基于分类负荷预测法的电力负荷计算与预测模型研究

来源 :机电一体化 | 被引量 : 0次 | 上传用户:suny112233
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  【摘 要】本文运用数学归纳法及结合实际数据分析,研究分类负荷预测法预测模型中综合用电同时系数等参数取值,提出了运用分类负荷预测法对城镇规划用电负荷预测时各参数取值方案。
  【关键词】负荷密度;单位建筑面积用电指标;电力工程规划;负荷计算与预测;用电指标;容积率;用电需要系数;综合用电同时系数
  电力负荷计算与预测是城镇电力工程规划必不可少的内容之一,其结果用于推算出规划区域所需的10kV及110kV变电容量及该区域地块所需的10kV公共开关站、配电站等数量及所需10kV供电馈线回路数,从而对开关站、配电站数量及建筑面积、10kV供电馈线回路数及其敷设方式和路径进行预控,确保开发初期道路施工时各类管线的协调布局,确保地块开发设计阶段预留开关站、配电站数量及面积预控,由此可见,电力负荷计算与预测是城镇电力工程规划的关键,主导着城镇电网建设。目前,多使用分类负荷预测法进行电力负荷计算与预测,用分类负荷预测法一般将负荷划分为工业用电、农业用电、商业用电、居民生活用电及其它用电等五大类,然后对各分类负荷分别进行预测,相加乘以综合用电同时系数得到规划区域总用电负荷,该方法的优点在于:在某一负荷中,其增长趋势的不正常情况有可能被发现,并且由于各类负荷都得到预测,因此,总的负荷结果比较明确,缺点是:统计信息量大,计算指标、参数等确定难度大。下面运用数学归纳法及结合实际数据分析,对基于分类负荷预测法的电力负荷计算与预测模型的难点进行研究。
  1 分类负荷预测法的数学模型
  城镇规划根据城镇的发展目标与规划定位,制定出土地利用规划,形成了规划单元及建设用地性质,即分类地块,对应土地使用面积S,规定了建设用地使用强度控制指标,如容积率R等。下面根据城镇规划给出的已知条件建立电力负荷计算与预测的数学模型。
  1.1 根据已知条件土地使用面积建模
  当交通用地、道路广场用地、绿化用地、水域和其它非城市建设用地城镇规划中只能给出土地使用面积,则其空间负荷预测及其计算从数学角度来讲,只存在以下3种映射: f1、f2、f3。
  (1)F(x,y)→S(x,y)→L(x,y)→Lt1.
  式中:f1将分区(x,y)的特性 F(x,y)映射成土地使用面积 S( x,y);f2将土地使用面积 S(x,y)映射成分区负荷L(x,y);映射f3将分区负荷累加成系统负荷Lt2。
  M M
  (2)f2: L(x,y)=∑Si(x,y)×λi =∑Li(x,y);
  i=1 i=1
  (3)Lt1= f3(L(x,y))= ∑L(x,y).
  x,y
  式中:M为土地使用类的个数;λi为第i类的负荷密度;Si(X,Y)和Li(X,Y)分别表示分区(X,Y)的第i类土地使用面积和负荷。
  1.2 根据已知条件土地使用面积和容积率指标建模
  空间负荷预测及其计算从数学角度来讲,存在以下4种映射:f1、f2、f3、f4。
  (1)F(x,y)→S(x,y)→A(x,y)→L(x,y)→Lt2.
  式中:f1将分区(x,y)的特性 F(x,y)映射成分类土地使用面积 S( x,y);f2将分类土地使用面积 S(x,y)映射成分类地块地面以上建筑面积A(x,y);f3将分类地块地面以上建筑面积 A(x,y)映射成分类地块用电负荷L(x,y);映射f4将分类负荷累加成规划地块用电负荷Lt1。
  (2)f2: Ai(x,y)=Si(x,y)×Ri;
  M M
  (3)f3: L(x,y)=∑Ai(x,y)×Ci×Xi =∑Li(x,y);
  i=1 i=1
  (4)Lt2= f4(L(x,y))= ∑L(x,y)
  x,y
  式中:Ri为第i类地块容积率指标;Ci为第i类地块单位建筑面积用电指标;Xi为第i类地块用电需要系数; Si(X,Y)表示 第i类地块用地面积;Ai(X,Y) 表示第i类地块地面以上建筑物建筑面积;Li(X,Y)表示第i类地块用电负荷。
  由以上计算得出:
  (1)规划区域的电力负荷负荷L= (Lt1+ Lt2)×T,式中:T为表示规划地块用电综合用电同时系数。
  (2)规划区域所需的10kV变电容量为S10 = L / COSФ /Ч,式中:Ч表示 第i类地块用电需要系数;COSФ表示用电负荷功率因数。
  (3)规划区域所需的110kV变电容量为S110 = L×Rb ,式中:Rb表示110kV变电容载比,取值范围1.8~2.1,规划容载比可取2.0。
  (4)规划区域所需的10kV馈线回路数为N= INT (S10 / SL )+1 ,式中:INT(number)表示对number 向下取整,SL表示每回10kV线路控制装接配变容量,取值范围10000kVA~15000 kVA,通常根据规划区域负荷类型取值,规划10kV线路控制装接配变容量可取12000 kVA。
  (5)满足N-1所需10kV供电线路回路数(M)计算与规划的10kV网络接线模式有关,为提高上级电源10kV出线间隔利用率,建议按 “3供1备”的接线模式计算,则M=INT(N/3)+ N +1,式中:INT(number)表示对number 向下取整。
  2 分类负荷预测法的计算指标、参数确定
  在实际应用中,用电负荷计算结果的准确性,关键在于分类地块负荷密度(λi)、单位建筑面积用电指标(Ci)、分类地块用电需要系数(Xi)、规划区域综合用电同时系数(T)等取值,由于地区快速发展,城市建设日新月异,人民生活水平不断提高,加上节能减排的要求新技术新设备快速推广应用,使得国内外现行指标参数落后,取值成为计算的难点。因此,还需要结合现状搜集大量数据资料进行实测计算分析,如测量分析各类负荷的典型日负荷曲线,对现行指标参数进行修正,下面对常用指标参数取值进行细化和量化分析。   2.1 分类地块负荷密度(λi)、单位建筑面积用电指标(Ci)、分类地块用电需要系数(Xi)取值:
  (1)分类地块负荷密度(λi)是指单位面积用电负荷数,即分类地块计算负荷,是一个弹性比较大的指标,与建设用地强度控制指标有关,因此,较为适用仓储用地、城市交通用地、绿化用地、水域或其它用地等低容积率地块(0〈 R〈1)用电负荷计算,部分分类用地负荷密度可按下表取值。
  用电类别 用地负荷密度(MW/km2)
  仓储用地 普通仓储 2-3
  危险品仓储 3-4
  堆场 1-1.5
  城市交通用地 道路用地、广场用地、社会停车场/库 1.5-3
  绿化用地 公共绿化 1-1.5
  工业用地 单层厂房 20-50
  水域或其它用地 水域用地、耕地用地、村镇建设 0.5-1
  (2)单位建筑面积用电指标(Ci)是指单位建筑面积所需的用电负荷数,即动力及照明设备安装容量,是一个相对稳定的指标,只与建筑物面积有关,其优点是可以很直观的计算出各类用途的空间安装容量,然后按需要系数法计算其用电负荷,即分类地块的计算负荷,为保证计算结果的准确性,需尽量细分地块或建筑物用途,细化和量化指标参数,如居住用地的细化分为一二、三类居住用地,每类居住用地的单位建筑面积用电指标都不同,部分经细化和量化单位建筑面积用电指标可按下表取值。
  用电分类 建筑细化分类 用电指标(Ci)(W/m2) 需要系数(Xi)
  低 中 高
  居住用地 一类:设施齐全,电气化程度高,环境良好,供电负荷以成片低层居民住宅为主的高级住宅或别墅小区,中容积率。 60 70 80 0.35-1
  二类:设施齐全,电气化程度较高,环境良好,供电负荷以多、中、高层为主,高容积率。 50 60 70
  三类:分散居民住宅为主,电气化程度较低,仅有主要家电,或工业用地有混合交叉的用地,低容积率。 30 40 50
  公共设施 行政办公,如党政、企事业机关办公楼和一般写字楼、公寓等。 50 65 80 0.6-0.8
  商业、金融服务业,如商铺、金融市场、服务业、旅馆等。 60 80 120 0.6-0.8
  高级市场、高级写字楼、大型商场。 70 100 150 0.6-0.8
  体育。 30 50 80 0.6-0.8
  剧场。 60 70 80 0.6-0.8
  展览馆。 60 70 80 0.6-0.8
  大型车库。 10 15 20 0.6-0.8
  医院。 40 60 80 0.5-0.7
  高校、中专、技校、可研机构、科技园、设计院等科教机构。 45 65 80 0.6-0.8
  中小学。 15 20 25 0.5-0.7
  文物古迹。 20 30 40 0.5-0.7
  宗教活动场和社会福利院等。 10 20 30 0.5-0.7
  工业用地 一类工业:无干扰、无污染的高科技工业,如电子、制衣和工艺制品。 30 40 50 0.3-0.5
  二类工业:有一定干扰和污染的工业,如食品加工、制药、纺织等 40 50 60 0.3-0.5
  三类工业:机械、电器、冶金等中型、重型工业 50 60 70 0.3-0.5
  (3)需要系数(Xi)是一个与用电设备负荷率、效率、数量、工作情况及线路损耗、运行维护水平等有关的系数,是反映分类地块同时用电情况的动态参数,其取值与分类地块及建筑面积大小、负荷性质等因素有关,建筑面积越大,计算负荷越大,其取值应越小。合理选取需要系数对保证计算结果相对准确至关重要,以居住用地为例,根据《民用建筑电气设计手册》,可以推断地块用电需要系数(Xi)与地块地面以上建筑面积A(x,y)存在如下关联:
  户数 对应建筑面积A(x,y) 需要系数(Xi)
  20户以下 2000m2 0.6以上
  20-50户 2000-5000 m2 0.6-0.5
  50-100户 5000-10000 m2 0.5-0.4
  100户-250户 10000-25000 m2 0.4
  250户-600户 25000-60000 m2 0.35
  600户以上 〉60000 m2 0.3-0.33
  2.2 规划区域综合用电同时系数(T)等取值:
  用电同时系数是指用电设备组的全部设备并不同时运行,存在同时运行系数,在电力工程规划中,它是反映规划地块同时用电情况的动态参数,其取值总小于1,并与规划地块大小有着必然的关联,规划地块面积越大,其取值应越小。合理选取用电同时系数是保证整个规划区域负荷预测结果相对准确的关键,下面根据用电同时系数定义,运用数学归纳法对规划区域综合用电同时系数(T)取值进行推导。
  首先,确定单回10kV馈线用电同时系数,以10kV主干线采用YJV22-300mm2电力电缆为例,单回10kV馈线装接配变控制容量如下:(1)线路所供负荷以工业为主的,或是工业用户专线(工业负荷)时,线路装见容量控制标准为10000kVA;(2)线路所供负荷以成片居民住宅小区、事业机关、行政机关、大型商业、金融、大型写字楼、星级酒店为主(商业负荷)时,线路装见容量控制标准为12000kVA;(3)线路所供负荷以分散居民住宅为主时,线路装见容量控制标准为15000kVA。
  基于正常运行条件下,即变压器不出现重载,负载率〈80%,线路不出现重载,负载率〈80%,假如主干线安全电流为I,装接配变控制容量为S,则按标准装接配变容量控制的每回10kV馈线装接配变允许的最大用电同时系数为:Td = 3*10*I*0.8/S*0.8。以10kV主干线采用YJV22-300mm2电力电缆为例,(1)线路所供负荷以工业为主的,或是工业用户专线(工业负荷)时,Td =0.84;(2)线路所供负荷以成片居民住宅小区、事业机关、行政机关、大型商业、金融、大型写字楼、星级酒店为主(商业负荷)时,Td =0.7;(3)线路所供负荷以分散居民住宅为主时,Td =0.56。如果10kV馈线所接负荷包含以上三种类型负荷,则可根据各分类负荷占总负荷的比例(假设分别为Y1、Y2、Y3),通过加权计算确定规划地块单回10kV馈线用电同时系数Td = Y1*0.84+Y2*0.70+Y3*0.56。   然后,确定多回10kV馈线的综合用电同时系数,通常规划区域需多回10kV馈线供电,其综合用电同时系数可按公式:T=Xt* Td计算,Xt为综合用电同时系数修正系数。下面研究综合用电同时系数的取值方法。
  研究过程依据以下假设及规律进行推导:(1)假设用电设备组由N回10kV馈线组成,每回10kV馈线作为一个设备;(2)T取值随着用电设备组N的增加而减少,即KN≤KN-1(KN为用电设备组N对应的用电同时系数);(3)在用电设备组额定功率P相同的情况下(可认为每回馈线的装见10kV配变容量相当),有(N-1)* KN-19,则因,KN>KN-1*[(N-1)/N],故有KN-2>KN-3*[(N-3)/(N-2)],根据约定可知,KN-2 = KN-1 = KN ,故有KN>KN-3*[(N-3)/(N-2)],(N-1)/N>(N-3)/(N-2),由此可得,KN ≈ KN-3*[(N-1)/N],(N-1)/N即为求得的调整系数,由此求得综合用电同时系数速查表。
  10kV变电容量S10(MVA) 6-12 12-24 24-36 36-48 48-60 60-72
  10kV供电馈线回数N 1 2 3 4 5 6
  综合用电同时系数修正系数Xt 1 1 1 0.95 0.95 0.95
  10kV变电容量S10(MVA) 72-84 84-96 96-108 108-120 120-132 132-144
  10kV供电馈线回数N 7 8 9 10 11 12
  综合用电同时系数修正系数Xt 0.86 0.86 0.86 0.77 0.77 0.77
  10kV变电容量S10(MVA) 144-156 156-168 168-180 180-192 192-208 208-216
  10kV供电馈线回数N 13 14 15 16 17 18
  综合用电同时系数修正系数Xt 0.71 0.71 0.71 0.67 0.67 0.67
  10kV变电容量S10(MVA) 216-228 228-240 240-252 252-264 264-276 276-288
  10kV供电馈线回数N 19 20 21 22 23 24
  综合用电同时系数修正系数Xt 0.63 0.63 0.63 0.60 0.60 0.60
  10kV变电容量S10(MVA) 288-300 300-312 312-324 324-336 336-348 348-360
  10kV供电馈线回数N 25 26 27 28 29 30
  综合用电同时系数修正系数Xt 0.58 0.58 0.58 0.56 0.56 0.56
  10kV变电容量S10(MVA) 360-372 372-384 384-396 396-408 408-420 420-432
  10kV供电馈线回数N 31 32 33 34 35 36
  综合用电同时系数修正系数Xt 0.54 0.54 0.54 0.52 0.52 0.52
  10kV变电容量S10(MVA) 432-444 444-456 456-468 468-480 480-492 492-504
  10kV供电馈线回数N 37 38 39 40 41 42
  综合用电同时系数修正系数Xt 0.51 0.51 0.51 0.50 0.50 0.50
  10kV变电容量S10(MVA) 504-516 516-528 528-540 540-552 552-564 564-576
  10kV供电馈线回数N 43 44 45 46 47 48
  综合用电同时系数修正系数Xt 0.49 0.49 0.49 0.48 0.48 0.48
  10kV变电容量S10(MVA) 576-588 588-600 600-612 612-624 624-636 636-648
  10kV供电馈线回数N 49 50 51 52 53 54
  综合用电同时系数修正系数Xt 0.47 0.47 0.47 0.46 0.46 0.46
  10kV变电容量S10(MVA) 648-660 660-672 672-684 684-696 696-708 708-720
  10kV供电馈线回数N 55 56 57 58 59 60
  综合用电同时系数修正系数Xt 0.45 0.45 0.45 0.44 0.44 0.47
  注:10kV馈线配变装见容量按10MVA~12MVA考虑。
  3 结语
  城市要建设,规划必先行,经济要发展,电力必先行。随着社会不断进步,国民经济的高速发展,城市化进程不断深入,城市规划变得越来越重要,高质量的城市规划是前瞻性、实用性、服务性、协调性、经济性的统一,电力工程规划作为城市规划的重要组成部分之一,是对城市未来用电水平的规划,本文针对城市规划电力负荷计算与预测常用的“分类负荷预测法”数学模型中分类地块负荷密度(λi)、单位建筑面积用电指标(Ci)、分类地块用电需要系数(Xi)、规划区域综合用电同时系数(T)等取值提出了独自的见解,希望在实践中不断验证和完善。
  参考文献:
  [1]《中国南方电网公司“十二五”110千伏及以下配电网规划编制技术规定》.南方电网计,2011.
  [2]《佛山市近期电网建设规划(2011-2020)》(政府批复稿).
  [3]菊平,马大强.电力系统负荷建模.水利电力出版社,1995(1).
  [4]樊亚亮,王昌照,廖立基.等.电网规划与城市规划相结合的探讨[J].广东输电与变电技术,2005(4).
  [5]徐辉.电力系统负荷预测方法及特点[J].山东电力技术,2004 (6).
  作者简介:
  郑星炯(1965.1—),男,民族:汉,籍贯:湖南省长沙县,工程师,研究方向为电网规划。
  梁举雄(1974.11—),男,汉族,籍贯:广东顺德,助理工程师,研究方向:电网规划。
  刘凯(1989.12—),男,汉族,籍贯:湖北省监利县,助理工程师,研究方向:电网规划。
其他文献
清末民初 ,随着民族危机的进一步加深与西方近代启蒙思想的影响 ,人们的眼光从器物、制度的维新升华思想文化心理层次上 ,出现了一股“新国民”思潮。“新国民’思潮以求国、
由于风力发电系统数学模型复杂,且具有非线性、强耦合等特点,一组固定的PID参数难以在不同风速之上取得满意的控制效果。该文对模糊控制进行了研究,通过在模糊控制器上并联1个积
阐述了基于嵌入式Linux的新型多辊卷板机的自动化控制系统实现方法,介绍了四辊卷板机的工艺控制原理,在此基础上完成了四辊卷板机控制系统的硬件设计与软件设计。
从科技税收政策方式、税收优惠环节、享受优惠主体和科技税收税种等四方面,系统分析了中国改革开放以来科技税收政策的实践.在此基础上,结合新税制改革的背景,提出完善中国科
目的探讨首次全脑数字减影血管造影(DSA)阴性自发性蛛网膜下腔出血(sSAH)的临床特点、治疗及预后。方法回顾性分析50例首次DSA阴性sSAH患者的临床资料,探讨其临床特点、治疗
德国Freiburg—Imtek大学在读博士生MathiasKuhl开发了一种带有传感器的“智能型”牙齿矫正器,能让牙医量测个别牙齿被施加的拉力,该技术发表在2011年度国际固态电路会议(ISSCC)
【正】 1 杜纲是清乾隆间重要的通俗小说家,字振三,别号草亭老人,江苏昆山人,生于乾隆五年(1740)前后。乾隆十九年(1754),参加童试,受知于当时的昆山令许治。杜纲少补诸生,颇
为了实时监测温室大棚的环境数据,利用移动通信技术、ZigBee短距离无线技术和Internet网络技术,设计了一种基于GPRS和ZigBee技术的远程温室环境数据采集系统。该系统能够及时、
目的研究一个遗传性凝血因子XI(FXI)缺陷症家系的表型和基因型,探讨其分子致病机制。方法抽取先证者及家系,共3代5人外周血,上层血浆检测凝血相关指标;PCR扩增F11的15个外显
文化在真正形成概念和学科研究对象之前,有其自身的启蒙过程,前后的临界点应当在20世纪左右,之前为文化概念或文化研究的思想启蒙,之后为文化研究的发展阶段;但在发展过程中,