CN113783179B - 一种电网负荷预测及优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配电网负荷预测及优化方法，所述方法包括：首先在配电网中配置电流采集装置。需要获取配电网的拓扑结构并对配电网的运行数据进行采集，积累足够用于对负荷预测模型进行训练的配电网历史电流数据。构建配电网负荷预测模型，利用配电网历史电流数据、所在地节假日信息及所需要预测的时长对配电网负荷预测模型进行训练。构建配电网负荷优化模块，根据配电网负荷预测模型所预测的结果，通过配电网负荷优化模块对配电网线路及时作出优化调度。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种电网负荷预测及优化方法。
背景技术
目前，随着智能配电网的建设，配电网的负荷预测及调整优化已经成为保证配电网安全稳定运行的重要技术。这体现了对配电网资源优化配置的要求不断增强，也对调度运行和调度优化提出了更高的要求。
在传统配电网规划中，配电网与用户侧稳定地扮演着供与需的关系。但近年份来，随着经济不断发展和社会用电需求的增长，电网最大负荷利用小时数不断下降，尖峰负荷问题日益突出。在此过程中，新型负荷的出现也对配电网的运行控制提出新的要求，如电动汽车、电采暖等。另一方面，分布式电源、储能等新型能源的渗透率不断增大也是当前配电网的发展趋势。相比传统的发电方式，分布式电源具有随机性大、波动性强、输入功率不可控等特点，在电力规划中无法将其与常规机组同等对待，需要原有配电系统引入对分布式电源的主动协调控制能力。这些都促使着原有配电系统发生转变，即向着主动配电系统发展。
现有技术中的配电网预测及优化技术主要包括三个方面：1、空间负荷预测法：本方法是基于地区地块的划分，给出每类用地性质的负荷密度指标，完成每个地块的负荷预测，然后汇总成整体地区的负荷预测结果。2、数学模型法：本方法通常是基于历史数据，采用数学模型，如回归分析、趋势外推、多项式等进行预测。3、基于负荷分类预测法：首先将负荷划分为不可控负荷、可控负荷、可调节负荷，进而在细分为友好负荷与非友好负荷；然后引入负荷响应系数(λ)概念，分别建立数学模型，然后采用先远后近的典型配电网负荷预测方法进行预测。但是，上述预测方法所利用的数据颗粒度较粗，准确性较差。常常不能准确的预测配电网中即将发生的负荷变化。
由此可见，现有技术中需要一种能够对配电网负荷变化进行精准变化，并同时提出准确可靠的调度优化方案的方法，从而保证配电网安全稳定运行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种能够精准可靠的对配电网进行负荷预测并提出优化调度方案的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种配电网负荷预测及优化方法，所述方法包括：
首先在配电网中配置电流采集装置，所述电流采集装置需要配置在配电网中的变电站的输出线起始位置且靠近变电站，同时还需要在配电网的输电线分支位置，在每条分支线起始位置处设置电流采集装置。
需要获取配电网的拓扑结构并对配电网的运行数据进行采集，积累足够用于对负荷预测模型进行训练的配电网历史电流数据。
构建配电网负荷预测模型，利用配电网历史电流数据、所在地节假日信息及所需要预测的时长对配电网负荷预测模型进行训练。
构建配电网负荷优化模块，根据配电网负荷预测模型所预测的结果，通过配电网负荷优化模块对配电网线路及时作出优化调度。
在一个实施例中，所述配电网负荷优化模块包括：
首先，对比较每一个电流采集点的电流预测值P与所设定的线路电流预警值T，预测值P大于预警值T的采集点被定为待优化点，全部待优化点被归集为待优化点集，并同时计算超告警电流D，所述超告警电流D＝预测值P－预警值T；如果不存在预测值P大于预警值T的采集点，则结束优化；
然后，根据线路的开关闭合情况来确定供电树，所述供电树是指自变电站出线位置为起始点至该起始点电流方向以下全部开关打开位置为终止点的树形结构，所述起始点也称根节点，所述终止点也称叶节点；
接下来，根据供电树结构将优化点集按照供电线路进行分组，所述供电线路即指从根节点起始沿着电流方向至一个叶节点的线路；同时获取优化点集内所有采集点所对应的可切改用电单元，所述可切改用电单元是指在同一线路上一开一合两个开关之间的区域，同一待优化点可对应于多个可切改用电单元；
然后，对所有存在待优化点的线路逐条进行优化，对每一线路上的待优化点进行排序，越靠近线路叶节点的待优化点越优先进行优化；
当对待优化点进行优化时，先对该优化点所对应的全部可切改用电单元进行等级排序，排序标准以可切改用电单元中闭合开关距离根节点之间存在的线路分支点的数量为准，分支点的数量越少，则该可切改用电单元的等级越高；
对该优化点的优化动作以等级最低的可切改用电单元开始，筛选同一等级下的可切改用电单元的预测值P’与超告警电流D的大小关系，所述预测值P’是该可切改用电单元中包含的电流采集点所得到的最大的电流预测值；对所有预测值P’大于超告警电流D的可切改用电单元进行模拟切改，所述切改即将原来闭合的开关打开，将原来打开的开关闭合；并计算接收用电单元的新线路的新预测值P是否大于该线路的预警值T，如果新预测值P会大于预警值T，则该模拟切改不成功，放弃该切改动作，并选择下一个预测值P’大于超告警电流D可切改用电单元进行模拟切改评估；如果接收用电单元的新线路的新预测值P小于该线路的预警值T，则说明切改成功，则确定执行该切改操作，并更新当前线路的待优化点；
当对所有预测值P’大于超告警电流D的可切改用电单元进行模拟切改评估但未成功后，继续对该等级的可切改用电单元中的预测值P’小于等于超告警电流D的可切改用电单元进行组合，组合时要求组合后的预测值P’大于超告警电流D，并依次对该可切改用电单元组合进行模拟切改，如果模拟切改后的新线路的新预测值P有任意一条大于它的预警值T，则该模拟切改不成功，放弃该切改动作，并选择下一个预测值P’大于超告警电流D可切改用电单元组合进行模拟切改评估；如果模拟切改后的新线路的预测值P都小于各自的预警值T，则说明切改成功，则确定执行该切改操作，并更新当前线路的待优化点；
如果针对当前等级的可切改用电单元无法切改线路成功，则跳转至下一个等级的可切改用电单元进行模拟切改；如果针对该优化点的全部等级的可切改用电单元进行模拟切改均无法得到预测值P’则丢弃该优化点，跳转至下一个待优化点进优化；
完成对当前线路的所有待优化点的切改优化；
完成对全部存在待优化点线路的切改优化，并输出完成切改优化后的线路开关状态信息，然后结束优化。
在一个实施例中，电流采集装置设置在变电站的输出线起始位置和分支线起始位置。
在一个实施例中，配电网负荷预测模型为差分整合移动平均自回归模型(ARIMA模型)、时间序列预测ETS模型或时间序列预测NPTS模型。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明一实施例的配电网负荷预测及优化方法的流程图；
图2是根据本发明一实施例的配电网电流采集装置配置示意图；
图3是根据本发明一实施例的配电网负荷优化方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。
图1是根据本发明一实施例的配电网负荷预测及优化方法的流程图。下面结合图1对本方法进行说明。
步骤100，首先在配电网中配置电流采集装置，所述电流采集装置需要配置在配电网中的变电站的输出线起始位置且靠近变电站，同时还需要在配电网的输电线分支位置，在每条分支线起始位置处设置电流采集装置。在工程实际中，由于变电站的输出线起始位置和分支线起始位置均为该条线路上的电流值最大位置，因此将电流采集装置设置在该位置处可以准确检测最大电流值。同时，配电网的输电线路中，在分支处的不同分支线的电流值之和应等于分支输入线的电流值，因此实际中可以不在每条分支线上均设置电流采集装置，而是通过分支处的拓扑结构计算未安装电流采集装置线路的电流值。但本实施例中，为了能够精准的掌握每条线路的电流值，本实施例中规定了在所有分支线路上均设置了电流采集装置。配置好电流采集装置的配电网拓扑结构如图2所示。
步骤101，完成对配电网中的电流采集装置的配置后，需要获取配电网的拓扑结构，所要获取的信息包括拓扑的包含的元素、元素属性和元素连接关系。所述拓扑包含的元素是指配电网中包含的变电站、开关和电流采集装置所处的采集点。所述元素属性是指元素的类型，即变电站、开关和电流采集装置所处的采集点之一，元素属性还包括采集点上设置的变电站线路的电流预警值。该电流预警值一般是由电网运营机构设定。所述元素连接关系即是所有元素之间相连接的地理位置关系。
步骤102，在获取配电网的拓扑机构后对配电网的运行数据进行采集，积累足够用于对负荷预测模型进行训练的电流数据。
步骤103，构建配电网负荷预测模型，由于电流采集装置所获取的数据均为时间序列数据，因此本实施例中的配电网负荷预测模型使用差分整合移动平均自回归模型(ARIMA模型)、时间序列预测ETS模型或时间序列预测NPTS模型之一的现有技术中常见的时间序列预测模型。本实施例中，除了向上述时间序列预测模型输入配电网电流时序数据外，还需要输入所在地节假日信息及所需要预测的时长。上述时间序列预测模型的训练方法也使用现有技术中的常规模型训练方法。
本发明中，预测设定时间长度后的电流值后还需要根据预测值与设定的预警值对线路调度作出优化。如图3所示，本实施例中的配电网负载优化方法包括：
首先，对比较每一个电流采集点的电流预测值P与所设定的线路电流预警值T，预测值P大于预警值T的采集点被定为待优化点，全部待优化点被归集为待优化点集，并同时计算超告警电流D，所述超告警电流D＝预测值P－预警值T；如果不存在预测值P大于预警值T的采集点，则结束优化；
然后，根据线路的开关闭合情况来确定供电树，所述供电树是指自变电站出线位置为起始点至该起始点电流方向以下全部开关打开位置为终止点的树形结构，所述起始点也称根节点，所述终止点也称叶节点；
接下来，根据供电树结构将优化点集按照供电线路进行分组，所述供电线路即指从根节点起始沿着电流方向至一个叶节点的线路；同时获取优化点集内所有采集点所对应的可切改用电单元，所述可切改用电单元是指在同一线路上一开一合两个开关之间的区域，同一待优化点可对应于多个可切改用电单元；
然后，对所有存在待优化点的线路逐条进行优化，对每一线路上的待优化点进行排序，越靠近线路叶节点的待优化点越优先进行优化；
当对待优化点进行优化时，先对该优化点所对应的全部可切改用电单元进行等级排序，排序标准以可切改用电单元中闭合开关距离根节点之间存在的线路分支点的数量为准，分支点的数量越少，则该可切改用电单元的等级越高；
对该优化点的优化动作以等级最低的可切改用电单元开始，筛选同一等级下的可切改用电单元的预测值P’与超告警电流D的大小关系，所述预测值P’是该可切改用电单元中包含的电流采集点所得到的最大的电流预测值；对所有预测值P’大于超告警电流D的可切改用电单元进行模拟切改，所述切改即将原来闭合的开关打开，将原来打开的开关闭合；并计算接收用电单元的新线路的新预测值P是否大于该线路的预警值T，如果新预测值P会大于预警值T，则该模拟切改不成功，放弃该切改动作，并选择下一个预测值P’大于超告警电流D可切改用电单元进行模拟切改评估；如果接收用电单元的新线路的新预测值P小于该线路的预警值T，则说明切改成功，则确定执行该切改操作，并更新当前线路的待优化点；
当对所有预测值P’大于超告警电流D的可切改用电单元进行模拟切改评估但未成功后，继续对该等级的可切改用电单元中的预测值P’小于等于超告警电流D的可切改用电单元进行组合，组合时要求组合后的预测值P’大于超告警电流D，并依次对该可切改用电单元组合进行模拟切改，如果模拟切改后的新线路的新预测值P有任意一条大于它的预警值T，则该模拟切改不成功，放弃该切改动作，并选择下一个预测值P’大于超告警电流D可切改用电单元组合进行模拟切改评估；如果模拟切改后的新线路的预测值P都小于各自的预警值T，则说明切改成功，则确定执行该切改操作，并更新当前线路的待优化点；
如果针对当前等级的可切改用电单元无法切改线路成功，则跳转至下一个等级的可切改用电单元进行模拟切改；如果针对该优化点的全部等级的可切改用电单元进行模拟切改均无法得到预测值P’则丢弃该优化点，跳转至下一个待优化点进优化；
完成对当前线路的所有待优化点的切改优化；
完成对全部存在待优化点线路的切改优化，并输出完成切改优化后的线路开关状态信息，然后结束优化。
步骤104，本实施例的配电网负荷预警模块与优化模块训练完毕后，即部署在配电网监控系统中，根据配电网实时的电流信息监控配电网负荷，并及时提供配电网调度优化预警。
以上所述，仅为本发明的具体实施案例，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术的技术人员在本发明所述的技术规范内，对本发明的修改或替换，都应在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种配电网负荷预测及优化方法，其特征在于，所述方法包括：
首先在配电网中配置电流采集装置，所述电流采集装置需要配置在配电网中的变电站的输出线起始位置且靠近变电站，同时还需要在配电网的输电线分支位置，在每条分支线起始位置处设置电流采集装置；
需要获取配电网的拓扑结构并对配电网的运行数据进行采集，积累足够用于对负荷预测模型进行训练的配电网历史电流数据；
构建配电网负荷预测模型，利用配电网历史电流数据、所在地节假日信息及所需要预测的时长对配电网负荷预测模型进行训练；
构建配电网负荷优化模块，根据配电网负荷预测模型所预测的结果，通过配电网负荷优化模块对配电网线路及时作出优化调度；
所述配电网负荷优化模块包括：
首先，对比较每一个电流采集点的电流预测值P与所设定的线路电流预警值T，预测值P大于预警值T的采集点被定为待优化点，全部待优化点被归集为待优化点集，并同时计算超告警电流D，所述超告警电流D＝预测值P－预警值T；如果不存在预测值P大于预警值T的采集点，则结束优化；
然后，根据线路的开关闭合情况来确定供电树，所述供电树是指自变电站出线位置为起始点至该起始点电流方向以下全部开关打开位置为终止点的树形结构，所述起始点也称根节点，所述终止点也称叶节点；
接下来，根据供电树结构将优化点集按照供电线路进行分组，所述供电线路即指从根节点起始沿着电流方向至一个叶节点的线路；同时获取优化点集内所有采集点所对应的可切改用电单元，所述可切改用电单元是指在同一线路上一开一合两个开关之间的区域，同一待优化点可对应于多个可切改用电单元；
然后，对所有存在待优化点的线路逐条进行优化，对每一线路上的待优化点进行排序，越靠近线路叶节点的待优化点越优先进行优化；
当对待优化点进行优化时，先对该优化点所对应的全部可切改用电单元进行等级排序，排序标准以可切改用电单元中闭合开关距离根节点之间存在的线路分支点的数量为准，分支点的数量越少，则该可切改用电单元的等级越高；
对该优化点的优化动作以等级最低的可切改用电单元开始，筛选同一等级下的可切改用电单元的预测值P’与超告警电流D的大小关系，所述预测值P’是该可切改用电单元中包含的电流采集点所得到的最大的电流预测值；对所有预测值P’大于超告警电流D的可切改用电单元进行模拟切改，所述切改即将原来闭合的开关打开，将原来打开的开关闭合；并计算接收用电单元的新线路的新预测值P是否大于该线路的预警值T，如果新预测值P会大于预警值T，则该模拟切改不成功，放弃该切改动作，并选择下一个预测值P’大于超告警电流D可切改用电单元进行模拟切改评估；如果接收用电单元的新线路的新预测值P小于该线路的预警值T，则说明切改成功，则确定执行该切改操作，并更新当前线路的待优化点；
当对所有预测值P’大于超告警电流D的可切改用电单元进行模拟切改评估但未成功后，继续对该等级的可切改用电单元中的预测值P’小于等于超告警电流D的可切改用电单元进行组合，组合时要求组合后的预测值P’大于超告警电流D，并依次对该可切改用电单元组合进行模拟切改，如果模拟切改后的新线路的新预测值P有任意一条大于它的预警值T，则该模拟切改不成功，放弃该切改动作，并选择下一个预测值P’大于超告警电流D可切改用电单元组合进行模拟切改评估；如果模拟切改后的新线路的预测值P都小于各自的预警值T，则说明切改成功，则确定执行该切改操作，并更新当前线路的待优化点；
如果针对当前等级的可切改用电单元无法切改线路成功，则跳转至下一个等级的可切改用电单元进行模拟切改；如果针对该优化点的全部等级的可切改用电单元进行模拟切改均无法得到预测值P’则丢弃该优化点，跳转至下一个待优化点进优化；
完成对当前线路的所有待优化点的切改优化；
完成对全部存在待优化点线路的切改优化，并输出完成切改优化后的线路开关状态信息，然后结束优化。
2.根据权利要求1所述的配电网负荷预测及优化方法，其特征在于，电流采集装置设置在变电站的输出线起始位置和分支线起始位置。
3.根据权利要求2所述的配电网负荷预测及优化方法，其特征在于，配电网负荷预测模型为差分整合移动平均自回归模型(ARIMA模型)、时间序列预测ETS模型或时间序列预测NPTS模型。
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2020
- 2020-06-09 CN CN202010519698.3A patent/CN113783179B/zh active Active
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