( 毋+ 毋( 2 z 丢( 毋) + 毋一1 d 1 r = ( 0 0 ( 2 ) ，p ( 3 ) ，一o ( ，2 ) ) 7 量= 匮：意 ，雪= 乏 一 m g m ( 1 力模型的计算值为 力o ) = 口耻+ 1 k ( 1 ( 1 ) + j 一0 o 一1 ) 一d 雪，k = l ，2 ， j ( o ( 1 ) = x ( o 0 ) j ( 0 ) = 启o g ) 一j 1 g 一1 l = 2 ，3 ， 6 3 3 5 灰色预测模型的检验 1 定义一 设原始序列为 相应的模型模拟序列为 残差序列 相对误差序列 | = | f ( o ) = g ( o ( 1 l 工( 2 l ，z ( 。g ) ) j ( o ) = g ( o ( 1 l 量( 。( 2 l ，量。o ) ) 占( o ) = g ( 1 l ( 2 l ，占0 ) ) = ( x ( o ) ( 1 ) 一量( o ) ( 1 ) ，x ( 0 ) ( 2 ) 一i ( 0 ) ( 2 ) ，x ( 0 ) ( h ) 一曼( 0 ) ( ，1 ) ) a = ( 懈 隅卜，隅并 射渤舢。= 劁为腻模拟婀髓称五= 昙豁为平均模拟槲髓 ( 2 ) 称l 一为平均相对精度，l 一t 为七点模拟精度，_ i = 1 , 2 ，n5 ( 3 ) 给定j i 。当 岛，则称模型为关联度合格模型。 其中绝对关联度的定义： 对于原始数据序列 x ( 0 ) = b 佃( 1 ) 石( o ( 2 1 ) o - 9 工( o 0 ) ) 记折线 x o ( 1 ) 一o ) ，工( 0 ( 2 ) - - x o ( 】x ，x ( 0 1 0 ) 一( 1 ) ) 为z ( o ) 一( 1 ) 令 则 ( 1 ) 当( o ) 为增长序列时， ( 2 ) 当z ( o ) 为衰减序列时， ( 3 ) 当x ( o ) 为振荡序列时， 同理模拟序列 岛= r ( x 一x 。( 1 ) ) 馥 s o 0 ； s o 0 ： 符号不定。 ；= ，( 州一o ) ) a t 1 7 则原始序列与模拟序列的灰色绝对关联度 暑= 焉蛛 。一：。， 3 定义三： 设为x ( o 原始序列，岩( o ) 为相应的模拟序列，为残差序列，则 i = 三r 窆k 。l ) ，砰= 昙薹g 扣g ) 一i j 2 分别为( 0 ) 的均值、方差： 手= 寺砉占 ) ，碍= 丢砉0 ) 一手) 2 分别为残差的均值、方差 ( 1 ) c = 最墨称为均方差比值，对于给定的c o 0 ，当c p o 时，称模型 为小误差概率合格模型。 上述三个定义给出了检验模型的三种方法。这三种方法都是通过对残差的考察来判断模型的 精度的，其中平均相对误差和模拟误差都要求越小越好，关联度占要求越大越好，均方差比值 c 越小越好( 因为c 小说明s 小，s 大，即残差方差小。原始数据方差大，说明残差比较集中， 摆动幅度小，原始数据比较分散，摆动幅度大，所以模拟效果好要求岛与s 相比尽可能小。) 。 以及小误差概率p 越大越好给定口，氏，c 0 ，p o 的一组取值，就确定了检验模型模拟精度的一个 等级。常用的精度等级见表3 1 ，可供检验模型参考。 表3 - 1 灰色预测精度检验等级参照表 、揖标临界值 相对误差关联度 均方差比值小误差概率 口 毛2 c osa 精度等级 一级0 0 10 9 00 3 5o 9 5 二缓 0 0 50 8 00 50 8 0 三级 o ，1 0o 7 0o 锚o 7 0 四级o 2 00 6 0o 8 00 6 0 3 4 本章小结 本章首先对在预测研究领域常用的方法进行了综述，主要包括传统的回归预测法，时间序列 法以及现代预测理论中灰色预测、模糊预测以及人工神经网络预测等方法的介绍，然后具体分析 了本文在地区农网输变电规模各变量预测中采用的回归模型、灰色模型的建立、模型检验及分析 的方法和步骤。 3 第四章基于负荷增长的规模预测 在电力系统规划过程中，常以负荷( 用电量) 的预测结果作为进一步规划的基础条件同样， 电网中的变电设备、输电设备发展建设都要以负荷增长为基础。本章内容从负荷发展的角度，结 合电网结构中的电压等级、容载比、供电半径、线路型号及损耗系数等方面来预测研究农网输变 电规模各变量的值。 4 1 年用电量的预测 4 1 1 年用电量预测常用方法介绍“5 1 6 】 在用电量预测时，除第三章所述各种典型预测方法可以选择之外，根据电力系统的特点及预 测工作者的经验总结，通常也可以采用下面几种方法： 1 _ 电力弹性系数法 电力弹性系数等于用电量年增长率与国内生产总值( 或社会总产值) 年增长率的比值通过 预测未来年份的弹性系数和国民生产总值的增长率可得到电力需求的增长率。电力弹性系数与科 技进步和经济结构及产品结构的调整有关。科技进步等因素可以使单位产值的电耗不增加甚至减 少，即电力弹性系数会小于1 。这种方法的优点是计算简单，缺点是预测的结果可信度不高。因 此，进行电力系统规划不能单独只用电力弹性系数来预测电量。 2 单耗法 对各类工业的用电量采用单位产品( 或按产值) 的耗电定额( 简称单耗) 进行预测，计算公 式是 用电量；产品产量产品的单位耗电量 有时考虑用国民生产总值或工业总产值结合其电量单耗计算出用电量，这就是产值单耗法。 3 负荷密度法 根据规划区内工业、商业、住宅、旅游等当前的负荷密度，考虑规划中各区预期的经济发展， 人口增长，居民收入水平的提高等因素，再与类似的地区对比，推算出各区的负荷密度预计值， 并乘以各区面积及最大负荷利用小时数，就可得出用电量的预测值。负荷密度法比较直观，适用 于预测大董分散的用电负荷，对少数集中用电的大容量负荷，需另单独考虑。此方法需要类似的 电网作为参照，还要考虑各种不确定性因素，预测结果只能是比较粗略的估计，受预测人员主观 判断的影响较大。 4 1 ，2 用电量按供电模式的分类 一般用作研究的历史数据都由电力管理部门提供而其中用电量都是该地区个总量，为了 能确定更合理的输变电规模，本文提出将用电量的计算分析分为以下几部分：a ：表示l l o k v l o k v 1 9 出口的用电量b ：表示l l o k v 3 5 k v 出口的用电量c ：表示l l o k v 3 5 k v l o k y 出c l 的用电量。各量 之问的关系见图4 - 1 所示。 固回回 围4 - 1 电量分类简化示意围 特别指出，预测时，应将大用户和一般负荷分开预测，一般负荷作为均匀分布负荷，大用户 作为集中负荷处理。负荷大用户具有用电量大，供电电压等级高，有自备输变电设备等特点。对 电网总负荷的增长及输变电设备的增容扩建有很大影响作用。 4 2 最大负荷的计算 1 年最大负荷利用小时法 年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间z 慨，它是一个假想时间，在此时间内， 电力负荷按年最大负荷0 。持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能 呒。 0 。= 呒，瓦。( 4 1 ) 7 嘴的大小反映了输变电设备利用率的大小和用户负荷平稳的程度，是反映电力负荷特征的一个 重要参数。最大负荷利用小时数与规划区的产业结构、等因素相关，因此比较适合于近期负荷预 测。其数值可查阅相关参考资料或到相同类型的用户去调查统计。 2 。分类最大负荷利用小时数法 如果已知各类( 通常以行业性质进行分类) 用电量彬，选择相应的最大负荷利用小时数置。， 通过下式计算出各类负荷的最大负荷功率只。，即： # 一= 彬霉。，f = l ，2 ，坍 ( 4 2 ) 选择适当的同时率墨t 可通过下面公式可以求得规划区总的功率。即 = 墨只。 ( 4 3 ) ，i i 式中肼为分类个数。 按各类负荷统计最大负荷利用小时数比较准确，此方法应用也比较广泛，适用于规划区按行业分 类用电量已知的情况。 3 综合需用系数法 综合需用系数指一定范围综合最大负荷与用电设备安装总容量的比值。 2 0 = 髟p 一= k ( 以，) ( 4 - 4 ) ，l l m 为分类个数； 五为各类负荷的同时率： 足。为各类负荷设备的需用系数； 只为分类负荷设备的额定容量。 适用于规划区所有用电设备额定容量总和已知的情况。 4 负荷密度法 一般地区的供电面积不会发生变化，根据规划区历年负荷密度值及地区发展规划。推算出目 标年的负荷密度值。通过下面公式计算出最大负荷 乞= s a ( 4 - 5 ) s 为规划区供电面积； 仃为规划区负荷密度。 4 3 供电半径的取值 如果已有总电量( 总负荷) 的结果，据上文所述要获得合理的输变电规模量，必须将负荷总 量按供电电压模式的不同进行分类，为此引入理想供电区域的概念，假定负荷面均匀分布，以供 电半径为标准计算所供面积，即可得两类负荷的相应比例。 1 实际调研统计分析 对规划区现有相应每个电压等级的线路情况进行统计，按主干线长度进行分类汇总，加权平 均得到相应电压等级线路的实际主干线的长度平均值作为该地区的供电半径进行计算。近几年的 线路情况进行统计，以趋势分析或曲线拟合推测出规划年的供电半径预测值。此方法适合于存在 大量历史资料及数据的情况。应用起来有一定的局限性。 2 进择推荐半径直接计算 根据针对农网已有的国家标准或专家推荐值口”，对应当地已知或预测计算出的负荷密度值 选择相应的半径值进行计算。此方法直接取推荐值进行计算，结果可能出现较大偏差，应对结果 进行分析比较 表4 1l o k v 中压配电网供电半径推荐值列表 3 建立经济优化模型计算供电半径值 为了计算1 1 0 i o k v 供电负荷与1 1 0 3 5 1 0 k v 供电负荷的比例，本文的思路是以一个理想的 2 i 中国农业大学硕士学位论文第四章基于负荷增长的规模预铡 l l o k v 变电站供电区域为对象，建立经济模型，然后在规定范围内优化最小值函数来确定3 5 k v 电网供电半径r 及、l l o l o k v 模式下l o k v 电网供电半径、3 5 l o k v 模式下1 0 k v 电网供电半 径吃： 常用的经济模型有下列几种l t a ： ( 1 ) 一次投资。它是项目前期工作开始到工程建成投产后的建设及购置设备所付出的全部资金， 又威固定资产投资。主要包括土地征用、建筑物拆迁、环境保护、设备、设施和施工费用等包 含了上述各种费用的网络一次投资又称综合造价。 ( 2 ) 年运行费。它是指电网在运行一年中所发生的费用，包括维修费、折旧费、电能损耗费等 其中，前两项常以投资的百分数h 表示，后一项常用电能损耗乘以相应电价求得。 ( 3 ) 年费用。它是考虑了资金的时间效益之j 吾，将投资和年运行费归算成电网使用寿命期内的 贴现等年值。 本文在预测研究农村电网输变电规模量时，选用一次投资为目标函数建立经济模型f 2 9 i ”】， 具体的建立过程如下： 以一个l l o k v 变电站供电系统为基础建立一次投资模型： 1 ) 理想供电区域为圆形( 如图4 2 所示) ： 图4 - 21l o k v 站圆形供电区域示意图 2 ) 3 5 k v 电网供电半径为r ； 3 ) 1 1 0 1 0 k v 模式下l o k v 电网供电半径 、3 5 l o k v 模式下l o k v 电网供电半径吃 变电投资： 乙= 乙o + 乙 + 乙1 0 ( 4 - 6 ) z r 表示总的变电部分投资： z l o = 4 l o + 旦l o c l l 0 z 粥= 1 3 5 n 3 s + 马5 c 3 s z 7 。= 乩g 。 中国农业大学硕士学位论文第四章基于负荷增长的规模预测 z 1 0 、z ； 、z ；l o 分别为对应各个电压等级变电部分投资： 4 。、属，分别为对应各个电压等级变电站固定投资系数： 骂。o ，马，、蜀。分别为对应各个电压等级变电站可变投资系数； c lj o 、c 3 5 、c l o 分别为对应各个电压等级的总变电容量3 1 ”3 3 ”圳； c i l o = 墨l o ( 最o ( 1 + o ) + 是仃( 1 + o ) ( 1 + 五5 ) ) g 5 = 马5 是o - ( 1 + o ) c l 。= 置。( 墨+ 曼弦 为理想情况下3 5 k v 变电站的个数； = s 2 1 # r 2 2 是以一个3 5 k v 变电站供电面积为万吃2 的计算平均值 墨为1 l o k v 变电站供l o k v 负荷区域面积； & 为所有3 5 k v 变电站供l o k v 负荷区域面积； 盯为负荷密度，近似为负荷面均匀分布； 冯j 、 o 分别对应为3 5 k v 和l o k v 电网的功率损耗系数： r l o 、马5 、墨。分别对应为各个电压等级变电站的平均容载比( 置i o 、墨5 取1 8 2 5 ，蜀。取 1 5 2 0 ) 。 线路投资： z = z l 3 5 + z 。1 0 z ：弱= 1 3 5 月( c 3 5 + 3 3 5 岛5 ) z ：l o - - t , o j ( c l o + d l o 墨o ) + 毛o 2 乇( c 0 + d l o o ) z ，表示总的线路部分投资； z i 3 5 、z ：l o 为对应电压等级线路部分投资； g ；，g 。为对应电压等级线路固定投资系数： d 。、d l 。为对应电压等级线路可变投资系数 厶。为3 5 k v 线路的回数； k 为1 1 0 l o k v 模式下l o k v 线路的回数； 。，为3 5 l o k v 模式下l o k v 线路的回数； 驴舞拦豢 ( 4 7 ) 1 0 , 1 = 高等 1 1 0 , 2 - - - - 孟畿 挪、j o 对应各电压等级的额定电压值； ，、以。对应各电压等级的经济电流密度( 本文计算时根据最大负荷利用小时数对应选取经济 电流密度值【3 5 ”3 7 3 8 1 1 3 9 j ) ； c o s 仍5 、c o s 对应各电压等级的功率因数； s 3 5 、岛。对应各电压等级的导线平均截面积。 表4 2 经济电流密度j 值( a m m 2 ) 年最大负荷利用小时数1 僦h 导体材料 3 0 0 0 以下3 0 0 0 5 0 0 05 0 0 0 以上 铜裸导线和母线3 02 2 51 7 5 铝裸导线和母线i 6 5l - 1 5 0 9 铜芯电缆 2 52 2 52 0 铝芯电缆 1 9 21 7 31 r5 4 单位面积总投资： z 表示单位面积上总的一次投资。 z ：三互 万( r + ，2 ) 2 令丝：丝：丝：0 。勰a ，i 钆 0 r ： 0 ，吃r i r 。、，二。为规程规定的3 5 k v 及1 0 k v 线路最大供电半径( 足。取4 0k m ，；。取1 5 h n ) 将( 4 - 6 ) “一8 ) 代入上式解方程组按投资费用最小原则得到优化供电半径r 、及吒 4 按允许电压损耗求合理供电半径 ( 4 - 8 ) u ：彳a u 一玑1 0 0 0 ，p ( r o + r x r o t a n 妒) 1r (4-9)o10 。 玑 2 2 4 4 4 变电规模预测 4 4 1 各电压等级总变电容量 量。 以得出的负荷预测值及优化供电半径为基础，综合其他影响因素确定各电压等级总变电容 c l l 。足l l o = 只( 1 + 五o ) + p b ( i + a 3 5 ) + 足( 1 + o ) ( 1 + 五，) c ，r 。= p c ( 1 + 4 。) 0 。r 。= 只+ 忍 只+ b + 尼= 纠删击 ( 4 - 1 0 ) ( 4 - 1 1 ) ( 4 - 1 2 ) 驴东嵩 “1 3 c 1 。，c 3 ，c l 。对应各电压等级变压器额定容量总和； 其中只表示 类负荷，弓表示b 类负荷，足表示c 类负荷： j 豫为预测所得的最大负荷： r 。为分别对应电压等级f 的变电站综合容载比： k ，为负荷分散系数：以不同电压等级的变电所座数为单位进行研究； 恐。为平均功率因数：随着电网的不断发展和完善，电压等级、功率因数逐步提高； 墨，为经济负荷率：为经济最高负荷与额定容量之比( 最大负荷利用小时数大于3 0 0 0 h 时可取 0 6 4 0 7 ，最大负荷利用小时数小于3 0 0 0 h 时可取0 7 5 1 0 ) ； 丘，为储备系数：电网联结比较紧密地区，形成手拉手，衡量电网转供能力，农网可取i 3 1 5 ； j 匕为记入的允许过载率。 其中下标，表示对应的电压等级。 综合以上各式即可求得各电压等级总的变电容量。 4 4 2 变电站个数 1 平均容量计算； 根据规划区的历史数据及资料，统计同电压等级下所有变电站的总容量及总个数，其比值 为单站平均容量，通过数据分析单站规模的变化趋势，得出规划年变电站的平均容量预测值。 q = c ，厶 ( 4 一1 4 ) 中国农业大学硕士学位论文 第四章基于负荷增长的规模预测 疗表示变电站个数； 以。表示预测所得变电站平均容量： e 表示预测所得变电总容量。 2 贪心算法的应用l 蛐j ： 在各电压等级总变电容量确定以后，再来确定各电压等级变电站的个数以及单站变电容量， 此时可以选用贪心算法( g r e e d ya l g o r i t h m ) 求解新建站的座数及容量。贪心算法是按照一种最 优度量法，每步都取局部最优，最后求解的方法。就同一个电压等级而言，一个地区的主变类型 界定为n 1 ，主变台数界定为n 2 ，则变电站的可选带载容帚构成的集合不超过( h i * n 2 ) 种。各带载 容量所对应的性价比为： 式中s ，为变电站珀g 带载容量， 吒：笠( 4 - 1 5 ) s f c n = 对蝤+ “q i ) ( 4 - 1 6 ) 其中厂( 墨) 为变电站f 记及土地费用后的目标年投资费用；( ) 为变电站f 的年运行费用。 应用贪心算法的计算流程如图4 - 3 所示： 开始 将已有变电站容量定为其可选站容 集合中具有最小性价比的容量 初始化新建变电站个数为0 擘三 固 全部负荷总量一 、 + 囤 新建站数加l ，取新建站容帚为其可 选站容集合中具有蜮小性价比的容量 记录当前各变电站情况作为初始解 图4 - 3 贪心算法计算示意图 4 5 输电规模预测 4 5 1 正常供电线路部分 以各个理想状态负荷密度值为自变量，各类地形具体对应的供电半径取值为因变量建立单一 地形情况下供电半径与负荷密度的函数关系，如下式表示： = z ( 盯) 其中i 不同表示地形的不同。 1 地形因子：本文研究对象农网输变电规模是一个地区范围内的农网情况，由于一个地区所辖的 地理面积较大，在其范围内地形分布可能是多样性的，因此理论计算供电半径取单一值是不合理 的，为此提出在计算过程中按各类地形所占总面积的比例进行加权平均，表达式如下： ，= q “一1 7 ) c 表示单一地形情况下的理论计算半径； 以表示该地区某类地形所占总地理面积的比例； ，即为考虑了地形影响后的平均供电半径。 2 线路平均截面的计算： 表4 - 3 某地区3 5 k v 线路截面分布统计表( m ，) 年份 3 55 0 7 0 9 51 2 01 5 01 8 52 4 0 平均截面 1 9 9 9 0 6 l 薯4 2 l 4 2 3 3 薯2 5 0 6 1 3 7 6 6 8 5 5 4 2 1 7 7 x9 7 6 7 2 0 0 0 o 5 5 3 8 0 3 9 1 7 2 2 4 8 1 4l 9 9 69 ，8 1 6 ，0 0 4 ，0 2 5 1 0 3 3 4 2 0 0 1 0 5 1 0 9 9 3 6 7 0 2 1 9 9 1 70 0 1 2 2 2 6 ，8 6 3 7 3 1 0 8 3 7 2 0 0 2 0 0 0 薯0 5 5 3 0 6 8 1 9 3 9 2 0 ，9 2 1 3 ，8 8 1 0 8 器3 7 1 1 1 5 ， 2 0 0 3 0 瞄0 0 0 2 1 2 4 1 5 0 8 2 0 ，8 讳2 2 0 8 1 6 8 2 i3 9 1 1 2 7 ，8 6 据表4 3 建立平均截面与负荷密度的函数关系j = j ( 盯) ； 3 建立允许载流量与线路截面的函数关系a = a ( s ) ，其参数列表见附录d 。 则正常供电线路长度计算： 0 5 , 1 - - 面丽p 伽 d 为地形修正系数。 4 5 ，2 联络线部分： ( 4 - 1 8 ) 农村地区配电网多为辐射形接线方式，这种接线方式供电可靠性较差，随着社会经济的快速 发展和人民生活水平的不断提高，用户对用电的可靠性和稳定性要求也逐步提高，在农网中一个 3 5 k v 变电站要直供多个配变所带的负荷，一但3 5 k v 线路发生故障，受影响的用户范围很广，因 2 7 中国农业大学硕士学位论文 第四章基于负荷增长的规模预测 此3 5 k v 变电站的供电可靠性必须保证，而一般是采用双电源方式实现，常用的接线方式又有下 面两种： 1 假定3 5 k v 变电站以手拉手形式实现双电源： 3 5 k v 站 1 l o k v 站 3 5 k v 站 图4 - 4 联络线方式1 示意图 联络线路部分计算公式为：厶让= d ( 2 d ) = 玛5 d d = 吗5 d 其中d 表示平均两个3 5 k v 变电站之间的距离5 是表示规划地区总的以1 1 0 3 5 1 0 k v 电压形式供电的面积 2 。假定3 5 k v 变电站以双回路形式实现双电源： 1 l o k v 站 3 5 k v 站 冒4 - 5 联络线方式2 示意图 联络线路部分计算公式为： 厶”= n 3 5 d r 由4 5 1 及4 5 2 分析则可预测计算3 5 k v 线路总长为： 厶，2 厶。+ 厶。 同理依据4 5 1 分析方法即可预测计算l o k v 线路总规模。 4 6 预测结果的校验 3 5 k v 站 ( 4 - 1 9 ) 综合第三章及第四章所述的预测方法对输变电规模量进行预测，比较各种方法的计算结果， 选择合理的权重关系得出预测结果，然后按电网中各量之间合理比例配置进行校验和分析： 1 高压变电容量与低压变电容量的比例配置【1 l 农村电网主要依赖大电网供电。为了合理的配置电源结构，必须合理确定各种电压等级间变 压器容量的配置问题。合理配置的原则是：高压的供电负荷应与低压用电负荷及损耗相平衡，且 中国农业大学硕士学位论文第四章基于负荷增长的规模预测 保证变压器在经济状态下运行。如此有： q 屈e c c o s ：p , = q 只qc o s t p j ( 1 + ) j ) ( 4 2 1 ) 公式中下标f 代表作为送电端的高压部分，下标，代表作为受电端的低压部分 c l l 。，g ，c l o 对应各电压等级变压器额定容量总和( 单位：k v a ) 届属5 ，届。对应各电压等级变压器经济负荷系数 ( 1 1 0 k v 变压器取0 7 0 ，3 5 k v 变压嚣为0 6 0 ，1 0 k v 变压器为0 5 0 ) q t 2 3 5 t q o 对应各电压等级变压器负荷同时系数 ( 1 1 0 k v 变压器为1 ，3 5 k v 变压器为o 8 5 l ，l o k v 变压器为0 4 5 0 6 ) 五5 ， o 、磊，s 分别为对应各电压等级允许损耗电量百分数 ( 3 5 k v 电网取3 。l o k v 电网取7 ，3 8 0 2 2 0 v 电网取1 2 ) c o s 0 1 1 0 、c o s 矽3 5 、c o s 妒1 0 对应各电压等级变压器负荷功率因数 ( 1 1 0 k v 变压器取0 9 0 ，3 5 k v 变压器为0 8 5 ，1 0 k v 变压器为0 8 0 ) 2 同一电压等级线路长度与变电容量比例配置 此配置比例的计算有两个前提条件：一是不同电压等级电网的允许供电半径已给定；二是电 网允许损失百分率已给定。据此可推导出相应电压等级电网线路合理长度的计算公式如下： e l , ：墨。骅。1 0 3 ( 4 2 2 ) u j 7 b 下标f 代表电压等级： ：厶为线路总长度，k m ， 置为电网经济运行系数，墨= _ _ 二生一； d c o s 仍 厶为计算点代表三日负荷曲线求得的等效电流，a ： 置的理论值： 3 5 k v ：厶3 5 t 3 s 取0 6 0 ，c o s 0 3 5 取0 8 5 ，则恐j = o 7 0 1 0 k v ：厶l o t l o 取0 5 0 ，c o s 够1 0 取0 8 0 ，则q o = o 6 3 ：e 为变压器容量总和，k v a ： 厶为允许供电半径。3 5 k v 级为4 0 k m ，1 0 k v 级为1 5 k m ； c 为综合导线电阻率； 屯， o 分别为对应各电压等级允许损耗电量百分数( 3 5 k v 电网取3 ，1 0 k v 电网取7 ) ； h 为线路首端电压，k v 3 不同电压等级线路长度配置比例的计算 综合1 与2 可得出此配置比例的合理计算值。 4 比例配置在本文中的改进应用 依据上面提出的各种合理的比例配置关系式，结合本文所研究的农网输变电规模量，对其关 系进行改进，考虐更为复杂的电网结构，对所预测的结果进行比例校验，各种比例关系在本文中 中国农业大学硕士学位论文第四章基于负荷增长的规模预罚 应用时应进一步具体化。 ( 1 ) 计算不同电压等级变电容量的眈铡 当l l o k v 变电容量作为高压侧主变时，其低压侧配变应记入三部分容量：第一部分是所有 3 5 k v 变电容量，第二部分是所有h o k v 变电站直接供电的l o k v 配变容量，第三部分是从i l o k v 变电站出线的3 5 k v 线路直接供电的大用户等效容量。 当3 5 k v 变电容量作为高压侧主变时，其低压侧配变应只记入所有3 5 k v 变电站供电的l o k v 配变容量。 ( 2 ) 同一电压等级线路长度与变电容量比例 分析3 5 k v 电网时，线路部分应只记入除去联络线部分的正常供电线路部分，变电容量则由 3 5 k v 变电容量和3 5 k v 线路直接供电的大用户等效容量两部分构成。 分析l o k v 电网时，l o k v 线路与l o k v 变电容量则可以直接以预测所得规模量计算。 ( 3 ) 不同电压等级线路长度之间的比例： 针对本文所研究的规模量这个比例配置即为3 5 k v 线路与l o k v 线路的比例，计算时3 5 k v 线 路侧应只记入除去联络线部分的正常供电线路，而l o k v 线路侧应除去1 l o k v 站的l o k v 出线， 只记入3 5 k v 变电站的l o k v 出线。 4 7 预测计算流程图 综合第三、第四两个章节的分析，农村电网输变电规模预测的整体计算过程可归纳为如图4 - 6 所示： 图4 呻规模预测计算流程图 3 0 中国农业大学硕士学位论文第四章基于负荷增长的规模预测 4 8 本章小结 本章内容是从负荷发展的角度来预测分析输变电规模各变量，首先介绍了年用电量常用预测 方法以及最大负荷的计算，然后分析了由于负荷密度的增长规划地区供电半径的变化及其优化计 算方法，在此基础上结合电网中容载比、功率因数及损耗系数等参数预测计算了合理配置的各电 压等级总变电容量、变电站个数以及输电线路的总长度等各变量，最后结合第三章的直接预测结 果从各个规模量之间的合理比例配置角度对预测结果作了校验分析，通过比较分析得到综合预测 结果。 第五章实例应用计算 以某地区数据进行预测分析为例， 依据其数据特点选择回归预测模型，灰色预测模型以及 基于负荷预测的优化模型进行预测计算其历史数据厦预测计算所得结果如下： 5 1 已知数据列表 表5 - 1 某地区农网输变电设蔷数据统计表 其它农电相关指标的统计列表见附录e 。 5 2 预测结果列表 以1 9 9 9 2 0 0 3 年五年历史数据为基础建模，2 0 0 4 2 0 0 5 年数据作为验证，预测2 0 0 6 2 0 0 9 年三年数据。 衰5 21 1 0 w 变电客量预测结果列表 第五章实例应用计算 以某地区数据进行预测分析为例，依据其数据特点选择回归预测模型，灰色预测模型以及 基于负荷预测的优化模型进行预测计算其历史数据及预测计算所得结果如下： 5 1 已知数据列表 表5 - 1 某地区农网输变电设备数据统计袭 其它农电相关指标的统计列表见附录e 。 5 2 预测结果列表 以1 9 9 9 2 0 0 3 年五年历史数据为基础建模，2 0 0 4 2 0 0 5 年数据作为验证，预测2 0 0 6 2 0 0 8 年三年数据。 表5 - 2l l o k v 变电客量预测结果列表 表5 - 33 5 k v 变电容量预测结果列表 3 2 中国农业大学硕士学位论文 第五章实例应用计算 2 0 0 21 1 1 4 9 5 01 1 1 6 5 3 10 1 4 1 1 8 6 4 6 86 ，4 1 1 1 3 8 9 4 5 2 1 5 2 0 1 4 蝴1 4 4 7 8 7 3 o 4 9 1 4 0 2 5 3 4- 2 6 6 1 4 2 9 7 0 5- 0 7 伟 2 41 6 9 2 0 0 01 5 0 3 1 5 3一i i 1 脯 1 6 5 7 9 4 9- 2 ，0 1 1 5 5 1 3 3 6- 8 3 i i 2 0 0 52 0 6 2 2 0 01 6 5 7 1 3 4 1 9 1 9 5 9 8 7 8- 4 9 哦 1 7 5 3 6 2 1 1 4 9 “ 2 0 0 61 8 1 1 1 1 52 3 1 6 7 9 2 1 9 7 4 2 3 0 2 0 0 7 1 9 6 5 0 9 62 7 3 8 7 0 5 2 2 1 6 4 9 9 2 0 2 1 1 9 0 7 7 3 2 3 7 4 5 3 2 4 8 4 3 7 5 表5 _ 4l o k v 变电容量预测结果列表 历史数据回归预测误差l灰色预测 误差2优化预测误差3 1 9 9 92 8 4 1 2 3 02 8 4 6 3 3 80 1 8 2 8 4 1 2 3 00 0 0 2 5 5 6 7 4 71 0 0 i t 2 0 0 02 9 3 1 4 0 83 0 1 2 4 1 4 2 ，箱2 9 1 2 8 9 6 - 0 e 3 2 8 5 6 3 4 7- 2 5 娃 2 0 0 13 1 7 1 9 3 93 1 4 1 8 3 7 0 9 5 53 2 1 4 6 4 81 3 5 3 0 8 9 8 2 72 5 9 t 2 0 0 23 5 1 5 2 9 33 4 1 2 3 7 4- 2 9 3 3 5 4 7 6 7 50 9 蹦3 5 7 7 8 7 41 7 鼹 2 0 ( 1 33 9 4 4 2 0 3 3 9 9 1 1 1 01 1 韩3 9 1 5 2 1 9- 0 7 3 4 6 2 1 9 1 41 7 1 鼹 2 0 0 , 14 5 0 6 0 0 0 4 0 8 7 6 6 6- 9 2 既4 3 2 0 8 6 0 - 4 1 1 4 7 9 6 1 0 06 “ 2 0 0 5 6 1 0 3 6 3 0 4 3 5 6 6 1 6- 2 8 6 揣4 7 6 8 5 4 7 - 2 1 8 7 5 2 8 1 2 8 61 3 4 伟 2 0 0 64 6 2 5 5 6 6 5 2 6 2 6 4 3 5 7 6 6 4 7 2 2 0 0 74 8 9 4 5 1 7 5 8 0 7 9 6 06 2 5 1 6 5 8 2 0 0 85 1 6 3 4 6 7 6 4 0 9 8 0 96 7 3 6 8 4 4 表5 咱1l o k v 站平均容量预测结果列表 历史数据回归预测误差1灰色预测误差2 1 9 9 95 2 8 2 2 ，5 8 0 5 55 1 5 8 4 7 2- 2 3 4 5 2 8 2 2 ，5 8o o 傩 2 0 0 04 8 5 9 0 ，9 0 9 0 95 2 6 7 7 5 78 4 1 5 1 5 5 2 4 5 2 0 0 16 0 1 4 7 0 5 8 8 25 3 5 2 9 2 41 1 0 喁 5 3 9 7 3 7 2 5