电力系统短期负荷分类及特性分析.doc

电力系统短期负荷分类及特性分析1 电力负荷的分类11、工业负荷22、城市民用负荷23、商业负荷24、农村负荷32 电力负荷特性分析33负荷预测特点及基本原理7（1）不准确性8（2）条件性8（3）时间性8（4）多方案性8（5）负荷预测的地域效应9（1）可知性原理9（2）可能性原理9（3）连续性原理9（4）相似性原理10（5）反馈性原理10（6）系统性原理10为了准确、高效准确地进行负荷预测，首先必须对短期负荷的性质和分类有一个比较深入的认识，充分了解和掌握短期负荷序列的构成和内在特性是准确预测负荷的前提。长期的研究表明，短期负荷的浮动是由多种因素共同影响的，根据影响负荷序列预测精度的不同，影响因素可划分为内在随机因素和外在随机因素，其中外在随机因素包括天气因素、重大节假日、经济因素等，而内在随机因素是由系统内部的确定性非线性因素影响的结果。因此，电力负荷不仅受到系统内在的影响，也受到外在随机性影响因素的影响，只有充分了解和掌握了负荷的特点、熟悉负荷的变化规律，才能准确地建立起符合实际情况的预测模型，提高预测精度。1 电力负荷的分类用电分类是说明国民经济各部门的用电情况和变化规律的，它是反映电气化发展水平和趋势的指标，用于分析研究经济增长与电力生产增长、社会产品增长与电力消耗量增长的相互关系，是负荷预测和电力分配的依据。电力系统负荷一般可分为城市民用负荷、商业负荷、农村负荷、工业负荷以及其它负荷，不同类型的负荷具有不同的特性。1、工业负荷工业负荷是指工业企业用于工业生产的用电。工业用电有两大特点，一是用电量大，在目前我国的用电构成中，工业用电量的比重占全社会用电量的75%左右；二是工业用电比较稳定。无论是重工业还是轻工业，无论是冶炼业还是加工业，电力负荷在月内、季度内的变化是不大的，比较均衡。除少数季节性生产的工厂外，大部分工业的生产用电受季节性变化的影响小。由于工业用电量大，且比较稳定，就为电力负荷的预测提供了方便。只要我们准确地预测出工业用电量和用电负荷，就能比较准确地预测出系统的总的电量需求量和综合电力负荷。2、城市民用负荷城市民用负荷主要指城市居民的用电负荷，包括居民家用电视、微波炉、空调、冰箱、取暖等电气设备的用电负荷。居民用电负荷的特点与人们的日常生活和工作的规律紧密相关，在时间方面表现出较强的规律性。随着我国经济的发展，人民生活电气化程度日益提高，民用负荷在整个电力负荷中所占的比例越来越大，尤其是在冬季和夏季，民用的取暖负荷和空调负荷已成为影响电力负荷的重要因素，在用电高峰季节时也是系统拉闸限电的重要原因之一。城市民用负荷的特点是：具有经常的年增长、明显的季节性波动、受温度等气象因素的影响较大，其季节性的变化可直接影响系统峰值负荷的季节性变化。3、商业负荷商业负荷主要指商业部门里的照明、空调、动力等用电负荷，覆盖面积大，且用电增长平稳。虽然商业负荷在电力负荷中所占比例不及工业和民用负荷，但商业负荷中的照明类负荷占用电力系统高峰时段。改革开放以来，随着人民生活水平的不断提高，推动了商业以及餐饮、供销、仓储等行业的发展，用电量也迅速增长，以后仍将会有较快增长。4、农村负荷农村负荷主要指农村居民用电和农业生产用电。农业用电在全社会电力消耗中的比重不大，但是，农业用电有一个突出的特点，即季节性很强。从负荷特性上看，农业用电在日内的变化相对较小，但在月内，尤其在季度内，负荷变化很大，呈现出很不均衡的特点。例如排灌用电，冬季负荷很小，负荷率低达0.1，而夏季负荷很大，负荷率高达0.9以上，差别很大。此外，由于农业用电负荷集中的时间与城市工业负荷高峰时间存在差别，所以对提高电网负荷率有好处。负荷组成方式和所占比例的不同，决定了负荷特点的不同，也决定了相应因素对负荷的影响不同，其表现是：不同地区的负荷对同一影响因素的相应特性具有差异；对同一地区的不同时期，同一影响因素对负荷的作用大小也会不相同。2 电力负荷特性分析近年来随着人们的生活越来越丰富，节假日对电力的使用也有增无减，因此节假日类型的负荷也具有相似性，但因为工业用电量比居民用电量要大得多，所以工作日的用电量还是大于节假日的用电量。随着市场经济在我国的发展，电力需求增大，有的地区电力供应不足，工厂企业在周末或节假日安排的加班较多，这就提升了周末或节假日期间的工业负荷比重，这就使得工作日和周末的用电负荷值差别不大，但是工作日负荷构成和周末的负荷构成和特点是不同的，电力负荷内在仍然呈现周周期变化的特点。图1是实际电网2004年7月26日至8月15日连续三周的日负荷变化曲线，图中的负荷曲线清晰地表明了电力负荷的周周期性是以7天为一个大周期变化的电力系统的负荷是时刻在变化的，不但按小时变、按日变，而且按周变、按年变。因此我们在了解电力负荷分类的基础上还需对负荷的特点有一定的认识，才能针对负荷的特性采用恰当的预测方法，得到符合精度要求的预测负荷值，更好地为电力系统的调度和运行提供依据。电力系统负荷与社会、经济、政治、气象等众多的因素有着依赖和被依赖等极为复杂的关系。一方面，电力负荷呈现一定的变化趋势；另一方面，负荷有可能在短时间内出现波动，这是很多因素综合起来导致的；因此在进行电力系统负荷预测时，要充分了解电力负荷的这些特点，在充分分析、掌握并利用其规律性的基础上，兼顾各种因素的影响。电力短期负荷是按周期性变化的，因为人们和工厂企业的用电需求是按周期性变化的，比如在工作日需求量会比较大，在节假日相对小。电力负荷的周期性不仅体现的周周期性，同时也体现在年周期性，甚至在一天之中，电力负荷也呈现出周期性变化。电力系统负荷的周期性是负荷的一种内在规律，是指在一定的时间内，负荷变化具有重复性。负荷周期性包括：年周期性、周周期性和日周期性。负荷变化的年周期性是指以一年为周期的负荷变化中体现出的规律，对于同一地区负荷的组成成分和比例在连续几年内一般不会出现巨大的变化，负荷年变化趋势是由于季节变化而引起，因此，其年变化趋势大致相同。负荷变化的年周期性是进行年负荷和月负荷等中长期预测的基础。负荷变化的周周期性是指在一周七天中负荷变化中体现出来的规律性，这与人们的日常生产、生活和学习大都是以周为单位安排计划有关。一般地讲，公休日的负荷水平较低，工作日的负荷水平较高，这一特点与人们的日常生产、生活习惯紧密相连的。一般工作日期间，负荷的主要组成为工业负荷，这些工业负荷在工作日期间通常处于稳定的运转之中，因此工作日的负荷变化具有相似性；而周末或节假日期间，工业负荷所占比重大幅度下降，而居民生活用电、餐饮业。图1 连续三周的日负荷曲线负荷变化的周期性是分析、掌握典型日负荷预测和日负荷预测的关键，也是进行典型日负荷预测和日负荷预测的基础。负荷变化的日周期性是指以一天二十四小时为周期的负荷变化所体现出的规律性。从下图2.2中可以看出，负荷每隔24小时不断起伏，具有较大的周期性，即负荷的日周期性。一般地讲，每日负荷的峰荷有早高峰与晚高峰两部分组成，晚峰的峰荷较早峰的峰荷要高。根据负荷变化规律的不同将每日内的负荷又分为峰荷、谷荷、腰荷三个时段的负荷从本质上说，这三个时段负荷的组成是不同的，因此，他们的变化规律不同。在低谷期间，对应的时间是夜间，这是因为在这个时间段内，大多数人处于休息状态；在峰荷期间，对应的时间是白天，人们的活动较多，工厂处于运营状态，负荷的种类呈现多样性；而在腰荷期间，处于一个过渡的状态，负荷的组成正发生变化，因此这一期间负荷处于上升或下降状态。负荷变化的日周期性是进行日负荷预测、超短期负荷预测的基础。图2 连续一周的日负荷曲线负荷并不是一成不变的，也就是说，在下一周期并不是简单地重复上个周期的负荷变化。在每一个负荷周期内，负荷总会出现这样那样的变动，这也正验证了前面所说的，电力负荷受多种因素的影响。正是因为电力负荷受到多种因素的共同影响，所以在确定电力负荷的预测模型时，存在很多的困难，要做到零误差是很难的。为了保证系统稳定运行，必须避免对系统造成大的打击，无论是增加负荷或者是减少负荷都要在一定范围内进行，因此，负荷曲线一般情况下不会出现跃变。即负荷是具有连续性的。正是因为负荷具有为人们利用的内在规律，才使得负荷预测成为一种可能。电力负荷具有周期性的特点，也就是说在一个周期时间过后，负荷的走向又会与前一段时间相似，也就是说在整体上一个周期和下一个周期或者上一个周期大体相同。所以，有必要观察连续一段时期同一时刻负荷值的变化情况。图3是连续十五天工作日同一时刻负荷曲线，从图可以看出，在一段时间内，同时刻的负荷值是在一定的数值范围内发生波动，而且在数值上是比较接近的，因此，既然，电力负荷具有周期性的特征，在一定的时期内，负荷的变化必然是相似的，那么，其在每天的同一时刻的负荷值应该是相互接近的，即具有相近性。因此，本文现在来观察和研究连续一段时期同一时刻负荷值的变化情况。图3是连续十四天工作日同一时刻负荷曲线，从图中可以看出，在一段时间内，不同日期的同一时刻的负荷在数值上是相近的，同时刻的负荷值是在一定的范围内发生波动。图3 连续15天同一时刻的负荷曲线对于上述分析，需要指出的是不同的实际电力系统其负荷特征各具特色，因此，在实际的预测工作中，必须针对不同系统进行特性分析，以找出实际系统的本质特征，为高效建模及预测奠定基础。3负荷预测特点及基本原理虽然负荷变化具有随机性，但也具有规律，所以未来负荷是可以预测的。负荷预测是根据电力负荷的过去和现在推测它的未来数值，所以，负荷预测工作研究的对象是不肯定事件。电力负荷未来的发展受到多种多样复杂因素的影响，很难把握这些因素在未来某一时刻的状态，所以需要做出多种假设和简化，并采用适当的预测技术，才能较为准确地推知其发展趋势和可能达到的状况。这就使负荷预测具有以下明显的特点：（1）不准确性因为电力负荷未来的发展是不确定的，它要受到多种多样复杂因素的影响，而且各种影响因素也是发展变化的。人们对于这些发展变化有些能够预先估计到，有些却很难事先预见到，加上一些临时情况发生变化的影响，决定了预测结果的不准确性或不完全准确性。预测的不确定性使得预测结果只在一定范围内具有精确性。（2）条件性各种负荷预测都是在一定条件下作出的。对于条件而言，又可分为必然条件和假设条件两种，可靠的预测常常依赖于电力负荷的本质规律，这种预测条件就是必然条件，其预测结果往往是比较可靠的。而在很多情况下，由于负荷未来发展的不确定性，所以就需要一些假设条件。当然，这些假设条件不能毫无根据的凭空假设，而应根据研究分析，综合各种情况而得来。预测结果的前提条件也有利于用电部门使用预测结果。但是如果预测的假设条件被破坏，则可能预测将会失效。（3）时间性各种负荷预测都有一定的时间范围，因为负荷预测属于科学预测的范畴，因此要求有比较确切的数量概念，也需要确切指明预测的时间。（4）多方案性由于预测的不准确性和条件性，所以有时要对负荷在各种情况下可能的发展状况进行预测，就会得到各种条件下不同的负荷预测方案。同时应注意，预测方法的选择及预测模型建立对于预测的准确性往往有决定性的影响。（5）负荷预测的地域效应在不同负荷预测的地域内，负荷的构成及其比重是不同的，而且负荷特征也有所差别，负荷的影响因素也有所不同，因此预测结果的准确度也有所不同。一般来说，大电网负荷变化的统计规律性较强，其预测结果较准确。从上述可知，电力负荷预测工作不能仅仅依赖于负荷预测的计算机软件或负荷预测的数学模型，有丰富预测经验的人员可以根据预测期间的实际情况修正数学模型的预测结果，进一步提高预测的准确度。所以准确的预测是建立在科学的预测模型和丰富的预测实践经验的基础上。负荷预测工作是根据电力负荷的过去和现在、并按照电力负荷的发展变化规律，预计或判断其未来发展趋势和状况的活动，所以预测本身就是规律性和不确定性的矛盾统一体，所以为了提高预测效果，有必要科学地总结出如下的预测工作基本原理，以供用来指导负荷预测工作。（1）可知性原理预测的对象具有一定的规律，其未来的发展趋势是可以被人们所掌握，人们不但可以认识到它的过去和现在，而且可以通过总结它的过去和现在推测未来，这是人们进行预测活动的基本依据，负荷的可知性是由世界的可知性决定的。（2）可能性原理因为负荷的发展变化是在内因和外因共同作用下进行的。内因的变化及外因作用力的大小不同，会使事物发展变化有多种可能性，因此，对某一具体指标的预测，往往是按照其发展变化的多种可能性，进行多方案预测的。（3）连续性原理该原理指预测对象的发展是一个连续统一的过程，其未来发展是这个过程的继续。它强调了预测过程问题从过去发展到现在，再从现在发展到未来。它认为事物发展变化过程中会将某些原有的特征保持下来，延续下去。因此，认识事物的过去和现在，并掌握其变化规律就可以对其未来的发展情况利用连续性原理讲行预测。电力系统的惯性是我们进行负荷预测的主要依据。（4）相似性原理客观世界中有一些事物发展之间存在相似之处，人们可以利用这种相似性进行预测。在很多情况下，预测对象现在的发展过程和发展状况可能与另一事物过去一定阶段的发展过程和发展状况相类似，人们就根据后一事物的已知发展过程和状况来预测对象的未来发展过程和状况，这就是相似原理。在不同的时间框架下，电力系统负荷都具有很大程度的相似性，在影响因素相近的条件下，负荷水平相近，这种相似性为负荷预测工作提供了可以借鉴的样本，使预测者可以参考历史过去而推知未来的情况，从而得知未来预测的变化、发展