基于云計算的虛擬電廠負(fù)荷預(yù)測分析

劉 勁 盧小海 阮志杰

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局，廣東 中山 528400）

社會的快速發(fā)展使得電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，也增加了分布電網(wǎng)的并入量，造成電網(wǎng)整體運行的穩(wěn)定性下降。分布式電網(wǎng)的大量并入，需要采用智能化集中管理，才能進行電網(wǎng)的有效協(xié)調(diào)。虛擬電廠（Professional Virtual Power Plant，ProVPP）作為智能化管理的重要形式，不僅促進了用戶間的互動[1]，而且提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性，使得分布式電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)間的調(diào)控性更好。然而，用電高峰的不斷出現(xiàn)，使得虛擬電廠的負(fù)荷增加，影響了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。因此，虛擬電廠亟需一種智能計算方法，對負(fù)荷進行有效預(yù)測，以便更好地進行電網(wǎng)調(diào)度。

1 云計算方法

負(fù)荷預(yù)測是虛擬電廠智能管理的重要組成部分，也是調(diào)整分布式電網(wǎng)、傳統(tǒng)電網(wǎng)之間關(guān)系的方法，保證整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。云計算是以向用戶提供優(yōu)質(zhì)電網(wǎng)為目標(biāo)，調(diào)節(jié)分布式電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)之間的關(guān)系，利用相關(guān)的算法，計算電網(wǎng)的負(fù)荷。傳統(tǒng)電網(wǎng)預(yù)測依賴以往變化規(guī)律進行預(yù)測，忽視了其他相關(guān)指標(biāo)的影響。云計算（Cloud Computing，CC）綜合多種不定因素，計算結(jié)果和程度更加準(zhǔn)確。

1.1 負(fù)荷等級劃分

依據(jù)實際情況，對虛擬電廠的負(fù)荷等級進行劃分，分為低負(fù)荷、正常負(fù)荷和高負(fù)荷。其中，I 級低負(fù)荷是指電網(wǎng)的整體負(fù)荷低于供電負(fù)荷，可以加強分布式電網(wǎng)的供電。II 級正常負(fù)荷是指電網(wǎng)的整體負(fù)荷等于供電負(fù)荷，分布式電網(wǎng)的供電與傳統(tǒng)電網(wǎng)之間的調(diào)節(jié)持平。III 級高負(fù)荷是指電網(wǎng)的整體負(fù)荷高于供電負(fù)荷，為了維持電網(wǎng)的穩(wěn)定，應(yīng)該以傳統(tǒng)電網(wǎng)供電為主。不同時間段的負(fù)荷率如圖1 所示。

針對上述負(fù)荷情況，采用不同的智能調(diào)整方法，具體內(nèi)容見表1。

表1 不同狀態(tài)等級與智能調(diào)整

根據(jù)表1 可知，虛擬電廠依據(jù)電網(wǎng)的預(yù)測結(jié)果，對分布式電網(wǎng)中的電量進行調(diào)整，以維持整個電網(wǎng)運行的穩(wěn)定。在狀態(tài)I 級時（00:00～06:00），電量的整個負(fù)荷較低，可以增加分布式電壓的供電能力，以此來降低整個電網(wǎng)的運行成本。在狀態(tài)III 級時（15:00-20:00），電腦的負(fù)荷較高，需要減少分布式電網(wǎng)的供電量，應(yīng)該采用傳統(tǒng)式的電網(wǎng)進行供電，以此來維持整個電網(wǎng)的運行穩(wěn)定。狀態(tài)II 級處于兩者之間，可以依據(jù)實際的情況進行電網(wǎng)分布式的調(diào)整。通過對整個電網(wǎng)運行狀態(tài)等級的評估，可以對整個電網(wǎng)供應(yīng)量和負(fù)荷進行調(diào)整，以此來維持整個電網(wǎng)運行的穩(wěn)定，降低電網(wǎng)運行的成本。

圖1 不同時間段的負(fù)荷率

1.2 虛擬電廠負(fù)荷的云計算方法

假設(shè)虛擬電廠中分布式電網(wǎng)指標(biāo)集合U，且包含2 個特征向量負(fù)荷期望值f（x）和最高負(fù)荷值δ，δ ∈U。f（x）＞0，RN（f（x），δ）表示負(fù)荷函數(shù)f（x）的均值，負(fù)荷預(yù)測函數(shù)d''f（x）。如果設(shè)置x1=RN（f（x），δ1），x2=RN（f（x），δ2），那么x1=x2∈U，負(fù)荷預(yù)測函數(shù)d''f（x），其數(shù)學(xué)表達(dá)如下：

式中：U 是負(fù)荷期望與最高負(fù)荷值的集合，x1和x2分別代表電網(wǎng)預(yù)測范圍的兩個邊界值，x1代表左邊界值，x2代表右邊界值。δ1為左邊界x1的最高負(fù)荷值，δ2為右邊界x2的最高負(fù)荷值。

通過上述分析可知，負(fù)荷期望值f（x）和最高負(fù)荷值δ為云計算中的2個特征值。負(fù)荷預(yù)測函數(shù)d''f（x）是最能代表定性概念的點，是云計算中負(fù)荷出現(xiàn)改變的概率。一般來說，距離期望負(fù)荷值越近，云計算數(shù)據(jù)的值越集中，意味分布電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)之間的負(fù)荷程度越統(tǒng)一，負(fù)荷越低。離期望負(fù)荷值越遠(yuǎn)，云計算數(shù)據(jù)越稀疏，說明分布電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)之間的負(fù)荷程度不一致，負(fù)荷越高。負(fù)荷預(yù)測函數(shù)d''f（x）由分布式電網(wǎng)、傳統(tǒng)電網(wǎng)共同決定，代表整個電網(wǎng)的穩(wěn)定性，分布式電網(wǎng)額定功率與傳統(tǒng)電網(wǎng)額定功率的結(jié)合，反映了在整個虛擬電廠中負(fù)荷的承載范圍。負(fù)荷預(yù)測函數(shù)d''f（x）就代表整個電網(wǎng)的負(fù)荷超載臨界值[2]。

2 實際案例分析

該文以中山光伏發(fā)電的分布式電網(wǎng)為例，對其虛擬電廠負(fù)荷進行分析，比較了云計算和傳統(tǒng)計算在負(fù)荷預(yù)測方面的差異，以驗證云計算對于虛擬電廠負(fù)荷預(yù)測的作用。其組網(wǎng)方式見表1。

表1 光伏發(fā)電站的組網(wǎng)形式

在上述組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的情況下，對其虛擬電廠的負(fù)荷進行云計算預(yù)測分析，并與以往的預(yù)測方法進行比較，分析其預(yù)測的準(zhǔn)確度，如圖2 所示。

通過上述的比較分析可知，在低負(fù)荷階段（00:00～6:00）時，云計算與傳統(tǒng)計算的曲線比較平滑，兩者之間的預(yù)測精度基本一致。在正常負(fù)荷階段（6:00～15:00），云計算的平滑度較高，優(yōu)于傳統(tǒng)計算方式；在高負(fù)荷階段（15:00～20:00），云計算的平滑度與傳統(tǒng)計算之間的差距更加明顯，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)計算方式，結(jié)果見表2。

表2 不同負(fù)荷下的平均預(yù)測值

由表2 可知，低負(fù)荷階段，云計算的預(yù)測值為62.3%，傳統(tǒng)計算為61.4%，與實際結(jié)果的63.2%基本一致。正常階段，云計算的預(yù)測值為71.5%，傳統(tǒng)計算為65.3%，而實際值為73.2%，云計算更加接近實際值。高負(fù)荷階段，云計算為91.2%，與實際值的92.3%基本一致，而傳統(tǒng)計算為87.9%，與實際值相差較大。因此，云計算對于虛擬電廠負(fù)荷預(yù)測具有重要的輔助性作用，特別是在正常負(fù)荷和高負(fù)荷階段，與國內(nèi)相關(guān)研究一致[3]。

圖2 云計算與傳統(tǒng)計算的負(fù)荷值比較

3 結(jié)語

綜上所述，虛擬電廠是智能電網(wǎng)發(fā)展的最新階段，可以有效地調(diào)節(jié)分布式電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)之間的關(guān)系，維持整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。負(fù)荷是分布式電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)協(xié)調(diào)的重要指標(biāo)之一，也是滿足現(xiàn)代社會經(jīng)濟發(fā)展需求的保障指標(biāo)。如何調(diào)整分布式電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)之間的復(fù)合關(guān)系，更好地發(fā)揮分布式電網(wǎng)的優(yōu)勢，是目前虛擬電廠亟待解決的問題。該文將云計算方式引入虛擬電廠中，利用負(fù)荷的定性和定量指標(biāo)，對整個電網(wǎng)的負(fù)荷進行預(yù)測，以此來保證電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，實現(xiàn)分布式電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)之間的有效融合。同時，與傳統(tǒng)依據(jù)規(guī)律和歷史數(shù)據(jù)作為指標(biāo)的負(fù)荷預(yù)測方式進行比較，結(jié)果顯示：云計算在低負(fù)荷、正常負(fù)荷和高負(fù)荷3 個階段，均表現(xiàn)出良好的預(yù)測精度。云計算與傳統(tǒng)計算在低負(fù)荷階段，兩者的預(yù)測結(jié)果與實際結(jié)果基本一致。在正常負(fù)荷和高負(fù)荷階段，云計算的預(yù)測精度高于傳統(tǒng)計算方式。因此，云計算可以對虛擬電廠的負(fù)荷預(yù)測提供借鑒和幫助，使虛擬電廠可以更好地對相應(yīng)的指標(biāo)和數(shù)據(jù)進行調(diào)整，以此來保證整個電網(wǎng)的供電質(zhì)量和穩(wěn)定性。