新型電力系統(tǒng)負荷預(yù)測影響因素及策略

國網(wǎng)浙江省電力有限公司龍港市供電公司 趙 有 焦 穩(wěn) 任雅棣

在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，新型電力系統(tǒng)特點為清潔低碳、安全高效，承載著能源轉(zhuǎn)型的歷史使命。與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，新型電力系統(tǒng)清潔低碳、安全可控、靈活高效、開放互動、智能友好。浙江新型電力系統(tǒng)作為省級示范區(qū)，取得了顯著的階段性成果。預(yù)計在2021年～2035年實現(xiàn)量變到質(zhì)變，打造共同富裕的電力先行示范區(qū)[1]。

因環(huán)境、生活、事件不同，導(dǎo)致居民用電程度不同，電力負荷也會產(chǎn)生一定程度變化。電力企業(yè)會將某一時間內(nèi)電網(wǎng)或區(qū)域產(chǎn)生的用電情況稱之為電力負荷，其中最小用電負荷為最小負荷，反之亦然；同時根據(jù)時間不同產(chǎn)生的負荷不同分為日周期、月周期、年周期等，最小負荷也以此分類。平均負荷是指某周期內(nèi)用電負荷平均值，正常情況下，在時間變化的過程中用電負荷波動常用曲線表示，用來描繪某段時間內(nèi)用電負荷變化及波動，橫軸為時間、縱軸為負荷絕對值，因此負荷預(yù)測的準確性受多種因素影響存在不確定性，導(dǎo)致社會用電不足或企業(yè)電力流失過大等問題，不利于電力企業(yè)發(fā)展。

電力系統(tǒng)負荷預(yù)測是指對未來一段時間內(nèi)居民及企業(yè)等用戶的用電量進行預(yù)測，以時間長短分為長期、短期或中期預(yù)測等，在對電力系統(tǒng)進行負荷預(yù)測中需根據(jù)社會、經(jīng)濟、環(huán)境等多種不確定因素進行預(yù)測。電力系統(tǒng)負荷預(yù)測具有不可控性，因此若想預(yù)測結(jié)果符合實際較為困難。

1 負荷分類

商業(yè)負荷。指從事商業(yè)服務(wù)的部門在運營中消耗的電能。一般情況下，商業(yè)用電負荷值較為穩(wěn)定，但常會受到季節(jié)變化而產(chǎn)生的變化，例：夏天商場需要使用空調(diào)而滿足客戶舒適感，用電量較大；此外，隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，商業(yè)逐漸受到重視，雖用電量無法比擬民用用電與工業(yè)用電，但近年來用電負荷持續(xù)增長，商業(yè)用電負荷進一步加強，在預(yù)測過程中要根據(jù)多方面因素對商業(yè)負荷進行不斷調(diào)整，尤其是節(jié)假日期間居民娛樂活動逐漸增多，商業(yè)用電負荷要進一步加強做好預(yù)測工作，避免出現(xiàn)供電無法滿足商業(yè)需求現(xiàn)象，對居民生活、娛樂造成一定影響。

工業(yè)負荷。在我國用電負荷中占據(jù)較大比例，主要內(nèi)容指我國在生產(chǎn)、建設(shè)中為了滿足相關(guān)需求而消耗掉的電能[2]。與商業(yè)負荷相比較為穩(wěn)定，不會受到氣候、環(huán)境等因素影響，在一定程度上受到季節(jié)、節(jié)日影響，但整體形象具有可控性，用電負荷較為穩(wěn)定。

居民用電負荷。我國人口眾多，居民用電占據(jù)整體用電量比例較大，約為10%左右，居民用電負荷主要用電目標為城鄉(xiāng)居民，因此用電量受到居民人數(shù)、季節(jié)、當?shù)亟?jīng)濟等多種變化影響，同時居民用電負荷存在一定周期性。例：夏季氣溫較高，居民對空調(diào)、風(fēng)扇等電器使用率較大，因此用電量會呈現(xiàn)一定增長；居民下班后待在家中，用電量較高，其余時間用電量較少。

2 電力系統(tǒng)中負荷預(yù)測的影響因素

2.1 氣候因素對用電負荷預(yù)測帶來的影響

電力系統(tǒng)運行過程中受氣候因素影響大，同時用電負荷也受氣候影響，例：居民負荷中，浙江冬季沒有全面的取暖設(shè)備，需要用家用電器進行取暖；夏季因天氣干旱農(nóng)業(yè)灌溉需要用電等。在氣候影響用電負荷過程中以溫度影響最大，因此在與氣候有關(guān)負荷中，以加熱制冷設(shè)備較多，如電熱毯、空調(diào)等，受溫度影響，濕度、風(fēng)速等問題也不能忽略。

用電負荷預(yù)測中要應(yīng)用具體方法進行，在超長期的預(yù)測中主要考慮季節(jié)氣候變化，甚至要根據(jù)全球氣候變化形式進行預(yù)測，而短期預(yù)測主要為溫度、濕度等。以短期預(yù)測為例，在對用電負荷的預(yù)測中要以一段時間的最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫為基準；降雨量要以前一、二、三天為準，還要以小時為單位測試溫度、濕度、風(fēng)力、降水等，對相關(guān)數(shù)據(jù)做好量化處理，便于對電力負荷的準確預(yù)測。

2.2 能源市場經(jīng)濟變化對用電負荷帶來的影響

近年來，隨著浙江經(jīng)濟不斷發(fā)展，本省煤價、油價不斷提升，使用煤、油進行生產(chǎn)、生活的單位或個人生產(chǎn)成本逐漸提升，大量企業(yè)、用戶轉(zhuǎn)向用電生產(chǎn)，因此新能源汽車、電取暖、電器做飯等相關(guān)設(shè)備較為興旺，受到了廣大群眾生活與工業(yè)生產(chǎn)的一致好評。當前社會中，因油價、煤價大漲，全國電廠經(jīng)濟也受到了嚴重影響，如今各電廠基本以虧本情況發(fā)展，在此背景下，用電負荷極不穩(wěn)定難以預(yù)測，隨時都有停機可能，從而對負荷預(yù)測造成嚴重影響。

2.3 工農(nóng)業(yè)等產(chǎn)業(yè)對用電負荷預(yù)測的影響

工農(nóng)業(yè)等產(chǎn)業(yè)用電量較大，且產(chǎn)業(yè)宏觀，主要由區(qū)域內(nèi)人口、工業(yè)生產(chǎn)水平、工業(yè)類型、用電設(shè)備、數(shù)量及變化特征等多種因素進行用電負荷預(yù)測，預(yù)測結(jié)果也隨著負荷特性、政策、當前經(jīng)濟形勢進行改變。用電負荷預(yù)測中，要根據(jù)電力系統(tǒng)管理政策，如電力需求側(cè)管理、電價對負荷變化產(chǎn)生的影響進行預(yù)測。在短期內(nèi)用電負荷預(yù)測中，經(jīng)濟因素對負荷影響時間較長，長達一周時間左右；在長期預(yù)測中，季節(jié)變化與年度變化因素對負荷預(yù)測的影響較大；在超長期預(yù)測中，國家政策對負荷預(yù)測影響較大，可決定一個區(qū)域或一段時間內(nèi)的電力發(fā)展。

例：國家決定在我省相關(guān)地區(qū)建設(shè)大型工廠，而工廠是耗電量較大的企業(yè)，這些企業(yè)的發(fā)展雖為電力企業(yè)帶來一定收益，但其用電情況進行電力負荷預(yù)測時卻存在較大難度，因為各地區(qū)用電量一旦增多，會導(dǎo)致其用戶用電出現(xiàn)無序性，致使電力調(diào)度部門難以準確預(yù)測與掌握用戶用電的負荷情況，其中用戶停產(chǎn)、設(shè)備檢修等情況也難以保證，影響了負荷預(yù)測準確性。

2.4 地理因素對用電負荷預(yù)測的影響

包括區(qū)域環(huán)境內(nèi)電力負荷預(yù)測。例：一個城市的新老城區(qū)在負荷預(yù)測上應(yīng)用不同參數(shù)或方法對待，老城區(qū)中用電設(shè)備較為老舊，易發(fā)生故障、用電損耗較大，因此在進行用電負荷預(yù)測中要考慮這一點，同樣新城區(qū)用電設(shè)備較新，故障率、用電折損較低，但信城區(qū)發(fā)展較快，用電負荷逐年增加同時也在逐年變化，在進行負荷預(yù)測中要考慮相關(guān)因素[3]。

3 新型電力系統(tǒng)負荷變化影響探討

3.1 新型電力系統(tǒng)特點

新型電力系統(tǒng)是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的跨越升級，是清潔低碳、安全高效能源體系的重要組成部分，承載著能源轉(zhuǎn)型的歷史使命，是清潔低碳、安全可控、靈活高效、開放互動、智能友好的電力系統(tǒng)。國家電網(wǎng)有限公司賦予浙江建設(shè)新型電力系統(tǒng)省級示范區(qū)的重大使命，這既是浙江能源電力綠色轉(zhuǎn)型、引領(lǐng)“雙碳”目標的必由之路，也是公司轉(zhuǎn)型發(fā)展、蝶變升級的必要之舉。新型電力系統(tǒng)主要特點有：

3.1.1 零碳電源主力化

裝機、電量由化石電源占主導(dǎo)向零碳電源主導(dǎo)轉(zhuǎn)變，主體電源出力由連續(xù)可控向強不確定性、弱可控轉(zhuǎn)變，新能源將逐步演變?yōu)檠b機主體、出力主體、電力供應(yīng)主體；電網(wǎng)形態(tài)多元化。電網(wǎng)由單一的工頻交流組網(wǎng)向靈活的交直流混合組網(wǎng)演進，由單向逐級向多元雙向結(jié)構(gòu)演進，大電網(wǎng)和微電網(wǎng)實現(xiàn)深層次融合發(fā)展；電力單獨組網(wǎng)向以電為中心的能源互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變，電力核心樞紐作用將更加顯著。

3.1.2 系統(tǒng)運行柔性化

靈活可控資源將得到充分應(yīng)用，電網(wǎng)由同步機為主導(dǎo)的系統(tǒng)向由電力電子設(shè)備和同步機共同主導(dǎo)的混合系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，電力平衡由源隨荷動的實時平衡向大規(guī)模儲能與靈活互動資源參與的時空互補互濟轉(zhuǎn)變，由大電網(wǎng)一體化控制模式向大電網(wǎng)與微電網(wǎng)協(xié)同控制模式轉(zhuǎn)變。

3.2 負荷建模復(fù)雜

負荷模型具有分析電力系統(tǒng)動態(tài)行為的作用，暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定及小擾動穩(wěn)定有一定影響效果。新型電力系統(tǒng)負荷特征較為復(fù)雜，易出現(xiàn)負荷模型描述能力下降，表現(xiàn)為：電動汽車等負荷會出現(xiàn)更大負荷波動性、隨機性及時變性，導(dǎo)致負荷模型參數(shù)的選擇有一定難度；配網(wǎng)側(cè)用戶負荷具有單體調(diào)節(jié)容量小、時空分布零散等特征，不利大規(guī)模負荷的動態(tài)聚合；傳統(tǒng)負荷模型缺乏考慮電力電子負荷的非線性特征，對頻率穩(wěn)定的分析結(jié)果及系統(tǒng)電壓分析不準確。因此應(yīng)在新型電力系統(tǒng)負荷變化基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)負荷建模方法進行改良與優(yōu)化。

3.3 負荷預(yù)測困難

電力市場中負荷預(yù)測是交易、發(fā)電調(diào)度的基礎(chǔ)，在電力系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，因此需對電力進行相應(yīng)的工作計劃。隨著我國新型負荷設(shè)備大力推廣，如電動汽車逐漸多元化深入市場中，為居民生活帶來較大便利，導(dǎo)致負荷的不確定性及隨機性逐漸增加，增大了新型負荷預(yù)測難度。而不同的負荷種類需要具有針對性和細化的負荷預(yù)測方法，在用戶用電行為逐漸復(fù)雜的當今社會，經(jīng)濟與環(huán)境相結(jié)合形成多維度的耦合關(guān)系，導(dǎo)致用電負荷預(yù)測難度增大，無法獲得精確的用戶用電負荷特征及分布規(guī)律。在此背景下，未來負荷預(yù)測需將數(shù)據(jù)驅(qū)動與模型驅(qū)動的方式結(jié)合，應(yīng)用云計算、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)加強預(yù)測能力。

3.4 超高次諧波注入

與傳統(tǒng)負荷不同，電力電子負荷具有非線性阻抗特征，工作中易出現(xiàn)交流電網(wǎng)正弦波畸變，不利于電電網(wǎng)側(cè)的穩(wěn)定平衡，影響了用戶電能質(zhì)量。半導(dǎo)體技術(shù)是電力電子化實現(xiàn)基礎(chǔ)，如今半導(dǎo)體器件開關(guān)逐漸應(yīng)用于電網(wǎng)中，變換器注入電網(wǎng)，諧波向高頻化方面發(fā)展，超高次諧波引起的電能質(zhì)量問題逐漸增加。超高次諧波頻傳播交互、譜跨度寬、起因多樣，正迅速衍生成為新型電能質(zhì)量問題，需引起更廣泛重視。

4 提升電力系統(tǒng)預(yù)測結(jié)果策略

4.1 相關(guān)部門重視預(yù)測工作

落實電力系統(tǒng)的預(yù)測工作，首先要獲得相關(guān)部門與社會人士的重視，建設(shè)專業(yè)的預(yù)測團隊，獲得一定人力、物力支持，各級政府要認識到電力負荷預(yù)測的重要性，為電力負荷工作提供相應(yīng)數(shù)據(jù)支持，并且倡導(dǎo)相關(guān)氣象部門、大型工商企業(yè)及時將公司動態(tài)告知電力系統(tǒng)預(yù)測部門，保證電力負荷預(yù)測結(jié)果更貼合實際，為電力系統(tǒng)工作順利開展提供有效支持。

4.2 提升預(yù)測人員綜合素質(zhì)

通過宣傳、教育等方式加強工作人員的工作責(zé)任感，提升全體預(yù)測人員的警惕性與專業(yè)素養(yǎng)，加強其工作責(zé)任意識，使工作人員對可能影響電力負荷的因素有一定意識；其次，完善監(jiān)督管理體系，加強工作人員的主動性與積極性，使其認識到各種因素對電力負荷預(yù)測的重要性，積極與其他部門進行溝通，制定嚴格的規(guī)章制度，約束和規(guī)范工作人員的工作行為與工作態(tài)度；最后，設(shè)立相應(yīng)職業(yè)測評機構(gòu)，完善內(nèi)部管理系統(tǒng)，建立科學(xué)考核機制，加強用電負荷測評工作。

4.3 引進先進技術(shù)與設(shè)備

為加強電力負荷預(yù)測精度，需要應(yīng)用合理技術(shù)與科學(xué)設(shè)備，保證工作人員的預(yù)測合理性[4]。首先，提升工作人員技術(shù)水平，要邀請行業(yè)專家來企業(yè)進行技術(shù)指導(dǎo)，了解當前預(yù)測團隊情況，對其進行定期培訓(xùn)，加強工作人員技術(shù)能力；其次，以參考、交流形式令預(yù)測人員參加各種預(yù)測大賽，了解國內(nèi)外先進的預(yù)測技術(shù)，加強其實用科學(xué)設(shè)備能力；最后，保證電力單位擁有足夠資金對預(yù)測設(shè)備進行革新，提升單位預(yù)測能力與預(yù)測效率。

5 結(jié)語

新型電力系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律制定、控制、系統(tǒng)調(diào)度前提基礎(chǔ)就是電力負荷預(yù)測，也是電力企業(yè)與調(diào)度部門必須具備的能力基礎(chǔ)。為了提升電力負荷預(yù)測水平，提升工作人員技術(shù)能力，應(yīng)加強宣傳，令各級用電部門積極配合電力負荷，保證電力調(diào)配，加強用電管理，同時加強工作人員綜合能力，應(yīng)用科學(xué)設(shè)備，進一步完善電力行業(yè)發(fā)展，提升電力系統(tǒng)工作。