电能计量自动化及负荷预测的优化分析

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  深圳供电局有限公司 广东深圳 518000
  摘要:电能计量自动化系统能及时收集和全面掌握客户的用电信息,对计量装置工作状况进行监测。系统有关负荷管理功能的深入开发应用,不仅是电网正常运行的基础保障,实现了资源的优化配置,也提供了先进的管理工具,促进供电企业的精益化管理,提高了经济效益,同时为电力客户提供进一步的拓展服务,提升了服务能力。本文总结了电能计量自动化采集系统的构成和作用,阐述了各类型电能采集系统的优缺点,针对负荷预测算法的数学模型建立和优化,证明了电能自动化采集系统对负荷预测的积极影响,提高了预测的准确性和有效性。
  关键词:电能计量;自动化;负荷预测;优化;分析
  负荷预测是根据历史负荷推测它的未来值,所以,负荷预测的对象是不确定事件。因此使得负荷预测具备有准确性、条件性、时间性、多方案性等特点。本文分析说明电能采集系统的建设和推广对于供电局管理人员能够提高管理效率,减少人力成本;对于电网信息的监视、交易管理能够提供确切的依据和支撑作用,对于后台分析、负荷预测能够提高准确度和提供分析依据,对于电力企业提高管理效率和提高经济效益具有积极的影响。
  一、计量自动化系统的构成及优越性
  (一)大客户负荷管理系统
  大用户包括各类冶炼、化工厂,在全社会用电负荷中占主要地位,这些负荷受自然环境影响较小,受社会影响较大。由于其负荷的重要地位,大用户用电发生异常时对网供量、对售电效益产生的影响也是最大的。大客户负荷管理系统能够为供电局后台监控提供真实准确的用电信息,保证了管理人员及时、准确地发现大用户的异常用电,能明显体现出计量自动化建设对负荷管理和负荷预测的积极效果。
  (二)低压集抄
  低压集抄主要面对居民用电,它的作用是把居民电表的信息集中起来,再统一外送。虽然智能电表也能够直接上传信息,但是对于居民密集区域,低压集抄的优势则体现出来。对于大量的抄表数据,首先,比人工抄表提高了抄表效率、降低了人为误差率;其次,能够利用后台系统进行用户统计、分析、预测等大范围的管理工作,为负荷预测及电网规划提供充足依据。
  (三)配变管理系统
  配變管理系统除了对配变运行状态进行监视以外,还能够配合低压集抄对台区进行用电监视,通过分析比较得到线损情况;同时可以帮助及时发现异常用电情况。
  二、计量自动化系统对短期负荷预测的影响
  (一)负荷预测方法
  1.回归分析法
  根据负荷的历史水平,用统计学方法中的回归分析法对负荷的观测数据进行统计分析和预测。模型分为一元线性回归、多元线性回归和非线性回归等。回归分析法的优点是精度较高,适用于中短期预测;缺点是规划期内的总产值无法详细统计以及只能预测出综合用电水平,无法预测各区用电水平。
  2.灰色模型法
  灰色模型针对含有不确定因素(例如某个时间点的电能采集失败)的系统进行预测,该模型以灰色系统理论为基础,能够在缺乏数据的情况下找出一个时段内的规律,建立起负荷预测模型。灰色模型方法分为普通模型和优化模型。前者属于指数增长型,当负荷按照指数规律增长时,预测精度高,计算简单。但对于波动性的负荷,预测误差较大,不适宜用此方法预测。优化灰色模型把波动的数据组变换为规律性增强的呈指数规律增长的序列,提高了该方法的适用范围。这种方法要求数据少,不要求变化趋势和分布规律,计算简便,精度高,只要保证数据不要过于离散,则十分适用于短期负荷预测。
  (二)计量自动化对负荷预测的影响
  1.提高输入数据质量
  如上述介绍,回归分析法时建立在大量的历史负荷水平上的,历史数据越多越准确,回归分析法的结果也就越精确;灰色模型法不需要大量输入数据,但是对输入数据的准确性很高;时间序列法对输入数据的连续性要求高。根据第1章的描述,计量自动化系统的优越性能够保证这些计算方法所需要的输入数据具有范围广、数量多、准确度高的特点,从而为负荷预测工作提供前提。
  2.方便电量数据管理
  负荷预测过程中产生的数据,可以由后台的数据库和管理软件进行管理,通过计量自动化系统的统计形成负荷报表,对数据按照时间和区间可进行对比分析,寻求规律和发现异常情况。以便进行监测故障、监测窃电、总结报告、近远景规划等工作。
  三、工程实例
  某市从2009年开始逐步推行电能计量自动化系统建设,从历史数据获得2009年以前的用电数据(单位:万千瓦时),从计量自动化系统数据库获得2009年以后的用电数据。数据包括用相同计算方式得出的预测用电量和实际用电量。
  (一)预测误差变化
  抽取每年的1月份为典型月,·计算每日预测值与实际值之间的误差,并以相对实际值的一百分比表示,计算每日预测一误差平均值,绘制出从2006年至2013年间典型月日均预测一误差(单位:百分比)变化曲线,如下图1所示:
  典型月日 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
  平均误差% 2.648 2.628 2.645 2.156 1.555 1.448 1.137 1.057
  图1 20062013年1月用电量预测日均误差变化曲线
  从上图可见,在2006年~2009年期间,1月份的负荷预测一误差在平均每日2.6%左右,从2009年起,预测误差明显减小,随后数年,随着一计量自动化的逐步建设,预测误差也在逐步减小,稳定在日均误差1.1%左右,可以看到,负荷预测的一误差在近几年逐步稳定下降并保持在一定范围内。
  (二)典型月日负荷曲线分析
  取2011年1月的每日预测用电量和实际用电量分析,并一计算预测一误差:   表2 2011年1月每日电量表(单位:万千瓦时)
  日期 预测值 实际值 误差 % 日期 预测值 实际值 误差 % 日期 预测值 实际值 误差 %
  1 3696 3614 82 2.3 11 3708 3765 -57 -1.5 21 3379 3421 -42 -1.2
  2 3561 3471 90 2.6 12 3723 3863 -140 -3.6 22 3427 3447 -20 -0.6
  3 3634 3637 -3 -0.1 13 3656 3692 -36 -1.0 23 3443 3453 -11 -0.3
  4 3627 3606 21 0.6 14 3657 3602 55 1.5 24 3489 3504 -15 -0.4
  5 3259 3511 -252 -7.2 15 3605 3583 22 0.6 25 3476 3491 -15 -0.4
  6 3202 3451 -249 -7.2 16 3625 3573 52 1.5 26 3466 3468 -2 -0.1
  7 3606 3577 29 0.8 17 3492 3615 -123 -3.4 27 3470 3477 -7 -0.2
  8 3620 3642 -22 -0.6 18 3565 3618 -53 -1.5 28 3453 3460 -7 -0.2
  9 3705 3724 -19 -0.5 19 3508 3601 -93 -2.6 29 3297 3300 -7 -0.1
  10 3734 3745 -11 -0.3 20 3348 3384 -36 -1.1 30 3345 3352 -7 -0.2
  31 3300 3326 -26 -0.8
  绘制成柱状图和折线图如下:
  图2 2011年1月每日电量(单位:万千瓦时)及误差(单位:%)
  从图中可见2011年1月各日的预测用电量、实际用电量变化和预测一误差变化,本月预测最大用电量出现在1月10日,为3734万千瓦时,实际用电量为3745万千瓦时;预测最小用电量出现在1月6日,为3202万千瓦时,实际用电量为3451万千瓦时。尤其应注意的是,折线在几个位置出现了突变,分别为1月5,6,12,17日,意味着实际值和预测值有较大差距,提醒管理人员应重点对这几天的电气信息监视数据进行分析。
  四、结束语
  如今,电能计量系统自动化的应用愈加广泛,更加适应了电力企业发展的需要。能计量自动化系统实在社会需求迫切的形势下建设和应用的,其以客户为中心,具有保证供电企业有序用电、负荷控制、市场管理、电费结算、预购电、远程抄表等业务,能统计线损四分、统计供电质量、统计供售电量和客户节能评估等,它的推广与应用不仅减少了资源消耗和環境污染,而且还提高了企业电网经济运行管理水平和经济效益。
  参考文献:
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  上接第291页
  从而可减少约1/3的停电时户数。3.3 提高设备质量 缩短检修时间新建变电站的断路器应选质量好、可靠性高、少维护和少检修的开关设备,如GIS、SF6、真空开关、全封闭式电器等。10 kV出线开关尽可能采用真空开关,开发区内重点变电站可以引进设备为主。对老式的少油开关,遮断容量不足的开关,有条件地逐步以真空开关替代。取消砖墙结构,大力推广开关拒及封闭式电器,提高设备的运行可靠性。有条件的地方逐步推行带电检测装置,如氧化锌避雷器的带电检测装置、红外线测温仪测量接点温度、变压器的带电检测装置、开关的带电检测装置等。配电网方面,应逐步采用环网结线和环网开关,开发区内先搞一、二个试点。首先考虑配电线路自动化,当发生故障后能自动隔离故障区段,自动恢复对非故障区段的供电,然后考虑自动抄录电表。配电导线在开发区内采用电缆,其它市区部分有条件的也改用电缆并逐步推广采用绝缘导线,近郊及远郊仍可以架空导线为主。同时要推广使用故障指示器,缩短故障寻找时间。要减小配变容量,缩小供电半径,推广采用40 kVA箱式变,按一只箱式变可供二幢楼左右来设计。配变的高压跌落式熔丝逐步要换成带消弧杆的跌落式熔丝,减少配变检修对用户的影响。
  4.结论
  4.1 影响配电系统供电可靠性的供电设施,按设备分类有变电类和线路两大类:变电部分有互感器、隔离开关、避雷器、耦合电容器、阻波器、继电保护、自动装置、其它设备等;线路类有架空线路、电缆线路、柱上开关等。另外开闭所和配电室部分有断路器、熔断器、自动补偿装置等。
  4.2 影响配电系统供电可靠性的技术原因有设备过载(过负荷)、损坏、局部过热、漏油、熔断、倾斜、空气污染、进水、烧损、爆炸、腐蚀、磨损、松动、变形、断裂、击穿、绝缘不良、短路、接地、污闪、误动、拒动、断线、闪络、断股、倒杆(塔)、沉陷等等。
  4.3 影响配电系统供电可靠性的责任原因有:设计不周、产品产量不良、安装不良、检修不良、运行处理不当、维护不当、指挥不当、设备失修、超役运行、爆破、动物事故、用户影响、自然灾害、老化、规程不当、计划检修、临时检修、交通运输、盗窃、破坏、人员过失、树木生长或倾倒、市政建设、配网限电、用户临时申请停电等。
  4.4 提高配电系统供电可靠性的途径和措施应主要从加强城市网改造,提高设备质量,缩短检修时间,改革停电检修制度,逐步推广“状态检修”。
  上接第292页
  2.3 移动基站通信电源系统的可用性设计
  整流模块故障将无法实时发现,为保障电源系统的安全运行,这种监控系统暂时不应取消备用模块。需要补充适配器、充电器、移动电源三者之间的关系,充电器如何检测移动电源中是否写有QC2.0快充协议,移动电源做了哪方面的适应性改进(即与现有的无法实现快充技术的移动电源在电路结构上有哪些不同)等。对移动电源进行充电,以及移动电源对手机等电子消费品进行充电时,按目前的模式充电速度比较慢,耽误和占用使用者的大量时间。
  2)将使电源整流模块的利用率提高,系统的配置更加合理。移动电源和其他所有的行业一样,市场竞争到最后拼的都是品牌,品牌就代表着企业自身在行业里的位置,代表了该品牌产品品质在消费者心中的关注度。企业做好产品,做好品牌,扩大自己的影响力。电源模块的带电插拔可使电源系统的维修时间最短、维修难度最低。3)且蓄电池的寿命也不是一劳永逸的,有些蓄电池甚至5~6年后就需要更换,而目前交流电网的质量在不断提高。可进一步拓展和完善报警功能,如增加移动电源工作环境温度异常(高于或低于工作温度)报警等,细分报警的性质和等级等。蓄电池的均浮充电压根据蓄电池的环境温度由监控自动进行补偿调整,使蓄电池在各种环境温度下都能保持满容状态。
  3.结语
  移动基站的特殊工作环境与工况,决定了对移动基站通信电源系统的特殊要求。结合为移动基站提供电源的实践与经验教训,利用该电源管理系统,可显著延长采用移动终端的电池使用时间,从而在不影响高性能应用的情况下,大大延长其待机时间。
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