【正文】 ............................................................................. (425) 負(fù)荷預(yù)測中的影響因素分析負(fù)荷預(yù)測的核心和實(shí)質(zhì)是根據(jù)預(yù)測對象的歷史數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型描述其發(fā)展規(guī)律，精確的電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測工作必須建立在大量、全面及準(zhǔn)確的系統(tǒng)負(fù)荷及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上。系統(tǒng)負(fù)荷具有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律及變化規(guī)律?？梢员活A(yù)測，然而影響負(fù)荷變化的因素是多種多樣的，有突發(fā)事件、經(jīng)濟(jì)影響、天氣因素，日期類型、季節(jié)交替等，存在著多種不確定性及難以解析描述的非線性，因此為了使負(fù)荷預(yù)測結(jié)果可靠和準(zhǔn)確，必須了解影響負(fù)荷變化的因素。 經(jīng)濟(jì)因素電力工業(yè)是社會(huì)經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，電力工業(yè)服務(wù)于社會(huì)生產(chǎn)和人們生活，而電力系統(tǒng)所覆蓋區(qū)域的經(jīng)濟(jì)因素如人口、工業(yè)水平、農(nóng)業(yè)方式等都反映了一定的電力負(fù)荷需求，所有負(fù)荷的增長必然要受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人們生活水平的制約。隨著家庭生活電氣化程度的提高，居民負(fù)荷將占據(jù)越來越大的比例。另外，負(fù)荷管理及電價(jià)政策因素等電力網(wǎng)絡(luò)本身的管理政策也對負(fù)荷產(chǎn)生影響。經(jīng)濟(jì)因素對負(fù)荷一般在很長時(shí)間內(nèi)(例如1年)才會(huì)發(fā)生影響，對短期負(fù)荷影響不大，因此短期負(fù)荷預(yù)測可以不考慮經(jīng)濟(jì)因素。 時(shí)間因素對負(fù)荷有重要影響的時(shí)間因素主要有三點(diǎn):(1) 季節(jié)因素的影響伴隨著季節(jié)的變化會(huì)出現(xiàn)晝夜時(shí)間比例的變化、溫度的變化、人們生活習(xí)慣的變化等等，這些變化都會(huì)影響到負(fù)荷的變化。一個(gè)地區(qū)電網(wǎng)是冬季峰值型的或夏季峰值型的，常取決于季節(jié)因素。常見的季節(jié)因素有:日照時(shí)間變化、季節(jié)需求比例結(jié)構(gòu)的變化、假期生產(chǎn)大幅度減少。冬季，由于取暖負(fù)荷，日最低氣溫越低，居民用電負(fù)荷越大。夏季，由于防暑降溫負(fù)荷，日最高氣溫越高，居民用電負(fù)荷越大。(2) 日或周的周期性由于社會(huì)生產(chǎn)方式和人們生活習(xí)慣一般都會(huì)呈現(xiàn)工作和休息的交替變化，并且這種變化具有日或周的周期性，所以負(fù)荷的變化一般也會(huì)具有日或周的周期性。星期周期的負(fù)荷行為實(shí)際是工作日~休息日的負(fù)荷變化，在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，負(fù)荷預(yù)測只把星期類型劃分為工作日(星期一星期五)和雙休日(星期六一星期日)兩種類型，后來意識(shí)到星期六和星期天的預(yù)測曲線相差很大，才把星期類型劃分為工作日、星期六和星期日三種。(3) 節(jié)假日的影響節(jié)假日(如國慶、元旦、春節(jié)等)來臨時(shí)人們一般會(huì)休息很長一段時(shí)間并伴隨著大量的慶祝活動(dòng)，對負(fù)荷的變化影響很大，一般情況下節(jié)假日的負(fù)荷比正常日的負(fù)荷低很多，實(shí)際表明與節(jié)假日相近日期的負(fù)荷也會(huì)受到影響。法定及傳統(tǒng)節(jié)日的負(fù)荷明顯比正常日的負(fù)荷水平低，甚至節(jié)假日前后的負(fù)荷行為也要受影響。元旦、春節(jié)等節(jié)日的負(fù)荷與平時(shí)也有明顯不同。 天氣因素天氣因索對負(fù)荷行為有重要影響，由于許多負(fù)荷汁匕如空調(diào)、農(nóng)業(yè)灌溉等)都與天氣因素有關(guān)，所以天氣因素也是影響系統(tǒng)負(fù)荷大小的主要因素。天氣因素對系統(tǒng)負(fù)荷大小的影響主要表現(xiàn)為負(fù)荷大小的突然變化，其對負(fù)荷的作用主要體現(xiàn)在對短期負(fù)荷的影響上。夏季連續(xù)的高溫天氣會(huì)導(dǎo)致一個(gè)夏季峰值負(fù)荷，同樣，冬季的寒流也會(huì)使負(fù)荷急劇增加。對于一個(gè)氣候條件不太確定的系統(tǒng)，需要考慮多個(gè)溫度變量和幾個(gè)區(qū)域的溫度變量。除了氣溫，影響負(fù)荷大小的其它天氣因素還有降水量、日照時(shí)間、風(fēng)速、風(fēng)力、陰晴等。不同的地區(qū)受不同的氣象因素影響，且影響的程度也不一樣，南方地區(qū)受降雨的影響大一些，而北方地區(qū)受日照和風(fēng)力的影響大一些。 算例分析某電網(wǎng)19811990年最大負(fù)荷及年電量的數(shù)據(jù)如下表41表41 某電網(wǎng)年最大負(fù)荷及年電量數(shù)據(jù)年份年電量 最大負(fù)荷MW最大負(fù)荷計(jì)算值MW相對誤差%200470207070200575807580200679608080200791308940200810040987020091039010400201010750109102011115701163020121260012630根據(jù)上述方法，求得該電網(wǎng)年最大負(fù)荷的預(yù)測模型為 ................................................................. (426)將2004—2010年的年電量代入式(26)得20042010年最大負(fù)荷的計(jì)算值。，最大負(fù)荷的計(jì)算值與實(shí)際值非常接近，相對誤差較小，表明式(26)較好地?cái)M合了最大負(fù)荷的變化規(guī)律。2011,、898. 65億實(shí)際最大負(fù)荷分別為11570、12600MW。將2011,2012年的年電量代入式(26)中，得到最大負(fù)荷的預(yù)測值分別為11630,12630MW，最大負(fù)荷的預(yù)測值與實(shí)際值的相對誤差只有0. 52%%，說明式(26)完全可以用來對該電網(wǎng)的年最大負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。注意：(1) 式(426)是作出一定假設(shè)后得出的，作出假設(shè)只是為了使推導(dǎo)簡化，對于每年來說，該式總是正確的。(2) 模型中的參數(shù)、與均值方差有關(guān)。表明模型本身考慮了負(fù)荷預(yù)測中的一些不確定因素。(3) 模型中年電量與年最大負(fù)荷必須相對應(yīng)，即年電量如果是發(fā)電量、供電量和用電量，那么年最大負(fù)荷必須是發(fā)電最大負(fù)荷、供電最大負(fù)荷和用電最大負(fù)荷。 本章小結(jié)本章研究了基于最大負(fù)荷預(yù)測的地區(qū)電網(wǎng)靜態(tài)安全分析方法，首先介紹了負(fù)荷預(yù)測的相關(guān)知識(shí)（基本概念、預(yù)測步驟）；描述了最大負(fù)荷預(yù)測的模型，在此過程中，詳細(xì)的討論了年電量與年最大負(fù)荷的關(guān)系以及數(shù)據(jù)的預(yù)處理等知識(shí)；然后，本章詳細(xì)分析了在負(fù)荷預(yù)測過程中的影響因素，包括經(jīng)濟(jì)因素、時(shí)間因素、天氣因素以及其他影響因素。最后通過具體的算例來驗(yàn)證了該模型的合理性。第五章 城市電網(wǎng)預(yù)想事故分析靜態(tài)安全分析亦稱為“預(yù)想事故分析”。電網(wǎng)中的靜態(tài)安全分析一般是基于N1準(zhǔn)則對網(wǎng)絡(luò)元件進(jìn)行故障掃描和預(yù)處理，形成元件的故障集合，按照故障集合分別開斷系統(tǒng)中的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)元件，對開斷后的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行潮流計(jì)算，獲得系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)、支路及網(wǎng)絡(luò)元件的運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)，根據(jù)這些指標(biāo)的越界情況來檢驗(yàn)電網(wǎng)是否會(huì)在事故預(yù)想情況下發(fā)生線路過負(fù)荷或電壓不正常，并以此來檢驗(yàn)電網(wǎng)在發(fā)生故障之后是否依然能夠安全供電的能力。一般來講，靜態(tài)安全分析應(yīng)滿足N1準(zhǔn)則，即在N條支路的系統(tǒng)中，任意一條支路發(fā)生故障斷開，或變電站中某臺(tái)變壓器退出運(yùn)行，系統(tǒng)仍能保證安全穩(wěn)定供電，不致引起線路的過負(fù)荷或元件的電壓越限。 預(yù)想事故分析的基本概念預(yù)想事故分析是靜態(tài)安全分析的重要組成部分。所謂的預(yù)想事故分析是指針對預(yù)先設(shè)定的電力系統(tǒng)元件(如線路、變壓器、發(fā)電機(jī)等)的故障及其組合，確定他們對電力系統(tǒng)安全運(yùn)行產(chǎn)生的影響。預(yù)想事故分析的主要功能有以下三方面:(1) 由調(diào)度員的需要方便地設(shè)定預(yù)想事故。(2) 快速區(qū)分各種故障對電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的危害程度。(3) 準(zhǔn)確分析嚴(yán)重故障后的系統(tǒng)狀態(tài)。 傳統(tǒng)的預(yù)想事故處理方法在過去相當(dāng)長的一段時(shí)間里，人們將精力集中在輸電網(wǎng)的安全分析上，提出了輸電網(wǎng)安全分析的(N1)準(zhǔn)則，而對城市電網(wǎng)的安全分析關(guān)注的卻很少，并沒有提出一個(gè)合理的分析準(zhǔn)則。輸電網(wǎng)EMS(能量管理系統(tǒng))中的靜態(tài)安全分析是在考慮無故障情況下開斷一個(gè)或多個(gè)電力元件時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)表現(xiàn)。即進(jìn)行N1掃描式的故障選擇和分析，按照N1原則或事先排定的“開斷表”分別開斷系統(tǒng)的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件，一般采用補(bǔ)償法，少量修正因子表，通過前代回代即得開斷后潮流，獲得系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)、支路及網(wǎng)絡(luò)元件的運(yùn)行狀態(tài)，并計(jì)算給定的安全性指標(biāo)，然后對所有開斷按計(jì)算后的安全性指標(biāo)(如有功功率行為指標(biāo)和電壓一無功功率行為指標(biāo))的降序排隊(duì)，越在前面的開斷對系統(tǒng)的危害越大。 預(yù)想事故分析技術(shù)的發(fā)展(1) 減少分析的故障數(shù): 歷史上發(fā)生的大停電事故是多重故障引起的，但排列組合式的 n1, n 2,…(一重故障、二重故障?，n為網(wǎng)絡(luò)元件數(shù)) 設(shè)置預(yù)想故障的方式是不可取的，因?yàn)槊吭黾右恢毓收掀溆?jì)算量呈幾何級(jí)數(shù)增長。90年代初提出的定義故障組的方式比較好地解決了這一問題 。(2) 提高故障掃描速度:將欲分析的故障分為兩類，一類是對電網(wǎng)安全不構(gòu)成威脅的無害故障 ， 一類是威脅安全的有害故障，后者需要進(jìn)行詳細(xì)分析。故障掃描方法多種多樣，按是否進(jìn)行潮流計(jì)算分為間接法和直接法兩大類。而進(jìn)行潮流計(jì)算的直接法，為了加速計(jì)算又可分為兩大類，一是利用連續(xù)計(jì)算故障降低計(jì)算量的方法，二是按故障波及范圍縮小計(jì)算規(guī)模的方法。通常利用的降低計(jì)算量的方法有三種，一是利用疊加原理，二是采用稀疏向量技術(shù)，三是部分因子修正技術(shù)?？s小計(jì)算規(guī)模的方法有中心松弛法和邊界法等。(3) 故障詳細(xì)評(píng)估一般采用全潮流計(jì)算，但為了縮短時(shí)間也可以采用故障掃描中降低計(jì)算量和縮小計(jì)算規(guī)模的方法。 故障類型隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，可能出現(xiàn)的故障類型也在增多，根據(jù)不同的條件或準(zhǔn)則能夠?qū)收线M(jìn)行不同形式的分類。 對故障進(jìn)行分類的目的是:(1) 提高預(yù)想故障分析的準(zhǔn)確程度。(2) 降低預(yù)想故障分析的計(jì)算量:(3) 改善預(yù)想故障分析的靈活性和方便性在早期的預(yù)想故障分析中，一般只進(jìn)行n1掃描式的故障選擇和分析，即分別開斷系統(tǒng)的每個(gè)元件，計(jì)算電網(wǎng)的狀態(tài)。隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)，絕大多數(shù)單重元件的開斷已不構(gòu)成對系統(tǒng)有危害的故障。況且極少數(shù)構(gòu)成危害的單重元件的開斷的影響范圍和安全對策己被調(diào)度人員所熟悉。因此這種機(jī)械的n1掃描方式，在實(shí)用中由于效率過低而不受重視。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和結(jié)構(gòu)的變化，調(diào)度人員更重視的是多重故障分析，但若進(jìn)行n2或n3掃描方式則計(jì)算量將按雪崩的方式擴(kuò)展，在技術(shù)上是不現(xiàn)實(shí)的。90年代初出現(xiàn)了以故障集合方式代替n1掃描方式，其特點(diǎn)是能方便靈活地定義多重故障，因此是最實(shí)用的方式。故障集合是由有經(jīng)驗(yàn)的調(diào)度人員和運(yùn)行分析人員給出的，它包括各種可能的故障及其組合。 預(yù)想事故排序 預(yù)想事故掃描預(yù)想事故掃描是對故障集合中的故障進(jìn)行預(yù)處理，將其分為兩大類，一類是無需潮流計(jì)算即可確定為不會(huì)產(chǎn)生越限的“無害”事故，一類是需要通過潮流計(jì)算才能判斷其危害程度的“有害”事故。預(yù)想事故掃描的目的是用較短的時(shí)間盡可能多地淘汰“無害”事故，但又不能漏掉一個(gè)“有害”事故。 事故掃描的方法:(1) 間接法:不直接計(jì)算事故后的功率和電壓，僅利用產(chǎn)生事故時(shí)的某些數(shù)據(jù)進(jìn)行排隊(duì)，該方法快速性好、精度低。對非線性變化較強(qiáng)的事故(例如電壓和無功類故障)和非連續(xù)變化的模型(如機(jī)組無功越限和變壓器分接頭的變化)會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。(2) 直接法:對每一事故后的系統(tǒng)，進(jìn)行詳細(xì)的潮流計(jì)算，從而判斷該事故的嚴(yán)重程度。但該方法所用的時(shí)間十分長，不實(shí)用。預(yù)想事故的掃描先將故障分解為解列性事故和非解列性事故，解列性事故可立即歸類于“有害”事故。系統(tǒng)解列性事故關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，屬于最為嚴(yán)重的事故，但判斷解列性事故是十分容易的。這里介紹基于因子分解表對角元素項(xiàng)的判別方法。這種方法是:按快速分解法分解(或修正)節(jié)點(diǎn)電納矩陣之后，考察因子表的對角線是否有零項(xiàng)，有零判為解列，無零判為無解列。簡單原理：對于有n個(gè)母線的系統(tǒng)來說，滿足功率平衡條件的方程只有n1個(gè)是線性獨(dú)立的，即矩陣的秩為n1。當(dāng)系統(tǒng)解列為多島之后，每個(gè)島均要滿足功率平衡方程，如果分為2個(gè)島:，獨(dú)立功率平衡方程為：，而，故此時(shí)矩陣的秩小于n1，因子表的對角線必然會(huì)出現(xiàn)零元素。 行為指標(biāo)通過事故分類，在濾掉了解列性事故，其它事故可以用事故的行為指標(biāo)近似判斷其對電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的危害程度。由于系統(tǒng)規(guī)模比較大，通常根據(jù)運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)，對系統(tǒng)中可能發(fā)生的事故形成預(yù)想事故集，然后對預(yù)想事故集中的各種事故進(jìn)行分析，計(jì)算表示事故嚴(yán)重程度的行為指標(biāo)，在計(jì)算時(shí)間允許的情況下，對若干嚴(yán)重的事故進(jìn)行具體分析，以確定事故發(fā)生后應(yīng)采取的校正措施。行為指標(biāo)就是根據(jù)系統(tǒng)事故后的某些狀態(tài)量的近似值來反映系統(tǒng)事故后的嚴(yán)重程度。對行為指標(biāo)的要求可歸納為盡量正確反映事故對系統(tǒng)影響程度、便于計(jì)算的快速性。行為指標(biāo)有：基于支路有功潮流、基于母線電壓、基于母線電壓和無功功率注入三種?，F(xiàn)在實(shí)際的系統(tǒng)采用的各種不同形式的行為指標(biāo)可以總結(jié)成如下形式: ............................................................................... (51)式中為系統(tǒng)的行為指標(biāo)。,為加權(quán)系數(shù)。為衡量系統(tǒng)參數(shù)變化的函數(shù)。表示系統(tǒng)中支路有功功率、無功功率及節(jié)點(diǎn)電壓變化的參數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大時(shí)，相應(yīng)的預(yù)想事故集中的事故數(shù)目也會(huì)比較多，一般不可能在限定的時(shí)間內(nèi)對預(yù)想事故集中所列的所有事故逐個(gè)進(jìn)行分析以確定相應(yīng)的校正措施。通過對電力系統(tǒng)安全分析中在線預(yù)想事故篩選應(yīng)用的分析，可以得出：(1) 沒有任何一個(gè)簡單的行為指標(biāo)可以簡單地捕捉整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)。(2) 幾種具有互補(bǔ)性指標(biāo)的聯(lián)合應(yīng)用效果要優(yōu)于單個(gè)行為指標(biāo)的效果。(3) 行為指標(biāo)的得出可以通過部分或簡化計(jì)算得出。采用以上的行為指標(biāo)對預(yù)想事故進(jìn)行排序可能會(huì)出現(xiàn)遮蔽現(xiàn)象，即一個(gè)可能引起多個(gè)系統(tǒng)支路出現(xiàn)重載但并未過載的預(yù)想事故，其行為指標(biāo)反而高于只有個(gè)別支路產(chǎn)生越限的預(yù)想事故的行為指標(biāo)。從而引起排隊(duì)順序的錯(cuò)誤，漏掉了對有危害的預(yù)想事故的分析。因此，對行為指標(biāo)做如下改進(jìn): ...................................................................... (52)式中為懲罰函數(shù)； ................................ (53)其中為限值，N為預(yù)想事故集合中的預(yù)想事故數(shù)。在行為指標(biāo)中加入如上的懲罰函數(shù)后可以避免因?yàn)槎鄺l支路重載的行為指標(biāo)反而比個(gè)別支路越限的行為指標(biāo)高的現(xiàn)象。 計(jì)及故障率的預(yù)想事故排序的模型和算法電力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中，系統(tǒng)中的事故總是隨機(jī)發(fā)生，發(fā)生各種事故的概率也不相同，在上述預(yù)想事故排序時(shí)，應(yīng)該考慮事