CN103956732A - 一种基于行业平均峰谷差率进行组合供电的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于行业平均峰谷差率进行组合供电的方法，包括以下步骤：选取待组合供电地区的典型行业以及典型日；从选取的典型行业中抽取代表性用户，统计代表性用户在典型日的峰谷差率；统计每个典型行业的峰谷差率区间，得到行业平均峰谷差率；对选取的典型行业进行负荷分类；将峰谷差大的和峰谷差小的行业，或峰谷互补的行业分在同一个变压器或变电站中，进行组合供电；将峰谷差大的和峰谷差小的行业，或峰谷互补的行业分在同一个变压器或变电站中，进行组合供电，充分考虑了负荷特性对配电网及电能质量的影响，能有效缓解目前普遍存在的变压器轻重载不均的现象和变电站容载比过低的问题。

Description

一种基于行业平均峰谷差率进行组合供电的方法

技术领域

本发明涉及配电网组合供电技术，具体涉及一种基于行业平均峰谷差率进行组合供电的方法。 

背景技术

配电网规划是对配电网在未来较长时期发展和改造的总体计划。其目的在于用恰当的投资增加配电网的供电能力，适应负荷增长的需要和改善配电网的供电质量，与社会发展、环境保护协调一致。配电网规划包括对原有配电网的改造和扩建以及兴建新的配电网两个方面。具体内容包括规划分期的确定、规划编制、经济分析以及规划实施。 

配电系统安全、可靠、经济的运行，一方面关系到电力公司的经济效益，另一方面对于满足人们生活和经济发展需要、提高用户的满意度和树立良好的公司形象有着重要意义，同时可以最大限度地节约国家基建投资，促进国民经济健康发展，提高其他行业的经济和社会效益，因而其重要性不可低估。 

随着国家大力加强对城乡电网建设与改造的投入，配电网的发展取得了巨大成就。配电网的供电可靠性逐年提高，配电线路的回路数量大幅度增加，供电半径大大缩短，设备的健康状况取得了较大的提高，在技术改造和技术进步方面积累了一定的经验。但由于国民经济的发展迅速，配电网普遍存在高峰需求增长过快、变压器重载轻载不均、容载比过低的问题，尤其是电力高峰时期电力缺口非常明显。而新增装机受资金、设备制造、施工周期等方面的制约， 不能短期内投入使用，并且对能源、运输、环保等方面带来了巨大的压力。而通过负荷特性分析，找寻各行业用电规律，从而灵活分配各变电站管辖用户，其节电投资和节电成本比新建电厂低得多。因此，从负荷特性入手分析，有针对性的进行综合资源规划有着非常重大的现实意义。 

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种基于行业平均峰谷差率进行组合供电的方法，解决变压器重载轻载不均、容载比过低的问题。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种基于行业平均峰谷差率进行组合供电的方法，包括以下步骤： 

(1)选取待组合供电地区的典型行业，以及选取夏大、冬大、夏小、冬小为反映负荷变化规律的典型日； 

(2)从选取的每个典型行业中抽取至少五个代表性用户，统计代表性用户在典型日的峰谷差率； 

(3)统计每个典型行业的峰谷差率区间，取中间值作为该行业的行业平均峰谷差率； 

(4)根据行业平均峰谷差率对选取的典型行业进行负荷分类； 

(5)将峰谷差大的和峰谷差小的行业，或峰谷互补的行业分在同一个变压器或变电站中，进行组合供电。 

结合分群和分层随机抽样技术对待组合供电地区所有用户按行业分群选取典型行业，再按用户用电规模分层抽选典型用户。 

所述步骤(3)中通过统计典型行业中每个代表用户的峰谷差率作为该行业的峰谷差率区间，将该区间的中间值作为该行业的行业平均峰谷差率。 

所述步骤(4)中令行业平均峰谷差率在60％～70％的为一类负荷，行业平均峰谷差率≥70％、≤80％为二类负荷，行业平均峰谷差率＞80％、≤100％为三类负荷。 

所述步骤(5)若有多种组合方式，通过计算各种方式行业间组合后的供电峰谷差率，选择组合后供电峰谷差率最小的方案作为供电方案； 

组合供电后峰谷差率的计算方法如下： 

设目标函数为F＝min a_ij，其中a_ij为行业i和行业j进行组合供电后的峰谷差率； 

1)绘制各行业的负荷特性曲线； 

2)行业间峰谷差时段拟合； 

提取有组合供电可能性的各行业峰谷差时段，并选取其中一个行业为基准行业，计算其余行业峰谷差时段与基准行业峰谷差时段的拟合程度； 

定义峰谷差时段的划分方法为：设4个节点1、2、3、4，节点4的值＝日最大负荷值；节点3的值＝日最大负荷值-日峰谷差/3；节点2的值＝日最大负荷值-(日峰谷差/3)*2；节点1的值＝日最小负荷值，取4～3为峰时段，3～2为平时段，2～1为谷时段； 

设行业峰、平、谷时段分别为f_i、p_i、g_i，各时段拟合程度为y，则可得到时段拟合矩阵Y＝y_ij，其中1≤i、j≤4，y₁₁无意义设为0，拟合矩阵Y＝y_ij所代表的意义如下表所示： 

3)计算两个行业组合供电峰谷差率 

设行业峰时段最大负荷为x_i，行业峰谷差率为a_i，则平时段负荷为(1-a_i/2)x_i，谷时段负荷为(1-a_i)x_i，组合供电后负荷值为z，组合供电后各时段负荷值矩阵： 

Z＝z_ij(1≤i、j≤4) 

其中z_ij＝z_i1+z_1j×y_ij。z₁₁无意义，设为0； 

z_i1为行业i峰平谷时段负荷，z_1j为行业j峰平谷时段负荷，时段拟合程度y_ij以行业j为基准行业，则行业1和行业2组合供电后峰谷差率 

a₁₂＝(max z_ij-min z_ij)/max z_ij，2≤i、j≤4。 

6、根据权利要求5所述的基于行业平均峰谷差率进行组合供电的方法，其特征在于行业负荷曲线拟合办法包括以下步骤： 

1)对某一行业中各代表性用户在第t时点的样本进行汇总，得到该行业的在第t时点的样本负荷如式(1)所示： 

${\mathrm{Tp}}_{m,t}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{m,n,t}---\left(1\right)$

其中，下标m代表行业，下标n代表用户，下标t代表24小时；p_m,n,t代表行业m的用户n在典型日负荷曲线中第t点的负荷，通过上式得到的Tp_m,t代表行业m在第t时点的样本负荷； 

2)计算某个行业下所有代表性用户典型日用电量占各该行业日用电量的比值，作为该行业的扩大系数； 

$e_m=\underset{t=1}{\overset{24}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Tp}}_{m,t}---\left(2\right)$

${\mathrm{\β}}_m=\frac{E_m}{e_m}---\left(3\right)$

其中，e_m代表行业m的代表性用户平均日用电量；E_m代表行业m的平均日用电量；β_m代表行业m的扩大系数； 

3)通过上述比值扩大系数与第一步所获得的某个行业下第t时点所有用户的典型样本负荷之积，得到某行业第t时点的典型负荷； 

$P_{m,t}={\mathrm{\β}}_m\·\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{m,n,t}---\left(4\right)$

4)由以上三步获得24时点的各典型负荷P_m,t，与24时点对应即可得到某行业的负荷拟合曲线。 

本发明参考负荷特性指标体系提出行业平均峰谷差率指标，选取典型行业，并抽取代表性用户得到行业的平均峰谷差率，根据行业平均峰谷差率对选取的典型行业进行负荷分类，将峰谷差大的和峰谷差小的行业，或峰谷互补的行业分在同一个变压器或变电站中，进行组合供电，充分考虑了负荷特性对配电网及电能质量的影响，能有效缓解目前普遍存在的变压器轻重载不均的现象和变电站容载比过低的问题。 

具体实施方式

下面结合具体实施例详细介绍本发明方案： 

目前配电网规划中，变电站的负荷分配大多是从地域的便利性及经济性出发，很少或一般不考虑所接负荷的负荷特性对规划的影响。但由于国民经济的发展迅速，配电网目前普遍存在高峰需求增长过快、变压器重载轻载不均、容载比过低的问题，为平衡变压器的负荷安排，减少出现变压器重载、轻载不平均的问题，本发明充分考虑各行业的负荷特性，提出新概念“行业平均峰谷差率”，依据此指标对负荷进行分类，从而为配电网规划及实施组合供电提供技术支持； 将有组合供电可能性的用户有意的分在同一个变压器或变电站中，建议将峰谷差大的和峰谷差小的行业、峰谷互补的行业进行组合供电，从而优化配电网的负荷结构，减少变压器轻重载不均的问题。 

根据上述分析思路，本发明的组合供电方法具体包括以下步骤： 

(1)结合分群和分层随机抽样技术对待组合供电地区所有用户按行业分群，选取待组合供电地区的典型行业，以及选取夏大、冬大、夏小、冬小为反映负荷变化规律的典型日； 

(2)从选取的每个典型行业中抽取至少五个代表性用户，统计代表性用户在典型日的峰谷差率； 

(3)统计典型行业中每个代表用户的峰谷差率作为该行业的峰谷差率区间，将该区间的中间值作为该行业的行业平均峰谷差率。 

(4)根据行业平均峰谷差率对选取的典型行业进行负荷分类，令行业平均峰谷差率在60％～70％的为一类负荷，行业平均峰谷差率≥70％、≤80％为二类负荷，行业平均峰谷差率＞80％、≤100％为三类负荷； 

(5)将峰谷差大的和峰谷差小的行业，或峰谷互补的行业分在同一个变压器或变电站中，进行组合供电；若有多种组合方式，通过计算各种方式行业间组合后的供电峰谷差率，选择组合后供电峰谷差率最小的方案作为供电方案； 

组合供电后峰谷差率的计算方法如下： 

设目标函数为F＝min a_ij，其中a_ij为行业i和行业j进行组合供电后的峰谷差率； 

1)绘制各行业的负荷特性曲线； 

2)行业间峰谷差时段拟合； 

提取有组合供电可能性的各行业峰谷差时段，并选取其中一个行业为基准行业，计算其余行业峰谷差时段与基准行业峰谷差时段的拟合程度； 

定义峰谷差时段的划分方法为：设4个节点1、2、3、4，节点4的值＝日最大负荷值；节点3的值＝日最大负荷值-日峰谷差/3；节点2的值＝日最大负荷值-(日峰谷差/3)*2；节点1的值＝日最小负荷值，取4～3为峰时段，3～2为平时段，2～1为谷时段； 

设行业峰、平、谷时段分别为f_i、p_i、g_i，各时段拟合程度为_y，则可得到时段拟合矩阵Y＝y_ij，其中1≤i、j≤4，y₁₁无意义设为0，拟合矩阵Y＝yij所代表的意义如下表1所示： 

3)计算两个行业组合供电峰谷差率 

设行业峰时段最大负荷为x_i，行业峰谷差率为a_i，则平时段负荷为(1-a_i/2)x_i，谷时段负荷为(1-a_i)x_i，组合供电后负荷值为z，组合供电后各时段负荷值矩阵： 

Z＝z_ij(1≤i、j≤4) 

其中z_ij＝z_i1+z_1j×y_ij。z₁₁无意义，设为0； 

z_i1为行业i峰平谷时段负荷，z_1j为行业j峰平谷时段负荷，时段拟合程度y_ij以行业j为基准行业，则行业1和行业2组合供电后峰谷差率 

a₁₂＝(max z_ij-min z_ij)/max z_ij，2≤i、j≤4。 

以下结合具体实施例详细说明本发明的方法： 

1.抽样选择各行业典型用户 

根据各地区电网的实际情况，并考虑到实际应用方便，可灵活变换抽样方式，以西安电网为例，宜运用以下抽样方式： 

1)首先，结合分群和分层两种随机抽样技术，对所有客户按行业分群，然后根据用电量或设备容量等参数将用户划分为大用户和中小用户。 

2)采用判断抽样，依据技术人员的经验和专家意见进行样本(典型用户)的选择。 

2.计算行业平均峰谷差率 

依照上述抽样方式从待分析地区中选出该地区的若干典型行业，每个行业选取至少五个用户为代表，统计其峰谷差率取值区间，取每个行业中峰谷差率的平均值作为该行业平均峰谷差率。 

以西安市为例：西安市典型行业分为电气设备制造、高科技、高载能、大型商用及民用，其中商用分为酒店、商场和医院，民用分为学校和小区。在西安市负控数据中每个典型行业选取至少五个用户，每个用户以夏大(夏季最大负荷出现日期)7月30日，冬大(冬季最大负荷出现日期)12月27日。其中夏小(夏季最小负荷出现日期)为9月30日、冬小(冬季最小负荷出现日期)为1月24日包含在春节与国庆假期期间。统计每个行业用户在这几天的峰谷差率，形成一个峰谷差率区间，取该区间的中间值作为该行业的行业平均峰谷差率。 

以上选择出于对负荷曲线规律的通盘考虑，要全面反映工作日、节假日及季节因素对负荷特性的影响，且由于各种原因，做出以下说明： 

1)由于2012年中秋节与国庆节重叠，所以2012年国庆期间放假八天。 

2)由于受到负荷控制系统数据的影响，有些户在上述的某些天内有数据不 全的情况出现，针对这种情况，数据不全的日期不予考虑在内。 

3)由于医院的特殊性质，该行业无节假日，所以不做分析。 

下面以西安市2012年负荷数据为例，按上述方法统计出各行业的峰谷差率如下表2所示： 

表2行业平均峰谷差率统计表 

3.基于行业平均峰谷差率的负荷分类 

依据上个步骤计算出的行业平均峰谷差率，我们将各行业负荷分为三类，行业平均峰谷差率在60％～70％的为一类负荷，行业平均峰谷差率≥70％、≤80％为二类负荷，行业平均峰谷差率＞80％、≤100％为三类负荷。依据上述分类标准，电气设备制造与居民用电为一类负荷，高科技行业为二类负荷，高载能行业与商业为三类负荷。可将有组合供电可能性的用户有意的分在同一个变压器或变电站中，将峰谷差大的和峰谷差小的行业、峰谷互补的行业进行组合供电。 

4.行业间组合供电峰谷差率计算 

在配电网进行规划的时候，为平衡变压器的负荷安排，减少出现变压器重载、轻载不平均的问题，除了考虑地域便利性及经济性等指标以外，还应结合各行业的负荷类别及负荷曲线特性，充分考虑各负荷组合供电的可能性。 

5.方案比较 

下面提供一种实施组合供电后峰谷差率的计算方法，帮助辅助选择合适的供电方案。在实际应用中，可能出现很多种可选择的组合供电方案，例如在变电站选址时，既可以选择甲、乙行业，也可选择乙、丙行业进行组合供电，如果 经济和便利性的差异不是很大，我们便可以采用上述办法，选择使组合供电峰谷差率a_ij最小的方案，使变电站得到充分利用，保证用电可靠性。 

以某地区为例，配电网5万千瓦负荷中，可以选择2万千瓦高载能负荷和3万千瓦高科技负荷进行组合供电作为方案一，也可选择2万千瓦商业负荷和3万千万高科技负荷进行组合供电作为方案二。下面按照前文所述办法对两种方案进行选择。 

经过步骤1、2、3，可以统计出高科技行业平均峰谷差率a₁＝77％，高载能行业平均峰谷差率a₂＝88％，商业行业平均峰谷差率a₃＝91％。由于两方案都有高科技负荷，因此选择高科技行业作为基准行业。 

两个方案行业间峰平谷时段拟合分别如下表3和表4所示： 

表3高科技-高载能峰谷差时段拟合表 

表4高科技-商业峰谷差时段拟合表 

则组合供电后两个方案各时段负荷矩阵 

$Z_1=\left[\begin{array}{cccc}0& 3& 1.845& 0.69\\ 2& 2.375& 2& 2.46\\ 1.12& 2.62& 2.50375& 1.12\\ 0.24& 1.365& 0.70125& 0.47\end{array}\right],$ $Z_2=\left[\begin{array}{cccc}0& 3& 1.845& 0.69\\ 2& 4.625& 3.845& 2\\ 1.09& 1.465& 1.09& 1.32\\ 0.18& 0.18& 0.18& 0.64\end{array}\right]$

则高科技行业与高载能行业进行组合供电后的峰谷差率a₁₂＝(2.62-0.47)/2.62＝82％；高科技行业与商业进行组合供电后的峰谷差率a₁₃＝(4.625-0.18)/4.625＝96％。 

各峰谷差率排序为a₁<a₁₂<a₂<a₃<a₁₃，方案一的组合供电峰谷差率在两个行业之间，方案二的组合供电峰谷差率比两个行业都大。主要是因为高科技行业与商业的用电时段比较类似，会加大峰谷差率，而高科技行业与高载能行业的用电时段相对互补，对于均衡峰谷差率有很好的作用。 

因此，若两个方案的经济性和便利性相差不大，我们应该择优选择方案一，使得组合供电后的用电曲线相对平稳，减轻变压器轻重载不均的现象。 

进一步，行业负荷曲线拟合办法包括以下步骤： 

1)对某一行业中各代表性用户在第t时点的样本进行汇总，得到该行业的在第t时点的样本负荷如式(1)所示： 

${\mathrm{Tp}}_{m,t}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_{m,n,t}---\left(1\right)$

其中，下标m代表行业，下标n代表用户，下标t代表24小时；p_m,n,t代表行业m的用户n在典型日负荷曲线中第t点的负荷，通过上式得到的Tp_m,t代表行业m在第t时点的样本负荷； 

2)计算某个行业下所有代表性用户典型日用电量占各该行业日用电量的比值，作为该行业的扩大系数； 

$e_m=\underset{t=1}{\overset{24}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{Tp}}_{m,t}---\left(2\right)$

${\mathrm{\&beta;}}_m=\frac{E_m}{e_m}---\left(3\right)$

其中，e_m代表行业m的代表性用户平均日用电量；E_m代表行业m的平均日用电量；β_m代表行业m的扩大系数； 

3)通过上述比值扩大系数与第一步所获得的某个行业下第t时点所有用户的典型样本负荷之积，得到某行业第t时点的典型负荷； 

$P_{m,t}={\mathrm{\&beta;}}_m\&CenterDot;\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_{m,n,t}---\left(4\right)$

4)由以上三步获得24时点的各典型负荷P_m,t，与24时点对应即可得到某行业的负荷拟合曲线。 

综上所述，在配电网规划中，可以根据本发明提供的方法，有目的的对各个变电站管辖的用户进行划分，优化配电网的负荷结构。针对各行业负荷特性的分析，对于改善电能质量，巩固配电网稳定性，帮助配电网规划决策都有很大帮助，本发明能够为配电网规划提供一个有效的指导作用。 

Claims (6)

1.一种基于行业平均峰谷差率进行组合供电的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)选取待组合供电地区的典型行业，以及选取夏大、冬大、夏小、冬小为反映负荷变化规律的典型日；

(2)从选取的每个典型行业中抽取至少五个代表性用户，统计代表性用户在典型日的峰谷差率；

(3)统计每个典型行业的峰谷差率区间，取中间值作为该行业的行业平均峰谷差率；

(4)根据行业平均峰谷差率对选取的典型行业进行负荷分类；

(5)将峰谷差大的和峰谷差小的行业，或峰谷互补的行业分在同一个变压器或变电站中，进行组合供电。

2.根据权利要求1所述的基于行业平均峰谷差率进行组合供电的方法，其特征在于：结合分群和分层随机抽样技术对待组合供电地区所有用户按行业分群选取典型行业，再按用户用电规模分层抽选典型用户。

3.根据权利要求1所述的基于行业平均峰谷差率进行组合供电的方法，其特征在于：所述步骤(3)中通过统计典型行业中每个代表用户的峰谷差率作为该行业的峰谷差率区间，将该区间的中间值作为该行业的行业平均峰谷差率。

4.根据权利要求1所述的基于行业平均峰谷差率进行组合供电的方法，其特征在于：所述步骤(4)中令行业平均峰谷差率在60％～70％的为一类负荷，行业平均峰谷差率≥70％、≤80％为二类负荷，行业平均峰谷差率＞80％、≤100％为三类负荷。

5.根据权利要求1所述的基于行业平均峰谷差率进行组合供电的方法，其特征在于：所述步骤(5)若有多种组合方式，通过计算各种方式行业间组合后的供电峰谷差率，选择组合后供电峰谷差率最小的方案作为供电方案；

组合供电后峰谷差率的计算方法如下：

设目标函数为F＝min a_ij，其中a_ij为行业i和行业j进行组合供电后的峰谷差率；

1)绘制各行业的负荷特性曲线；

2)行业间峰谷差时段拟合；

提取有组合供电可能性的各行业峰谷差时段，并选取其中一个行业为基准行业，计算其余行业峰谷差时段与基准行业峰谷差时段的拟合程度；

定义峰谷差时段的划分方法为：设4个节点1、2、3、4，节点4的值＝日最大负荷值；节点3的值＝日最大负荷值-日峰谷差/3；节点2的值＝日最大负荷值-(日峰谷差/3)*2；节点1的值＝日最小负荷值，取4～3为峰时段，3～2为平时段，2～1为谷时段；

设行业峰、平、谷时段分别为f_i、p_i、g_i，各时段拟合程度为y，则可得到时段拟合矩阵Y＝y_ij，其中1≤i、j≤4，y₁₁无意义设为0，拟合矩阵Y＝y_ij所代表的意义如下表所示：

3)计算两个行业组合供电峰谷差率

设行业峰时段最大负荷为x_i，行业峰谷差率为a_i，则平时段负荷为(1-a_i/2)x_i，谷时段负荷为(1-a_i)x_i，组合供电后负荷值为z，组合供电后各时段负荷值矩阵：

Z＝z_ij(1≤i、j≤4)

其中z_ij＝z_i1+z_1j×y_ij；z₁₁无意义，设为0；

zi1为行业i峰平谷时段负荷，z_1j为行业j峰平谷时段负荷，时段拟合程度y_ij以行业j为基准行业，则行业1和行业2组合供电后峰谷差率

a₁₂＝(max z_ij-min z_ij)/max z_ij，2≤i、j≤4。

6.根据权利要求5所述的基于行业平均峰谷差率进行组合供电的方法，其特征在于行业负荷曲线拟合办法包括以下步骤：

1)对某一行业中各代表性用户在第t时点的样本进行汇总，得到该行业的在第t时点的样本负荷如式(1)所示：

${\mathrm{Tp}}_{m,t}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_{m,n,t}---\left(1\right)$

其中，下标m代表行业，下标n代表用户，下标t代表24小时；p_m,n,t代表行业m的用户n在典型日负荷曲线中第t点的负荷，通过上式得到的Tp_m,t代表行业m在第t时点的样本负荷；

2)计算某个行业下所有代表性用户典型日用电量占各该行业日用电量的比值，作为该行业的扩大系数；

$e_m=\underset{t=1}{\overset{24}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{Tp}}_{m,t}---\left(2\right)$

${\mathrm{\&beta;}}_m=\frac{E_m}{e_m}---\left(3\right)$

其中，e_m代表行业m的代表性用户平均日用电量；E_m代表行业m的平均日用电量；β_m代表行业m的扩大系数；

3)通过上述比值扩大系数与第一步所获得的某个行业下第t时点所有用户的典型样本负荷之积，得到某行业第t时点的典型负荷；

$P_{m,t}={\mathrm{\&beta;}}_m\&CenterDot;\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_{m,n,t}---\left(4\right)$

4)由以上三步获得24时点的各典型负荷P_m,t，与24时点对应即可得到某行业的负荷拟合曲线。