基于單位家電負(fù)荷指標(biāo)法的鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷預(yù)測(cè)研究

肖明偉 李 佩 尹 成 楊樂新 謝茜子

（國網(wǎng)蕪湖供電公司，安徽 蕪湖 241000）

近年來，隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民生活水平的提高以及政府“家電下鄉(xiāng)”的補(bǔ)貼，鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷發(fā)展迅猛，而農(nóng)配網(wǎng)網(wǎng)架薄弱、設(shè)備陳舊、導(dǎo)致頻繁出現(xiàn)重過載、低電壓[1-2]、卡脖子等問題，而解決問題的措施僅限于事后補(bǔ)救，嚴(yán)重影響農(nóng)網(wǎng)供電可靠率。本文以臺(tái)區(qū)內(nèi)家電負(fù)荷為單位，走訪調(diào)研臺(tái)區(qū)內(nèi)家電保有量、預(yù)增量以及適用習(xí)慣，對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)精細(xì)化掌控，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來兩年鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷，提前發(fā)現(xiàn)農(nóng)網(wǎng)中可能出現(xiàn)的低電壓、重過載、卡脖子等問題，并結(jié)合國網(wǎng)公司“兩頭薄弱”治理的深度開展，以及專項(xiàng)的重磅投資，有針對(duì)性地解決農(nóng)網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，指導(dǎo)農(nóng)網(wǎng)的發(fā)展建設(shè)。因此，高度重視鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷影響，并能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，便于統(tǒng)籌規(guī)劃，有利于農(nóng)電網(wǎng)建設(shè)、提高能源利用率，有利于緩解夏季高峰電力緊缺矛盾和提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 研究思路

1）走訪鄉(xiāng)鎮(zhèn)用電調(diào)研

本方案采用鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)區(qū)家電指標(biāo)負(fù)荷預(yù)測(cè)法，以供電臺(tái)區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)村落為單位開展用戶負(fù)荷走訪調(diào)研，搜集整理家電保有量、預(yù)增量以及家電使用習(xí)慣，做到基礎(chǔ)資料精細(xì)化，為鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷預(yù)測(cè)精確度提供保障。

2）測(cè)算同時(shí)率

鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷預(yù)測(cè)是基于臺(tái)區(qū)負(fù)荷預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上累加所得，這里需要兩個(gè)同時(shí)率，即臺(tái)區(qū)內(nèi)家電同時(shí)率以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)各臺(tái)區(qū)間同時(shí)率。對(duì)于臺(tái)區(qū)間家電同時(shí)率，本文采用臺(tái)區(qū)實(shí)際負(fù)荷與臺(tái)區(qū)內(nèi)家電功率的比值作為臺(tái)區(qū)家電負(fù)荷同時(shí)率；鄉(xiāng)鎮(zhèn)各臺(tái)區(qū)間同時(shí)率利用鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷與臺(tái)區(qū)總負(fù)荷比值作為臺(tái)區(qū)間同時(shí)率。

3）預(yù)測(cè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷

利用收集整理的臺(tái)區(qū)內(nèi)家電保有量、預(yù)增量以及使用習(xí)慣，結(jié)合臺(tái)區(qū)內(nèi)家電同時(shí)率測(cè)算出臺(tái)區(qū)負(fù)荷，由點(diǎn)由面，自下而上，利用臺(tái)區(qū)負(fù)荷，結(jié)合臺(tái)區(qū)間同時(shí)率，可預(yù)測(cè)出區(qū)域鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷。

2 預(yù)測(cè)過程

本文以蕪湖縣紅楊鎮(zhèn)以及平鄉(xiāng)臺(tái)區(qū)作為研究對(duì)象，利用收集整理的臺(tái)區(qū)內(nèi)家電保有量，計(jì)算得出臺(tái)區(qū)內(nèi)家電同時(shí)率，結(jié)合未來家電預(yù)增量，預(yù)測(cè)未來鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷。

2.1 臺(tái)區(qū)內(nèi)家電同時(shí)率計(jì)算

各鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不一致，各臺(tái)區(qū)內(nèi)家電同時(shí)率也不盡相同。測(cè)算時(shí)，應(yīng)逐一計(jì)算。

和平鄉(xiāng)共有臺(tái)區(qū) 60個(gè)，根據(jù)挨戶上門走訪調(diào)研，發(fā)現(xiàn)普通居民家中常用家電[3]為洗衣機(jī)、冰箱、彩電、空調(diào)、微波爐、電磁爐、電飯煲等。具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 和平鄉(xiāng)臺(tái)區(qū)居民家電信息表（個(gè)）

（續(xù)）

經(jīng)統(tǒng)計(jì)得，該地區(qū)臺(tái)區(qū)居民用戶共有電視機(jī)5069臺(tái)、空調(diào)2688臺(tái)、洗衣機(jī)550臺(tái)、冰箱4387臺(tái)、電飯煲4524臺(tái)、微波爐720臺(tái)、熱水器2939個(gè)。

臺(tái)區(qū)居民家電功率計(jì)算的主要采用單位家電負(fù)荷指標(biāo)法[4-6]，即

式中，nBc為不同類型家電擁有量；KXc為不同類型家電的需用系數(shù)，指家電的實(shí)際功率與額定功率之比；PHc為不同類型家電的額定功率；m為家電類型數(shù)。

家電種類繁多，功率各異，這里取家電的平均額定功率以及常用系數(shù)見表2[7]。

表2 家用電器的一般功率及需用系數(shù)（kW）

由負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)可知，夏季負(fù)荷高峰出現(xiàn)在20∶00左右。根據(jù)居民家電使用習(xí)慣，電飯煲、微波爐、電磁爐等餐飲電器均已不工作，因此，本文僅考慮電視機(jī)、空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)作為影響鄉(xiāng)鎮(zhèn)最大負(fù)荷的主要因素。

將表 1、表 2數(shù)據(jù)代入式（1），得出和平鄉(xiāng)的家電功率為：3105.34kW。2017年和平鄉(xiāng)的最高負(fù)荷為 482.2kW。本文采用鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)區(qū)負(fù)荷與鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)區(qū)內(nèi)家電功率之比作為鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)區(qū)內(nèi)家電同時(shí)率，即鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)區(qū)內(nèi)家電同時(shí)率=鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)區(qū)負(fù)荷/鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)區(qū)內(nèi)家電功率，得出和平鄉(xiāng)臺(tái)區(qū)家電同時(shí)率為0.155。

根據(jù)2014年安徽省典型配變臺(tái)區(qū)調(diào)研結(jié)論，見表 3，和平鄉(xiāng)臺(tái)區(qū)內(nèi)家電同時(shí)率 0.155也在合理范圍內(nèi)。

該數(shù)值與鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷成線性關(guān)系，即家電同時(shí)率越大，鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷越大。

2.2 鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷預(yù)測(cè)

根據(jù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)區(qū)內(nèi)居民家電保有量、預(yù)增量，結(jié)合家電同時(shí)率，可對(duì)未來兩年鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)區(qū)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，計(jì)算式如下：

表3 2014安徽省市縣供電公司典型臺(tái)區(qū)同時(shí)率

式中，u為家電同時(shí)率；nYc為不同類型家電預(yù)增量。

據(jù)走訪調(diào)研，紅楊鎮(zhèn)和平鄉(xiāng)未來兩年內(nèi)該地區(qū)家電預(yù)增量見表4。

表4 家電數(shù)量（個(gè)）

假定和平鄉(xiāng)臺(tái)區(qū)家電同時(shí)率2年內(nèi)維持不變，根據(jù)式（2）可得，2019年該鄉(xiāng)鎮(zhèn)最大負(fù)荷為588.88kW。

3 驗(yàn)證

鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷一般不包含大用戶，本文為驗(yàn)證結(jié)果是否合理，采用常用的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法[8-10]進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

1）自然增長(zhǎng)法

紅楊鎮(zhèn)近5年來最大負(fù)荷見表5。

表5 和平鄉(xiāng)臺(tái)區(qū)歷史負(fù)荷（kW）

由歷史數(shù)據(jù)可知，2013—2017年該鄉(xiāng)鎮(zhèn)臺(tái)區(qū)負(fù)荷年均增長(zhǎng)率為 12.5%，按照自然增長(zhǎng)，可算出未來兩年，即2019年該鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷為607.5kW。

2）曲線擬合

根據(jù)表5數(shù)據(jù)，采用線性擬合，如圖1所示，得出線性鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，如式（3）所示。

圖1 線性擬合負(fù)荷模型

式中，x為負(fù)荷年份；R2為擬合優(yōu)度。

由式（3）可看出，R2=0.733，該模型擬合優(yōu)度較高，可做短期負(fù)荷預(yù)測(cè)。當(dāng)x取值2019時(shí)，y值為 576.02，即該鄉(xiāng)鎮(zhèn) 2019年最大負(fù)荷預(yù)測(cè)為576.02kW。

3）二次移動(dòng)平均法

根據(jù)表5和平鄉(xiāng)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，設(shè)定移動(dòng)跨距N=3，利用二次移動(dòng)平均法可得出一次平均值、二次平均值，見表6。

表6 二次移動(dòng)平均法計(jì)算值（kW）

由式（4），即

式中，At、Bt為線性方程系數(shù)；t為負(fù)荷年份；N為移動(dòng)跨距，取值3。

得出，A2017=500.49，B2017=44.86

由式（5），即

式中，YT+t為預(yù)測(cè)年負(fù)荷值；T=2時(shí)，可預(yù)測(cè)未來2年鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷值，即Y2019=590.2kW。

以上3種方法檢驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果均與臺(tái)區(qū)指標(biāo)負(fù)荷預(yù)測(cè)法結(jié)果相近，差值皆在3%左右。因此，可將單位家電負(fù)荷指標(biāo)法作為負(fù)荷預(yù)測(cè)法可作鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷預(yù)測(cè)的一種預(yù)測(cè)方法。

4 結(jié)論

本文通過收集整理臺(tái)區(qū)內(nèi)家電保有量、預(yù)增量以及適用習(xí)慣，采用單位家電負(fù)荷指標(biāo)預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)短期鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷，且預(yù)測(cè)結(jié)果經(jīng)驗(yàn)證較為合理。同理，對(duì)縣域其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)負(fù)荷也可預(yù)測(cè)，考慮鄉(xiāng)鎮(zhèn)間負(fù)荷同時(shí)率，由點(diǎn)及面，自下而上，可推廣至全縣。

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