（电气工程专业论文）乌兰浩特配电网规划研究.pdf

士= 1明明 本人郑重声明：此处提交的硕士学位论文乌兰浩特配电网规划研究，是本人在 华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据 本人所知，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，也不包含为获得华北电力大学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：盆日期：塑! ! = ! ! ：c d 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以以学术交流 为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校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。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名缝 导师签名：。盈垄孟耄毖毒p 汽) 日期：竺! 兰! ： 一 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 配电网规划，是所在供电区域国民经济和社会发展的重要组成部分，同时也是 电力企业自身长远发展规划的重要基础之一。本文针对乌兰浩特城区的具体建设情 况，选取乌兰浩特城区配电网规划作为研究对象，进行了乌兰浩特电网现状的分析， 电力电量负荷预测；确定了乌兰浩特电网的变电站位置及容量，在此基础上对中压 配电网的网络结构进行了规划；提出了乌兰浩特的中性点接地改造方案，最后得出 结论，提出相关建议。通过乌兰浩特城区电网的规划建设与改造，乌兰浩特电网的 各个方面都有所加强，将能够收到很好的社会效益和经济效益，为乌兰浩特今后的 经济建设及社会发展奠定坚实的基础。 关键词：乌兰浩特配电网规划中性点接地 a b s t r a c t d i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n gi st h ei m p o r t a n tc o n s t i t u e n tw h i c hd e v e l o p sn a t i o n a l e c o n o m ya n dt h es o c i e t yi nt h ep o w e rs u p p l yr e g i o n s i m u l t a n e o u s l ya l s oi si m p o r t a n t f o u n d a t i o no fo n ee l e c t r i cp o w e re n t e r p r i s i n go w nl o n gt e r md e v e l o p m e n tp l a n i nv i e wo f p h y s i c a lc i r c u m s t a n c eo ft h eu l a n h o t , t h ep a p e rc h o o s e sd i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n go f u l a n h o ta st h er e s e a r c ho b j e c ta n da n a l y z e st h ea c t u a l i t yd i s t r i b u t i o nn e t w o r ko fu l a n h o t 1 1 1 i s p a p e rf o r e c 邪硼e l e c t r i c a ll o a do fp o w e ra n dq u a n t i t yo fe l e c t r i c i t y ；e x p l o r e c o m p u t a t i o n a lm e t h o df o rc h o o s i n ga d d r e s so fv o l t a g et r a n s f o r m e rs u b s t a t i o na n dc a p a c i t y , a n dh a v ed e t e r m i n e dt h e m ；i nt h i sf o u n d a t i o n , p l a nt h em e d i u mv o l t a g en e t w o r k ，p r o p o s e d u l a n h o tn e u t r a l g r o u n d i n gr e h a b i l i t a t i o np r o g r a m s ，f i n a l l yc o n c l u d e dt h a tt h er e l e v a n t r e c o m m e n d a t i o n s t h r o u g ht h i sa r t i c l e t ot h e p l a nc o n s t r u c t sa n dt r a n s f o r m s ，u l a n h o t e l e c t r i c a ln e t w o r ke a c ha s p e c ta l lh a ss t r e n g t h e n s ，w i l lb ea b l et or e c e i v et h ev e r yg o o ds o c i a l b e n e f i ta n dt h ee c o n o m i ce f f i c i e n c y , w i l lb et h eu l a n h o tn e x te c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n dt h e s o c i e t yd e v e l o p se s t a b l i s h e st h es o l i df o u n d a t i o n l ix i n ( p o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l uf a n g c h e n g k e yw o r d s ：u i a n h o t ，d i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n g ，n e u t r a lg r o u n d j 华北电力大学工程硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章绪论l 1 1 课题研究的目的和意义1 1 2 国内外研究现状2 1 3 配电网现状及存在的问题3 1 4 论文主要工作5 第二章电力负荷预测7 2 1 乌兰浩特概况7 2 2 负荷预测方法及参数选取8 2 2 1 预测方法及模型介绍8 2 2 2 负荷预测参数选取1 0 2 3 负荷增长趋势及负荷特性分析1 4 2 4 电力电量预测。16 2 4 1 用电量预测。16 2 4 2 供电负荷预测1 6 第三章配电网规划1 8 3 1 配电网规划技术原则1 8 3 1 1 高压配电网规划技术原则18 3 1 2 中压配电网规划技术原则。l8 3 1 2 1 中压配电网结构l8 3 1 2 2 线路选择1 9 3 1 2 3 设备选择2 0 3 2 高压配电网规划2 0 3 2 1 负荷平衡分析2 0 3 2 2 高压变电站选址定容2 1 3 2 3 容载比分析：2 4 华北电力大学工程硕士学位论文目录 3 2 4 高压配电网网络规划2 4 3 3 中压配电网络规划2 5 3 3 1 中压配电网络规划思路及目标2 5 3 3 2 中压配电网络规划结果2 6 3 3 2 1 线路工程2 6 3 3 2 2 配电站工程3 l 3 2 2 3 配电变压器31 3 2 2 4 开关估算3 2 3 2 2 5 无功补偿。3 2 第四章中性点接地改造3 3 4 1 目前国内低压配电系统的接地现状及改造原因3 3 4 2 中性点接地改造措施3 3 4 3 接地设备的选择3 4 4 4 继电保护设备的改造3 6 4 5 小电阻接地改造的注意事项及解决措施3 7 4 6 中性点接地改造投资估算3 8 第五章结论及建议3 9 5 1 结论3 9 5 2 建议3 9 参考文献4 1 致谢4 3 在学期间发表的学术论文和参加科研情况4 4 华北电力大学工程硕士学位论文 1 i 课题研究的目的和意义 第一章绪论 配电网规划，是所在供电区域国民经济和社会发展的重要组成部分，同时也是 电力企业自身长远发展规划的重要基础之一。配电网规划的目标就是使配电网的发 展适应、满足并适度超前于供电区域内的经济发展需求，并能发挥其对于电网建设、 运行和供电保障的先导和决定作用【l 】。 近年来，电力供求关系已经发生了重大变化，由过去的长期缺电走向了缓和， 某些地区甚至出现了供大于求。但是，由于长期以来电力建设存在“重发、轻供、 不管用问题，致使我国部分地区配电网十分脆弱落后，主要表现在：网络混乱薄 弱；装备陈旧落后；供电半径太大；导线截面太小，绝缘水平低；无功补偿严重不 足；配电变压器容量不足；自动化水平极低等【2 】。 配电网规划是地区供电企业规划活动中的基本环节。为了获得最大的经济效 益，规划的主要目的是：确定最优的网络接线方式，投资水平以及投资的时间安排。 在规划的每一个阶段，一般需要对供电安全性和协调性等各种情况进行调整，并尽 可能地降低系统寿命周期内的总费用。为了达到这个目标，必须考虑所有的费用因 素，不仅要考虑投资额和投资时间安排，还要考虑每年所需消耗的费用，如系统运 行的线损费用和维护费用等。一个优秀的网络规划应做到总投资额最低。 现有的城市供电系统已基本上覆盖了城市所有的居住地区，现有的网络对规划 系统未来的网络结构提供了一个良好的起点，未来的投资需求主要在于应付负荷的 增长，以及更换网络中已到年限的设备。通过制定规划，可以有目的、有条理地逐 步改造现有网络，在以新的和超前意识制定规划的同时，要充分体现以安全为基础， 以效益为中心的规划思路，使规划能真正做到科学台理地决策电网投资，从而能保 证最有效地使用资金。例如：在技术可行的条件下，如果考虑新线路径的费用或新 变电站的占地费用，对现有架空线路和厂站进行升级，通常比架设新线路或建新站 更为经济。在考虑是升级原有设备还是增加新设备时，还需认真考虑网络发展的长 期费用，也许随着时间的推移会修改原有的规划方案。此外，规划工作者还要考虑 由于以下各种因素的变化所造成的影响，如不同区域内的负荷增长率、材料和能源 费用以及越来越多地应用新技术等。 通常，配电网规划工作的内容主要包括以下几个方面。 ( 1 ) 分析电网布局与负荷分布的现状，进行负荷需求预测： ( 2 ) 分别进行总体、分层、分区的电力电量平衡； ( 3 ) 进行电源点( 电厂、变电站) 的容量、数量规划和布点工作； 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 4 ) 对电网结构进行整体规划； ( 5 ) 对规划水平年的城市电网进行经济性、可靠性、安全性分析。 1 2 国内外研究现状 我国的城市电网在经历了建国初期的恢复建设到6 0 7 0 年代的初步发展期后， 8 0 年代起进入一个崭新的发展阶段，9 0 年代以来，随着城市经济高速发展，对城 市电网的供电能力和质量安全都提出了更高要求。1 9 9 3 年由原水电部和建设部颁发 的2 2 8 号文城市电力网规划设计导则，对加强城市电网规划工作起到了重要的 推动作用。2 0 0 1 年建设部又修编出台了城市电力规划规范，对城市电网发展规 划具有重要的指导意义，各省市或重要城市也均出台了相应的城市电网改造技术导 则。近年来，随着农网及城市电网改造的不断深入，新产品新设备新技术的不断应 用，国家及各地方又相继出台了相应的规划改造技术原则，有效地指导了城市电网 的改造，而且在一些科研院所及大学的技术支持推动下，出现了一些很好的电网的 规划设计方法及相关软件等。 目前，国内外在配电网规划的研究热点主要包括： 1 配电网架优化规划 配电网络规划的根本任务是根据规划期内负荷增长和电源规划方案确定相应 的最佳电网结构，以满足经济可靠传输、分配电能的要求。国内外学者在配电网架 优化规划已经取得了许多成就。通常采用随机优化方法进行计算，例如文献【3 】【4 】【5 】 分别运用遗传算法、模拟退火算法及单亲遗传算法获得了最优网架结构；文献【6 】讨 论了以故障停电电量损失最小为目标的分段开关和联络开关的选择与优化问题；文 献【7 1 采用多种群遗传算法进行了电网规划。这些方法都能取得比较好的规划结果， 文献哺j 进一步提出了一种基于竞争的启发式电网优化规划算法，以规划期内系统总 投资收益率为目标函数，考虑电网连通性、电压限制和网络损耗的约束条件，通过 潮流计算和竞争排序，规划线路的拓扑结构和选择最佳的导线截面，进一步以供电 可靠性为目标，规划网络的分段开关和联络开关的数量和位置，使网络在保证供电 质量的同时，投资和网损费用总和最小，以最小投资、最大限度的满足系统的安全 性和可靠性。文献1 9 j 考虑到当供电可靠性达到一定水平后，为进一步改善供电可靠 性而增加的费用将急剧增加，甚至超过可靠性提高所带来的经济效益，应用人工免 疫算法实现综合考虑用户侧停电损失、投资及运行费用的电网网架规划。 2 配电网灵活规划 由于需要计及各种不确定因素对电网规划结果的影响，以最佳的柔性规划方案 来适应未来环境的变化，从而使规划方案在总体上达到最优。因此对电网进行灵活 规划十分必要，研究方法主要可以分为两大类，第一类为多场景技术，主要有基于 2 华北电力大学工程硕士学位论文 决策偏好的场景技术【1 0 】、基于线路被选概率的电网规划方法【1 1 】等等；第二类为基于 不确定性信息的数学描述方法的电网规划算法，这类电网规划模型较为复杂，如基 于模糊【12 1 、随机数【13 1 、盲数【1 4 1 的电网规划算法。其中盲数是对多种不确定性信息 的综合描述，在很大程度上包含了其他特性的不确定性。文献( 1 5 】进一步提出新型的 基于场景发生概率的电网规划模型，其建立了新的以最大单条线路过负荷率为基础 的柔性约束准则，同时以二次曲线来描绘过负荷量增长所带来的罚值增长，可以更 准确地将过负荷约束计入规划模型，这样模型所得的最终结果不是针对某一特定场 景的最优，而是综合所有场景概率发生的总体最优方案，体现了对将来不确定性的 良好适应性。 3 电力市场条件下的配电网规划 由于电力市场在我国并未完全成熟，因此相应的符合我国电力市场实际的电网 规划制度并未完全建立起来，电网规划的投资体制在我国仍处于探索阶段，其回报 返还机制需要进一步研究，成熟而高效的电网规划方法还急需进一步发展。电力市 场情况下，我国电网规划问题亟待解决的问题有【1 6 】： ( 1 ) 在市场条件下电网规划方案的收益评价，这和相应的电价机制以及投资返还 机制密切相关，特别的，需进一步量化研究单条或部分电网扩展对网络收益总体的 经济性贡献【l7 。埔j 。 ( 2 ) 在电网规划模型中如何更好地体现造价、利率、环保、负荷、电源建设( 包 括选址和时间) 等多方面的不确定性【1 9 l 。 ( 3 ) 市场条件下，电网规划模型应有较强的处理不确定性信息的能力，现有的电 网规划模型对处理单一不确定性信息研究得较为充分，而对盲信息的研究还很不 够，特别是对盲信息的正确表达以及优化计算中的简化问题还需做很多工作【2 们。 ( 4 ) 电网规划时需要预测将来的潮流分布，除了考虑负荷本身增长的不确定性， 还需考虑d s m 影响下的各类负荷特性，而对d s m 影响下的负荷特性还需进一步深 入研究【2 1 1 。 ( 5 ) 现有的市场情况下的电网规划研究均着重于应用市场信号的启发式方法，对 如何将市场信号与现代启发式方法或数学优化方法结合的电网规划模型和方法方 面的研究并不充分【2 2 1 。 1 3 配电网现状及存在的问题 目前，乌兰浩特城区6 6 k v 变电站均实现由2 2 0 k v 直配供电，电源点为北郊 2 2 0 k v 变电站和乌兰哈达2 2 0 k v 变电站。乌兰浩特现有6 6 k v 变电站4 座：大坝沟 变( 1x8 m v a ) ，西郊变( 1x4 0 + l 2 0 m v a ) ，南郊变( 1 1 6 m v a ) ，居力很变( 1 4 0 m v a ，已建成但未投运) ，主变总容量为8 4 m v a 。 3 华北电力大学工程硕士学位论文 目前，乌兰浩特市区1 0 k v 配电线路共有1 8 条，其中公用线路1 5 条，分别由 北郊变、西郊变、南郊变三个变电站带出，其中北郊变带出公用线路6 条：分别为 红光线9 7 5 6 k m 、罕山线1 3 6 6 k m 、地质线1 7 8 k m 、给水线8 8 k m ，出线走向向城 南幅射。查干线1 7 1 5 k m ，出线走向向城北城乡结合部幅射，农机线9 6 5 k m 向城北 幅射。西郊带出公用线路7 条分别为：宁家线1 6 5 5 k m ，采石线1 4 2 3 k m 、化工线 8 6 3 7 k m ，出线走向向城东幅射。城郊线2 1 0 5 k m 向城西幅射。铁西线8 1 2 k m 、供 水线4 9 7 k m 、市北线4 9 7 k m ，走向向城北幅射。南郊变带出公用线路两条，分别 为滨河线7 7 8 5 k m ，红胜线1 4 1 l k m ，出线走向向城北幅射。1 5 条公用1 0 k v 线路 总长度1 7 9 0 8 k m 。配电变压器共计7 5 2 台，容量1 4 5 6 5 5 k v a ，其中公用配电变压器 台架式1 4 0 台，容量2 8 9 0 0 k v a ，箱式变1 6 台，容量6 8 9 0 k v a ，用户专用变5 9 6 台， 容量1 0 9 8 6 5 k v a 。柱上开关3 l 台，其中1 9 台为s f 6 开关，1 1 台重合器，真空开 关1 台，联网柜l 台。1 5 条公用线路中有6 条线路可以实现相互转供电，分别是化 工线与红光线、化工线与地质线、地质线与滨河线、供水线与给水线。 乌兰浩特配电网基本运行指标见表1 1 。 表1 1 乌兰浩特配电网基本运行指标 高压配电网 容载比6 6 k v1 3 8 主变平均负载率 6 6 k v 7 5 0 0 中压配电网 架空线路( k i n )1 9 5 3 0 9 中压线路长度 电缆线路( k m )1 3 5 9 l 平均主干线长度( i o n )2 5 平均线路长度( k i n ) 1 1 6 电缆化率( )6 5 绝缘化率( )7 3 7 单辐射线路比例( ) 8 0 中压线路平均分段( 段条)2 0 8 中压线路平均配电装见容量( m v r a ) 1 0 3 0 2 中压线路平均负载率( )4 3 配变平均负载率( ) 4 2 开关无油化率( )1 0 0 供电可靠性( r s 1 ) ( ) 9 9 8 2 供电可靠性( r s 3 ) ( )9 9 8 2 1 1 0 k v 及以下线损率( ) 9 9 2 1 0 k v 及以下线损率( )1 2 3 4 综合电压合格率( ) 9 1 8 l 居民端电压合格率( ) 9 0 2 l 4 华北电力大学工程硕士学位论文 通过调研分析，得出了乌兰浩特配电网主要存在的问题： ( 1 ) 中心城区负荷密度大，而电源点远离市中心，供电可靠性低及电能质量差， 转供电能力不足，严重影响了乌兰浩特城区的经济发展。 ( 2 ) 乌兰浩特城区变电站布点不合理、容量不足，2 0 0 8 年底铁西区容载比为1 2 ， 河东区容载比为1 2 3 ，这是乌兰浩特城区供电可靠性低、电能质量差的主要原因。 ( 3 ) 线损偏高，经济性差。供配电网络的基础设施差、运行方式不合理，导致城 区线路的线损率偏高，经济性差。主要原因有以下几点： 1 ) 中、低压系统无功补偿容量不足，缺少无功自动投切装置，致使中低压系 统无功不能随着负荷的变化进行自动调节。供电方式极不合理，导致线损过大； 2 ) 低压线路健康水平较差，与配变安装容量相比，部分1 0 k v 线路的线径细。 且线路超半径供电，线路及设备老化故障较多； 3 ) 1 0 k v 线路交叉供电现象严重，各1 0 k v 线路供电范围不明确； 4 ) 1 0 k v 变台报装容量与实际负荷严重不符，造成变压器固定损耗较大； 5 ) 计量装置老化，一户一表改造不够，私拉乱接严重； ( 4 ) 负荷增长过快，密度较大，1 0 k v 线路负载率高，环网功能失效。目前，虽 然城区大部分1 0 k v 配电线路已形成环网，但是，由于近年城市发展迅猛、城区负 荷增长速度过快，电力建设速度滞后负荷增长的速度，使得1 0 k v 线路负载率普遍 偏高，急需现有变电站进行整改，新增加1 0 k v 线路，以缓解变电站及其1 0 k v 线 路压力。 ( 5 ) 乌兰浩特城区现有供电线路过于老旧，严重制约了1 0 k v 线路的延伸扩展， 急需乌兰浩特建设规划加大对电力走廊的支持力度。 1 4 论文主要工作 本文针对乌兰浩特城区的具体建设情况，选取乌兰浩特城区配电网规划作为研 究对象，进行研究。本文规划电压等级为6 6 k v 及以下，规划基准年为2 0 0 8 年，规 划水平年为2 0 0 9 年 - 2 0 1 5 年。基础数据为截至2 0 0 8 年底供电范围内的全口径数据。 本文主要包括以下几个方面的内容： ( 1 ) 电网现状分析，针对乌兰浩特城区的变电站、输电线路、断路器、无功补偿、 中性点接地等各方面配电网现状进行分析，得出配电网主要存在的问题。 ( 2 ) 电力负荷预测，为满足进行配电网规划的要求，并使负荷分布结果更接近实 际情况，对乌兰浩特城区进行了细致的用地划分，依据改进小区负荷密度法对乌兰 浩特地区最大用电负荷和供电量进行了预测，并运用多种负荷预测方法进行校验。 ( 3 ) 变电站选址和定容，进行了负荷平衡分析，确定6 6 k v 变电站的位置及其容 量，分析其变电容载比。 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 4 ) 配电网规划，根据乌兰浩特社会经济发展情况、区域总体规划确定了6 6 k v 和l o k v 电网规划建设目标和技术原则，在此基础上，根据用电负荷发展预测，结 合6 6 k v 和1 0 k v 电网现状，提出了乌兰浩特城区配电网网架规划方案，并且对2 0 0 9 年 2 0 1 5 年乌兰浩特配电网建设改造项目进行总体安排。 ( 5 ) 中性点接地改造规划，根据乌兰浩特城区变电站的中性点接地情况，分析了 其中性点接地现状，接着分别对国内外中性点接地措施、接地设备选择、继电保护 设备的改造、小电阻接地解决措施进行了论述，在此基础上进行中性点接地改造方 案设计，并进行投资估算。 6 采用适应发展规律的科学方法，选用符合实际的科学参数，以现状水平年数据为基 础，预测未来规划年负荷水平。 2 1 乌兰浩特概况 乌兰浩特市，意为“红色的城市”。位于内蒙古自治区东北部、科尔沁草原腹 地，大兴安岭南麓，处于大兴安岭山脉与松辽平原接合处。东南与吉林省接壤；东 北与黑龙江省，北部、南部、西部分别与内蒙古自治区呼伦贝尔市、通辽市、锡林 郭勒盟，西北部与蒙古国毗邻。地理坐标是：东经1 2 1 0 5 0 至1 2 2 0 2 07 ，北纬4 5 0 5 5 ， 至4 6 0 1 8 。北部为山地，南部为冲积平原，东、西、南三面环水，平均海拔2 6 3 6 米，属温带大陆性季风气候。 乌兰浩特地理位置优越，在国内处于东北经济区，东与黑吉辽三省连接，南与 京津唐经济区沟通，可较好地承接经济强势地区的辐射：在国际上处于东北亚经济 圈，西与蒙古国和俄罗斯建立了经贸联系，是参与上述两国资源开发的主要基地。 乌兰浩特现有土地总面积2 3 3 1 7 平方公里，其中，建成区面积2 3 2 平方公里。 共辖2 个镇、l o 个办事处、1 个工作部，即乌兰哈达镇、葛根庙镇，城郊、卫东、 太本站和爱国街、和平街、胜利街、兴安街、铁西街、都林街、五一街办事处，义 勒力特工作部，以及盟农牧场管理局呼和马场经营范围。总人口3 1 2 万人，其中农 业人口7 9 万人。现为兴安盟委、行署，乌兰浩特市委、政府所在地，是全盟政治、 经济、文化中心。 乌兰浩特市原名王爷庙，因清朝第三代札萨克图郡王鄂齐尔在此建立家庙而得 名。1 9 4 7 年5 月1 日，全国第一个少数民族自治政府一一内蒙古自治区人民政府 在这里成立。同年1 1 月，王爷庙改称为乌兰浩特市。1 9 4 9 年1 2 月，内蒙古自治 区人民政府西迁。1 9 6 4 年7 月，取消市建制，隶属科右前旗。1 9 8 0 年7 月2 6 日， 经国务院批准，恢复了乌兰浩特市建制。现为中共兴安盟委、盟行署所在地，是全 盟政治、经济、文化和交通中心。 国民经济增长和社会发展与电力工业密切相关，经济增长需要电力供给与之相 适应，电力工业的发展又进一步促进社会发展。由此可见，国民经济的需求与电力 需求存在着必然联系。 7 华北电力大学工程硕士学位论文 乌兰浩特市经过几年的结构调整，工业已经成为全市的主导产业，初步形成了 以“电力、化工、冶金建材、以乳业为重点的家畜产品加工、制药和烟草 六大支 柱产业为主的产业格局。 当前和今后一个时期，乌兰浩特市将以两个率先( 率先在全盟实现全面建设小 康社会；率先快发展，更好地发挥中心城市的辐射带动作用) 总揽全局，以做大经 济总量为目标，坚持能快就不要慢的发展观，珍惜大好来势，抢抓发展机遇，深入 实施”工业立市、乳业强市、科教兴市、旅游富民、城市化带动、开放促发展、经 济民营化”七大战略，扎实推进工业化、城镇化、农牧业产业化进程，以打造工业 大市为主线，着力构建力争在项目建设、对外开放、民营经济、整合内外资源推动 大企业上市和提高人民生活水平五个方面实现新突破，促进经济社会快速、健康、 协调发展，大力加强政治文明、精神文明和党的建设，不断开创乌兰浩特改革开放 和现代化建设的新局面。 2 2 负荷预测方法及参数选取 2 2 1 预测方法及模型介绍 电力负荷预测是配电网规划中的基础工作，准确与否直接影响着电网规划的质 量优劣。负荷预测工作要求具有很强的科学性，尽管负荷预测的方法有多种，但由 于所需的数据难以得到或由于预测模型存在不适应性，针对某一具体规划区域而 言，可供选择的预测方法并不多【2 引。 主要负荷预测方法有： 比例系数增长法假定规划区今后的电力与过去有相同的增长率，用历史数 据求出比例系数，按比例预测未来发展。 弹性系数法由规划区以往的用电量和国民生产总值分别求出它们的平均 增长率k y 、k x ，从而求得电力弹性系数e = k y k x ，再用某种方法预测未来m 年 的弹性系数e 及国民生产总值的增长率 z ，则可得电力需求增长率岛，从而可按 比例系数增长预测法得出第m 年的用电量。 回归模型预测法根据负荷过去的历史资料，建立可以进行数学分析的数学 模型，对未来的负荷进行预测。从数学上看，就是用数理统计中的回归分析方法， 即通过对变量的观测数据进行统计分析，确定变量之间的相互关系，从而实现预测 的目的。 灰色理论法该方法就是对在一定幅值范围、一定时区内变化的灰色量，通 过一定的数据处理技术，寻找出比原始数据有更强变化规律的新的数据数列，进而 建立一定数学模型进行预测的方法。 指数平滑( 线性模型) 法指数平滑法是一种时间序列分析法，其拟合值或 r 华北电力大学工程硕士学位论文 预测值是对历史数据的加权算术平均值，并且近期数据权重大，远期权重小，因此 对接近目前时刻的数据拟合得较为精确。一次指数平滑只适用于下一步的预测，一 般用于预测的是二次指数平滑。指数平滑法预测期数不应过长。另外，平滑系数a 的选择对预测结果影响很大，一般对于平稳数列，取o 1 s a s o 2 为好。 曲线拟合法负荷预测的一个重要方法是曲线拟合法。即对过去的具有随机 特性的负荷记录进行拟合，得到一条确定的曲线，然后将此曲线外延到适当的时刻， 就得到该时刻的负荷预报值。实际上这是一种回归分析。在回归分析中，自变量是 随机变量，因变量是非随机变量，而负荷预报问题正是这类问题。拟合曲线有很多 种回归方法，可以选择不同的曲线方程，s 曲线的方程为：y = l c + a e e x p ( x ) 1 。 回归支持向量机预测法回归支持向量机预测法属于统计学习理论，是一种 专门研究小样本情况下机器学习规律的理论。通过结构风险最小化原理保证支持向 量机在小样本负荷数据情况下的学习性能，而不至于出现过学习和泛化能力不足的 问题，预测结果较佳。 相关分析法( 单元、多元线性回归模型) 模型方程y = a + b x + e ，x 为相关 量，y 为预测量，a 和b 为回归系数，为随机误差。单元线性回归用于预测的基本 思想是：根据相关量和预测量的观测数据，把相关量、预测量当作已知数，寻求合 理的回归系数a 和b 的值，从而确定回归方程。利用求出的回归方程，把a 和b 当 作已知数，根据相关量的未来变化计算预测量的值。多元回归与单元回归不同的是 这里的a 、b 、x 、y 都是矩阵，也就是说有多个相关量。多元线性回归用于预测的 基本思想是：根据相关量和预测量的观测数据，把相关量、预测量当作已知数，寻 求合理的回归矩阵a 和b 的值，从而确定回归方程。利用求出的回归方程，把a 和 b 当作已知数根据相关量的未来变化计算预测量的值。 专家预测法专家预测法是指以由专家来进行预测的一种方法，又称“专家 调查法”。组织有关学者专家，有丰富经验的电力工作者进行调查研究，然后通过 座谈讨论得出负荷预测结果。 小区负荷密度指标法根据规划区城市规划方案，调研获得各地块的用地性 质，采用与其它地区类比的方式确定负荷的方法。 针对乌兰浩特的具体情况，本文利用改进小区负荷密度法进行电力负荷预测， 并采用以下四种模型分别进行对比校验，误差不得超出3 。 ( 1 ) 包络模型 设有一曲线y 2 ，它与y 具有相同形式的数学表达式，且满足，当分别取x 1 ， x 2 ，x 3 ，x i 时，有y 2 ( x i ) y ( x i ) ，i l ，2 ，1 1 ，同时使各观测值 y ( x i ) ；i el ， 2 ，n ) 与其相应的函数值 y 2 ( x i ) ，i l ，2 ，n ) 之间的距离之和为最小， 称曲线y 为已知观测数( x l ，y ( x 1 ) ) ，( x 2 ，y ( ) ( 2 ) ) ，( x 3 ，y ( x 3 ) ) ，( x n y n ) ) 9 华北电力大学工程硕士学位论文 的下包络曲线，这条曲线的模型y 2 ( x ) ，称之为已知观测数的下包络模型。 ( 2 ) 指数平滑 对于电力系统负荷预测，更重要的是曲线越接近目前时刻，就应当越准确，而 对于过去很久的数据，不必要作很精确的拟合，指数平滑法就是这样一种曲线拟合 法。该方法用于对时间序列x 1 ，x 2 ，x n 采用一、二、三次指数平滑法处理。 一般来说，一次指数平滑法只适用于具有水平趋势的时间序列，当时间序列具有不 断增长( 或减小) 的趋势时，用一次指数平滑法预测的结果往往出现明显的滞后现 象，误差较大，在这种情况下，需要用高次指数平滑法。 ( 3 ) 线性回归 在实际中最简单的情形是由两个变量组成的关系。考虑用下列模型表示 y = 厂。但是，由于两个变量之间不存在确定的函数关系，因此必须把随机波动考 虑进去，故引入模型如下： y = f + 8 其中j ，是随机变量，x 是普通变量，占是随机变量( 称为随机误差) 。 回归分析就是根据已得的试验结果以及以往的经验来建立统计模型，并研究变 量间的相关关系，建立起变量之间关系的近似表达式，即经验公式，并由此对相应 的变量进行预测和控制等。 对于给定x 值，取 y = 属+ 屈x( 1 ) 作为e ( n = p o + 展x 的估计，方程( 1 ) 称为】，关于x 的线性回归方程或经验公式， 其图像称为回归直线，厦称为回归系数。 ( 4 ) 移动平均 二次移动平均模型属于趋势时问序列分析，应用这个模型，必须首先根据历史 统计资料的变化规律，确定一个恰当的时段数n ，段数n 的大小，直接关系到负 荷预测的效果。本文采用均方拟合误差最小的原则，即用模型所拟合的历史值与实 际历史资料的均方误差最小原则，确定出时段数n ，避免了人为的主观因素，增强 了模型的严密性。 2 2 2 负荷预测参数选取 本文利用改进小区负荷密度法进行电力负荷预测，并用多种负荷预测方法进行 校验。 利用改进小区负荷密度法进行电力负荷预测时，充分考虑了乌兰浩特的实际情 况。利用此种方法进行负荷预测时，必须首先确定每一类负荷的用电负荷密度参考 指标。为了使负荷密度指标能够代表未来发展情况，对已经经过了充分发展的同类 l o 华北电力大学工程硕士学位论文 型负荷的负荷密度情况进行调查，并以这些负荷密度指标作为乌兰浩特城区负荷密 度指标设置的主要依据。 同时，对于地区特点明显的一些分类，如工业和居住等再结合本地的实际情况 进行设置；其次，根据每一类用地性质的自身特点和乌兰浩特的实际情况，确定其 相应的负荷变化曲线，并且结合专家意见对其进行修正。 乌兰浩特城区内不同性质用地的发展定位不尽相同，从而导致各类负荷密度指 标不同，负荷变化曲线也不同，因此需要对各类负荷的用电指标和负荷变化曲线分 别进行详细的调查分析并确定最终的选取结果。 下面，对乌兰浩特四种典型、主要负荷类型的用电指标和负荷变化曲线选取结 果进行确定： 1 居住用地 乌兰浩特规划建设形态结构完整、配套设施齐全、环境优美，功能布局合理的 现代化居住环境，规划建设包括经济适用房在内的多种住宅层次，满足不同层次市 民生活居住的需要。 表2 1 给出了内蒙古、河北一些典型小区的负荷密度指标调查结果。结合乌兰 浩特城区实际情况，确定城市居住指标为3 0 w m 2 。 表2 1 居住用地参考指标 居民住宅负荷密度指标调查( w m 2 ) 一般居住商住 河北保定学府花园 3 54 0 呼和浩特电力小区 3 5 锡林浩特新苑小区 3 0 石家庄卓达小区3 4 呼和浩特新城景园 3 2 涿州新世纪小区 3 8 赤峰电力小区 2 8 乌兰察布公安小区 3 l 图2 1 给出了居住用地的负荷预测曲线。 一 华北电力大学工程硕士学位论文 图2 - 1 居住用地负荷预测曲线 2 工业用地 乌兰浩特城区工业用地以一类工业和二类工业建设并重，主要发展大型电子信 息工业、轻纺产品、制药、绿色食品等低能耗、无污染的高新技术产业；同时，乌 兰浩特城区加强同高等院校、科研院所的联系和合作，发展科技产业，兴办科技企 业与研究机构，进一步加快科研成果产业化步伐，加大传统产业的技术改造力度， 提升企业技术含量和市场竞争能力。 为了确定乌兰浩特城区的工业负荷密度，对呼和浩特的部分高新技术产业负荷 密度情况进行了调查，结果如表2 - 2 和表2 3 所示。 表2 - 2 一类工业调查结果 地区名称 一类工业负荷密度指标调查( w m z ) 瑞侃电缆附件3 8 6 新芝电子3 3 6 呼和浩特 妮姬时装3 8 4 邦华科技 3 2 表2 。3 二类工业调查结果 地区 行业 名称 二类工业负荷密度指标调查( w m 2 ) 食品亨达5 0 5 呼和浩特纺织华昌纱线 6 1 8 医药莱士血制品 4 8 6 由表2 - 2 和表2 3 中数据可以看出，不同地区的工业负荷密度指标存在一定的 1 2 华北电力大学工程硕士学位论文 差别，这主要与各地区的发展水平及当地的实际情况有关。结合乌兰浩特城区的实 际发展规划，最终确定一类工业用地指标为3 5 w m 2 ，二类工业用地指标为5 0 w m 2 。 图2 2 给出了工业用地的负荷预测曲线。 图2 - 2 工业用地负荷预测曲线 3 商业金融 乌兰浩特城区内的商业金融用地，布置有百货、餐饮、贸易、小商品市场等。 另外在居住区分布有部分商业金融用地，服务于居住区内的居民生活。 参考表2 4 中相应负荷密度指标，并考虑到乌兰浩特城区的实际情况，确定商 业金融负荷指标为7 0 w m 2 。 表2 - 4 商业金融调查指标 调查对象行业商业金融负荷密度指标( w m 2 ) 河北保定北国商场 商业6 0 石家庄金融交易大厦商业 5 7 呼和浩特维多利商厦 商业8 1 河北保定工商银行金融 7 6 呼和浩特建设银行金融 6 9 集宁农村信用合作社 金融6 5 图2 3 给出了商业用地的负荷预测曲线。 图2 - 3 商业用地负荷预测曲线 4 行政办公 乌兰浩特城区内行政办公用地负荷密度指标按占地面积计算，取为4 0 w m 2 0 图2 - 4 给出了行政办公用地的负荷预测曲线。 图2 - 4 行政办公用地负荷预测曲线 2 3 负荷增长趋势及负荷特性分析 乌兰浩特配电网2 0 0 0 年 - - 2 0 0 8 年配电网负荷历史情况如表4 5 所示。图2 5 给出了行政办公用地的负荷预测曲线。 1 4 华北电力大学工程硕士学位论文 表2 5 乌兰浩特配电网电量负荷历史数据表单位：亿k w h 网供 全社 分产业用电量( 亿k w h ) 人均 人均 最大 供电最大负会用 供电用电 生活 年份量( 亿荷利用 电量 人口量 用电 负荷 一产 二产三产居民 ( 万人)( k w h ( k w h k w h ) 小时数 ( 亿 量 k w h ) 人) 人) 2 0 0 0 年 3 8 71 5 84 0 9 3 0 21 5 8o 0 2o 4 l0 4 l0 7 42 6 9 4 5 8 7 9 32 7 6 3 3 2 0 0 1 年 4 1 21 6 64 0 1 6 9 91 6 60 0 20 4 3 0 4 3 o 7 8 2 7 1 36 0 9 9 82 8 6 6 9 2 0 0 2 年4 2 11 7 34 1 0 6 8 9 1 7 3 o 0 20 4 50 4 50 8 l2 7 3 26 3 2 7 92 9 7 4 1 2 0 0 3 年 4 4 41 8 l4 0 8 5 5 91 8 lo 0 30 4 70 4 70 8 52 7 5 26 5 9 2 63 0 9 8 5 2 0 0 4 年 4 6 71 9 04 0 6 6 3 81 9 0o 0 30 4 90 4 9o 8 92 7 7 16 8 5 3 23 2 2 1 0 2 0 0 5 年 4 8 41 9 94 1 3 0 0 01 9 9o 0 30 5 l0 5 l0 9 42 7 9 l7 1 3 2 l3 3 5 2 l 2 0 0 6 年5 0 5 2 0 84 1 2 2 0 02 0 8o 0 3o 5 40 5 4o 9 82 8 1 07 3 8 6 83 4 7 1 8 2 0 0 7 年 5 3 92 1 84 1 5 1 0 02 1 8o 0 3 0 5 4 o 5 71 0 42 8 3 07 6 8 o o3 6 6 0 0 2 0 0 8 年 5 5 82 4 04 2 9 4 0 02 4 0o 0 30 6 2o 6 21