电力负荷预测方法与应用

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电力负荷预测理论与方法(2011-10-2411:52:34)转载▼标签：杂谈电力负荷预测理论与方法电力系统负荷预测是电力系统发电计划的重要组成部分，也是电力系统经济运行的基础。在当前电力发展迅速和供应紧张的情况下，合理地进行电力系统规划和运行极其重要。 　　1　电力负荷的构成与特点 　　电力系统负荷一般可以分为城市民用负荷、商业负荷、农村负荷、工业负荷以及其他负荷等，不同类型的负荷具有不同的特点和规律。 　　城市民用负荷主要是城市居民的家用电器，它具有年年增长的趋势，以及明显的季节性波动特点，而且民用负荷的特点还与居民的日常生活和工作的规律紧密相关。日本新宝SHIMPO|日本爱宕ATAGO|京都电子KEM|美能达MINOLTA|福禄克FLUKE|日本理音RION|美国TPI 　　商业负荷，主要是指商业部门的照明、空调、动力等用电负荷，覆盖面积大，且用电增长平稳，商业负荷同样具有季节性波动的特性。虽然商业负荷在电力负荷中所占比重不及工业负荷和民用负荷，但商业负荷中的照明类负荷占用电力系统高峰时段。此外，商业部门由于商业行为在节假日会增加营业时间，从而成为节假日中影响电力负荷的重要因素之一。 　　工业负荷是指用于工业生产的用电，一般工业负荷的比重在用电构成中居于首位，它不仅取决于工业用户的工作方式(包括设备利用情况、企业的工作班制等)，而且与各行业的行业特点、季节因素都有紧密的联系，一般负荷是比较恒定的。 　　农村负荷则是指农村居民用电和农业生产用电。此类负荷与工业负荷相比，受气候、季节等自然条件的影响很大，这是由农业生产的特点所决定的。农业用电负荷也受农作物种类、耕作习惯的影响，但就电网而言，由于农业用电负荷集中的时间与城市工业负荷高峰时间有差别，所以对提高电网负荷率有好处。 功率记录仪电流记录仪电压记录仪 电力负荷预测理论与方法(2011-10-2411:52:34)转载▼标签：杂谈电力负荷预测理论与方法电力系统负荷预测是电力系统发电计划的重要组成部分，也是电力系统经济运行的基础。在当前电力发展迅速和供应紧张的情况下，合理地进行电力系统规划和运行极其重要。 　　1　电力负荷的构成与特点 　　电力系统负荷一般可以分为城市民用负荷、商业负荷、农村负荷、工业负荷以及其他负荷等，不同类型的负荷具有不同的特点和规律。 　　城市民用负荷主要是城市居民的家用电器，它具有年年增长的趋势，以及明显的季节性波动特点，而且民用负荷的特点还与居民的日常生活和工作的规律紧密相关。日本新宝SHIMPO|日本爱宕ATAGO|京都电子KEM|美能达MINOLTA|福禄克FLUKE|日本理音RION|美国TPI 　　商业负荷，主要是指商业部门的照明、空调、动力等用电负荷，覆盖面积大，且用电增长平稳，商业负荷同样具有季节性波动的特性。虽然商业负荷在电力负荷中所占比重不及工业负荷和民用负荷，但商业负荷中的照明类负荷占用电力系统高峰时段。此外，商业部门由于商业行为在节假日会增加营业时间，从而成为节假日中影响电力负荷的重要因素之一。 　　工业负荷是指用于工业生产的用电，一般工业负荷的比重在用电构成中居于首位，它不仅取决于工业用户的工作方式(包括设备利用情况、企业的工作班制等)，而且与各行业的行业特点、季节因素都有紧密的联系，一般负荷是比较恒定的。 　　农村负荷则是指农村居民用电和农业生产用电。此类负荷与工业负荷相比，受气候、季节等自然条件的影响很大，这是由农业生产的特点所决定的。农业用电负荷也受农作物种类、耕作习惯的影响，但就电网而言，由于农业用电负荷集中的时间与城市工业负荷高峰时间有差别，所以对提高电网负荷率有好处。 功率记录仪电流记录仪电压记录仪 　　从以上分析可知电力负荷的特点是经常变化的，不但按小时变、按日变，而且按周变，按年变，同时负荷又是以天为单位不断起伏的，具有较大的周期性，负荷变化是连续的过程，一般不会出现大的跃变，但电力负荷对季节、温度、天气等是敏感的，不同的季节，不同地区的气候，以及温度的变化都会对负荷造成明显的影响。 　　电力负荷的特点决定了电力总负荷由以下四部分组成：基本正常负荷分量、天气敏感负荷分量、特别事件负荷分量和随机负荷分量。 　　2　负荷预测的内容与分类 　　电力系统负荷预测包括最大负荷功率、负荷电量及负荷曲线的预测。最大负荷功率预测对于确定电力系统发电设备及输变电设备的容量是非常重要的。为了选择适当的机组类型和合理的电源结构以及确定燃料计划等，还必须预测负荷及电量。负荷曲线的预测可为研究电力系统的峰值、抽水蓄能电站的容量以及发输电设备的协调运行提供数据支持。 　　负荷预测根据目的的不同可以分为超短期、短期、中期和长期：①超短期负荷预测是指未来1h以内的负荷预测，在安全监视状态下，需要5～10s或1～5min的预测值，预防性控制和紧急状态处理需要10min至1h的预测值。②短期负荷预测是指日负荷预测和周负荷预测，分别用于安排日调度计划和周调度计划，包括确定机组起停、水火电协调、联络线交换功率、负荷经济分配、水库调度和设备检修等，对短期预测，需充分研究电网负荷变化规律，分析负荷变化相关因子，特别是天气因素、日类型等和短期负荷变化的关系。③中期负荷预测是指月至年的负荷预测，主要是确定机组运行方式和设备大修计划等。④长期负荷预测是指未来3～5年甚至更长时间段内的负荷预测，主要是电网规划部门根据国民经济的发展和对电力负荷的需求，所作的电网改造和扩建工作的远景规划。对中、长期负荷预测，要特别研究国民经济发展、国家政策等的影响。 　　3　负荷预测的基本过程 　　负荷预测工作的关键在于收集大量的历史数据，建立科学有效的预测模型，采用有效的算法，以历史数据为基础，进行大量试验性研究，总结经验，不断修正模型和算法，以真正反映负荷变化规律。其基本过程如下。 电表|钳表|高斯计|电磁场测试仪|电源供应器|电能质量分析仪|多功能测试仪|电容表|电力分析仪|谐波分析仪 |　　3.1　调查和选择历史负荷数据资料 　　多方面调查收集资料，包括电力企业内部资料和外部资料，从众多的资料中挑选出有用的一小部分，即把资料浓缩到最小量。挑选资料时的标准要直接、可靠并且是最新的资料。如果资料的收集和选择得不好，会直接影响负荷预测的质量。 　　3.2　历史资料的整理 　　一般来说，由于预测的质量不会超过所用资料的质量，所以要对所收集的与负荷有关的统计资料进行审核和必要的加工整理，来保证资料的质量，从而为保证预测质量打下基础，即要注意资料的完整无缺，数字准确无误，反映的都是正常状态下的水平，资料中没有异常的"分离项"，还要注意资料的补缺，并对不可靠的资料加以核实调整。 　　3.3　对负荷数据的预处理 　　在经过初步整理之后，还要对所用资料进行数据分析预处理，即对历史资料中的异常值的平稳化以及缺失数据的补遗，针对异常数据，主要采用水平处理、垂直处理方法。 　　数据的水平处理即在进行分析数据时，将前后两个时间的负荷数据作为基准，设定待处理数据的最大变动范围，当待处理数据超过这个范围，就视为不良数据，采用平均值的方法平稳其变化；数据的垂直处理即在负荷数据预处理时考虑其24h的小周期，即认为不同日期的同一时刻的负荷应该具有相似性，同时刻的负荷值应维持在一定的范围内，对于超出范围的不良数据修正，为待处理数据的最近几天该时刻的负荷平均值。 　　3.4　建立负荷预测模型 　　负荷预测模型是统计资料轨迹的概括，预测模型是多种多样的，因此，对于具体资料要选择恰当的预测模型，这是负荷预测过程中至关重要的一步。当由于模型选择不当而造成预测误差过大时，就需要改换模型，必要时，还可同时采用几种数学模型进行运算，以便对比、选择。 　　在选择适当的预测技术后，建立负荷预测数学模型，进行预测工作。由于从已掌握的发展变化规律，并不能代表将来的变化规律，所以要对影响预测对象的新因素进行分析，对预测模型进行恰当的修正后确定预测值。 　　4　电力负荷预测方法简介  　　电力负荷预测分为经典预测方法和现代预测方法。 　　4.1　经典预测方法 　　4.1.1　指数平滑法 　　该方法是常用的预测方法之一，指数平滑法的基本思想是加权平均，选取一组时间上有序的历史数据，x1、x2、x3……xt，一次指数平滑预测的迭代公式为：　　 　　式中lt+1—t+1时刻的负荷值 　　　　n—所有数据记录的个数 　　对越近期的数据加权越大，这反映了近期数据对未来负荷影响更大这一实际情况，同时能通过平滑作用消除序列中的随机波动。 　　4.1.2　趋势外推法 　　就是根据负荷的变化趋势对未来负荷情况作出预测。电力负荷虽然具有随机性和不确定性，但在一定条件下，仍存在着明显的变化趋势，例如农业用电，在气候条件变化较小的冬季，日用电量相对稳定，表现为较平稳的变化趋势。这种变化趋势可为线性或非线性，周期性或非周期性等等。 　　4.1.3　时间序列法 　　时间序列法是一种最为常见的短期负荷预测方法，它是针对整个观测序列呈现出的某种随机过程的特性，去建立和估计产生实际序列的随机过程的模型，然后用这些模型去进行预测。它利用了电力负荷变动的惯性特征和时间上的延续性，通过对历史数据时间序列的分析处理，确定其基本特征和变化规律，预测未来负荷。 　　时间序列预测方法可分为确定型和随机性两类，确定型时间序列作为模型残差用于估计预测区间的大小。随机型时间序列预测模型可以看作一个线性滤波器。根据线性滤波器的特性，时间序列可划为自回归(ar)、动平均(ma)、自回归-动平均(arma)、累计式自回归-动平均(arima)、传递函数(tf)几类模型，其负荷预测过程一般分为模型识别、模型参数估计、模型检验、负荷预测、精度检验预测值修正5个阶段。 　　4.1.4　回归分析法 　　回归分析法就是根据负荷过去的历史资料，建立可以分析的数学模型，对未来的负荷进行预测。利用数理统计中的回归分析方法，通过对变量的观测数据进行分析，确定变量之间的相互关系，从而实现预测。 　　4.2　现代负荷预测方法 　　20世纪80年代后期，一些基于新兴学科理论的现代预测方法逐渐得到了成功应用。这其中主要有灰色数学理论、专家系统方法、神经网络理论、模糊预测理论等。 　　4.2.1　灰色数学理论 　　灰色数学理论是把负荷序列看作一真实的系统输出，它是众多影响因子的综合作用结果。这些众多因子的未知性和不确定性，成为系统的灰色特性。灰色系统理论把负荷序列通过生成变换，使其变化为有规律的生成数列再建模，用于负荷预测。 　　4.2.2　专家系统方法 　　专家系统方法是对于数据库里存放的过去几年的负荷数据和天气数据等进行细致的分析，汇集有经验的负荷预测人员的知识，提取有关规则。借助专家系统，负荷预测人员能识别预测日所属的类型，考虑天气因素对负荷预测的影响，按照一定的推理进行负荷预测。 　　4.2.3　神经网络理论 　　神经网络理论是利用神经网络的学习功能，让计算机学习包含在历史负荷数据中的映射关系，再利用这种映射关系预测未来负荷。由于该方法具有很强的鲁棒性、记忆能力、非线性映射能力以及强大的自学习能力，因此有很大的应用市场，但其缺点是学习收敛速度慢，可能收敛到局部最小点；并且知识表达困难，难以充分利用调度人员经验中存在的模糊知识。 　　4.2.4　模糊负荷预测 　　模糊负荷预测是近几年比较热门的研究方向。 　　模糊控制是在所采用的控制方法上应用了模糊数学理论，使其进行确定性的工作，对一些无法构造数学模型的被控过程进行有效控制。模糊系统不管其是如何进行计算的，从输入输出的角度讲它是一个非线性函数。模糊系统对于任意一个非线性连续函数，就是找出一类隶属函数，一种推理规则，一个解模糊方法，使得设计出的模糊系统能够任意逼近这个非线性函数。 　　下面介绍模糊预测的一些基本方法。 　　(1)表格查寻法： 　　表格法是一种相对简单明了的算法。这个方法的基本思想是从已知输入--输出数据对中产生模糊规则，形成一个模糊规则库，最终的模糊逻辑系统将从组合模糊规则库中产生。 　　这是一种简单易行的易于理解的算法，因为它是个顺序生成过程，无需反复学习，因此，这个方法同样具有模糊系统优于神经网络系统的一大优点，即构造起来既简单又快速。 　　(2)基于神经网络集成的高木-关野模糊预测算法： 　　它是利用神经网络来求得条件部输入变量的联合隶属函数。结论部的函数f(x)也可以用神经网络来表示。神经网络均采用前向型的bp网络。 　　(3)改进的模糊神经网络模型的算法： 　　模糊神经网络即全局逼近器。模糊系统与神经网络似乎有着天然的联系，模糊神经网络在本质上是模糊系统的实现，就是将常规的神经网络(如前向反馈神经网络，hopfield神经网络)赋予模糊输入信号和模糊权。 　　对于复杂的系统建模，已经有了许多方法，并已取得良好的应用效果。但主要缺点是模型精度不高，训练时间太长。此种方法的模型物理意义明显，精度高，收敛快，属于改进型算法。 　　(4)反向传播学习算法： 　　模糊逻辑系统应用主要在于它能够作为非线性系统的模型，包括含有人工操作员的非线性系统的模型。因此，从函数逼近意义上考虑，研究模糊逻辑系统的非线性映射能力显得非常重要。函数逼近就是模糊逻辑系统可以在任意精度上，一致逼近任何定义在一个致密集上的非线性函数，其优势在于它有能够系统而有效地利用语言信息的能力。万能逼近定理表明一定存在这样一个可以在任意精度逼近任意给定函数的高斯型模糊逻辑系统。反向传播bp学习算法用来确定高斯型模糊逻辑系统的参数，经过辨识的模型能够很好的逼近真实系统，进而达到提高预测精度的目的。 　　5　结束语  　　随着电力市场的发展，负荷预测的重要性日益显现，并且对负荷预测精度的要求越来越高。传统的预测方法比较成熟，预测结果具有一定的参考价值，但要进一步提高预测精度，就需要对传统方法进行一些改进，同时随着现代科学技术的不断进步，理论研究的逐步深入，以灰色理论、专家系统理论、模糊数学等为代表的新兴交叉学科理论的出现，也为负荷预测的飞速发展提供了坚实的理论依据和数学基础。相信负荷预测的理论会越来越成熟，预测的精度越来越高。第七章短路电流计算ShortCircuitCurrentCalculation§7-1概述GeneralDescription一、短路的原因、类型及后果Thecause,typeandsequenceofshortcircuit1、短路：是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。2、短路的原因：⑴元件损坏如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良等所造成的设备缺陷发展成短路.⑵气象条件恶化如雷击造成的闪络放电或避雷器动作；大风造成架空线断线或导线覆冰引起电杆倒塌等.⑶违规操作如运行人员带负荷拉刀闸；线路或设备检修后未拆除接地线就加电压.⑷其他原因如挖沟损伤电缆,鸟兽跨接在裸露的载流部分等.3、三相系统中短路的类型：⑴基本形式:—三相短路；—两相短路；—单相接地短路；—两相接地短路；⑵对称短路：短路后，各相电流、电压仍对称,如三相短路；不对称短路：短路后，各相电流、电压不对称;如两相短路、单相短路和两相接地短路.注:单相短路占绝大多数；三相短路的机会较少,但后果较严重。4、短路的危害后果随着短路类型、发生地点和持续时间的不同，短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电，也可能威胁整个系统的安全运行。短路的危险后果一般有以下几个方面。（1）电动力效应 短路点附近支路中出现比正常值大许多倍的电流，在导体间产生很大的机械应力，可能使导体和它们的支架遭到破坏。（1）发热短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏。（2）故障点往往有电弧产生，可能烧坏故障元件，也可能殃及周围设备.（3）电压大幅下降，对用户影响很大.（4）如果短路发生地点离电源不远而又持续时间较长，则可能使并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定，造成大片停电。这是短路故障的最严重后果。（5）不对称短路会对附近的通讯系统产生影响。二、计算短路电流的目的及有关化简ThepurposeandsomesimplificationofshortcircuitCalculation1、短路计算的目的a、选择电气设备的依据；b、继电保护的设计和整定；c、电气主接线方案的确定；d、进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响；2、短路计算的简化假设a、不考虑发电机间的摇摆现象，认为所有发电机电势的相位都相同；b、不考虑磁路饱和，认为短路回路各元件的电抗为常数；c、不考虑发电机转子的不对称性，用来代表。认为<<,即认为短路前发电机是空载的；d、不考虑线路对地电容、变压器的励磁支路和高压电网中的电阻，认为等值电路中只有各元件的电抗。§7-2标么值计算方法与短路电流计算步骤Per-unitsystemandtheprocessofshort-circuitcurrentcalculation一、标么制的概念conceptionofper-unitsystem1、标么制per-unitsystem：将电压、电流、功率、阻抗等物理量不用其有名值表示，而用标么值表示。 2、标么值：per-unitvalue例如:某发电机的端电压用有名值表示为,如果用标么值表示,就必须先选定基准值.若选基准值,则;若取基准值,则;若取基准值,则.可见:标么值是一个没有量纲的数值,对于同一个有名值,基准值选得不同,其标么值也就不同.因此:说明一个量的标么值时，必须同时说明它的基准值；否则，标么值的意义不明确！3、采用标么制的优点：theadvantageofper-unitsystem（1）易于比较电力系统中各元件的特性和参数；（2）易于判断电气设备的特征和参数的优劣；（3）可以使计算量大大简化。二、基准值的选取theselectionofreferencevalue1、各量的基准值之间应服从：功率方程：欧姆定律：通常选定则：，2、三相对称系统中，不管是Y接线还是接线，任何一点的线电压（或线电流）的标么值与该点的相电压（或相电流）的标么值相等，且三相总功率的标么值与每相的功率标么值相等。故：采用标么制时，对称三相电路完全可以用单相电路计算。3、说明：通常取（）三、不同基准值的标么值之间的换算conversionamongper-unitvaluesbasedondifferentreferencevalues1、原则：换算前后的物理量的有名值保持不变。步骤：（1）将以原有基准值计算出的标么值还原成有名值（2）计算新基准值下的标么值2、发电机、变压器 已知：求：则：有名值：标么值：1、电抗器有名值：标么值：四、有变压器联系的不同电压等级电网中各元件参数标么值的计算Per-unitvaluecalculationinanetworkwhichhasdifferentvoltageclassconnectedbytransformers.1、先取某一电压级为基本电压级，并取基本电压级的基准电压，将其他电压级下的电抗有名值归算到基本电压级下：其中：则：归算到基本电压级的某个线段的电抗标么值应为：2、有变压器联系的网络标么值计算的简化条件：，用计算变比，并用代替元件的则：发电机电抗的标么值变压器的标么值线路中电抗的标么值电抗器的标么值其中对线路、电抗器的计算中，为元件所在电压等级的平均额定电压 证明：取短路点所在电压等级为基本电压级，并取则：则：归算到任一电压级下的电抗标么值相等。五、短路电流计算步骤processofshort-circuitcurrentcalculation1．确定计算条件，画计算电路图1）计算条件：系统运行方式，短路地点、短路类型和短路后采取的措施。2）运行方式：系统中投入的发电、输电、变电、用电设备的多少以及它们之间的连接情况。根据计算目的确定系统运行方式，画相应的计算电路图。选电气设备：选择正常运行方式画计算图；短路点取使被选择设备通过的短路电流最大的点。继电保护整定：比较不同运行方式，取最严重的。2．画等值电路，计算参数；分别画各段路点对应的等值电路。 标号与计算图中的应一致。3．网络化简，分别求出短路点至各等值电源点之间的总电抗。⑴.星—角变换公式角—星变换公式⑵.等值电源归算（1）同类型且至短路点的电气距离大致相等的电源可归并；（2）至短路点距离较远的同类型或不同类型的电源可归并；（3）直接连于短路点上的同类型发电机可归并； §7-3供配电系统三相短路电流计算Three-phaseshort-circuitcurrentcalculationinpowersupplyanddistributionsystem一、“无限大”电力系统conceptofinfinitesystem1.定义：系统的容量∞,系统的内阻抗（）.2.“无限大”电力系统的特点：外电路电流变动时，其端口电压不变。3．若系统阻抗不超过短路回路总阻抗的15%，则系统看作“无限大系统”实用计算中，将配电网中的系统母线看作无限大容量系统。等值电源内阻抗二、供配电系统三相短路电流计算three-phaseshort-circuitcurrentcalculationinpowersupplyanddistributionsystem1.三相短路电流1）则：＝其中：—短路时电源电压相位角(合闸相位角)—稳态分量，周期分量—暂态分量，非周期分量2）的有效值2.冲击短路电流impulsecurrent --------短路电流最大瞬时值当时，短路瞬间最大，则也最大又当时，即当时，最大。即：＝冲击系数，，一般:高压网中，＝0.05S时，则＝1.8大容量系统或发电机附近短路时，发电厂高压母线；=1.85低压网中，则：＝1-1.33、短路电流全电流的有效值近似认为：则：冲击电流全电流有效值：三、“无限大”电源供电的简单电力网三相短路电流计算步骤impulsecurrentvaluecalculationofthree-phaseshort-circuitsuppliedbyinfinitesystem1.取基准值；2.画出标么值表示的等值电路；3.计算出从短路点到各电源点之间的等值阻抗；4.计算。（）5.计算，（其中） 说明：（1）短路电流应还原成有名值；（2）公式中的为短路点所在电压等级平均额定电压。四、“短路容量”的概念及用途conceptandusageofshot-circuitcapability1.某一点的短路容量＝该点短路时的短路电流×该点短路前的电压有名值：标么值：则：的大小实际反映了该点短路电流的大小，也就反映了该点到恒定电压点之间总电抗的大小。2、可近似取某点的＝装于该点的断路器的额定开断容量§7-4由同步发电机供电的三相短路电流计算Three-phaseshort-circuitcurrentcalculationsuppliedbysynchronousgenerator一、同步发电机发生三相突然短路（无自动励磁调节装置）Three-phaseshort-circuithappenednearbysynchronousgeneratorwhichhasnoautomaticexcitationregulationdevice1.不能当作“无限大”系统的情况1）发电机端点或端点附近发生短路；2）短路点虽离发电机较远，但发电机容量有限。在以上地点发生三相突然短路时,由于短路电流所造成的强烈去磁性电枢反应,使发电机端口电动势和内部电抗在短路的暂态过程中发生变化,相应的短路电流周期分量的振幅也随之变化, 这是与无限大系统相区别的地方.2．短路电流的周期分量从短路瞬间起，经历了次暂态、暂态、稳态的过程。短路电流周期分量的幅值：式中：----次暂态短路电流的有效值；----暂态短路电流的有效值；----稳态短路电流的有效值；----次暂态分量电流衰减的时间常数；----暂态分量电流衰减的时间常数。不计励磁调节时：Ⅰ）空载短路为发电机空载电动势。Ⅱ）负载情况下端口短路、、为次暂态电动势、暂态电动势、稳态电动势。其中：，、依次为发电机额定电压和额定电流。一般取，。Ⅲ）经外电路短路 从短路点到发电机端点的总电抗3．短路电流非周期分量最不利条件下（即，且）,为定子回路衰减时间常数。则最不利条件下，同步发电机三相突然短路电流瞬时值：4．次暂态短路电流、冲击短路电流、稳态短路电流1）次暂态短路电流机端短路：经外电阻短路：次暂态短路功率：注意：校验机端快速动作断路器开断电流和开断容量时，用对应于开断时刻t的短路电流全电流有效值。2）冲击短路电流t=0.01s其中Ksh=1.9，机端短路；Ksh=1.8，经外阻抗短路。3）稳态短路电流机端短路：;经外电路短路：二、装有自动励磁调节装置时同步发电机的三相短路电流Three-phaseshort-circuitcurrentsuppliedbysynchronousgeneratorwhichhasautomaticexcitationregulationdevice 1．不考虑励磁调节时认为整个短路过程中发电机的励磁电流不变，则感应电动势为常数。2．考虑自动励磁时a.由于发电机的励磁回路有较大的电感,励磁电流不能在短路发生后立即增大,所以自动励磁装置的调节效果要在短路后的一定时间内才显示出来.因而在短路后最初几个周波内，励磁电流不会变化.故:次暂态短路电流和冲击短路电流的计算与无励磁时相同。b.当自动励磁装置起作用后,周期分量电流不再减小而是逐渐增加,最后过渡到稳态值.因此稳态短路电流以及自励装置起作用后的某一时刻的短路电流的计算变得复杂稳态值的大小主要与短路点的远近和自动励磁装置的调整程度.励磁装置起作用后计算就较复杂，一般用“运算曲线法”。§7-5三相短路的实用计算Practicalmethodofthreephaseshort-circuitcurrentcalculation一、运算曲线法methodofoperationalcurve1．运算曲线：事先制作好的一种计算三相短路电流周期分量有效值的曲线。2．运算曲线法：利用运算曲线求短路发生后任意时刻t所对应的短路电流周期分量有效值的方法。算法的适用条件：计及自动励磁调节作用的发电机组供电的三相短路电流周期分量有效值的计算。3.其中：（计算电抗标么值）为从短路点至发电机端点的外电路电抗标么值。4.曲线中，t=0s对应于次暂态短路电流；t=4s对应于稳态短路电流。 注意：运算曲线法中标么值的计算必须以发电机（或等值发电机）的额定容量为基准值，并且等值图中发电机以次暂态电抗代表。二、计算步骤calculationprocess1.忽略负荷，画等值电路，发电机以次暂态电抗代表；2．取，，计算各元件参数；3．网络化简。依据电源的类型以及距离短路点的电气距离远近将电源划分成几组，每一组等值成一个等值电源，容量为，无限大容量电源单独为一组。求出各等值电源至短路点的；4．将归算成对应于各等值电源容量下的无限大容量电源的不必归算。5．查曲线，求出。若〉3.45，则；无限大容量电源的6．计算有名值，，，为短路点所在电压等级的平均额定电压。无限大容量电源：7．短路点的短路电流：注：各组的短路电流归算成有名值以后才能加减。小结：不计及自动励磁调节作用时：计算次暂态电流时，发电机用次暂态电抗代表；计算稳态短路电流时，发电机用稳态电抗代表。计及自动励磁调节作用时，发电机一律用次暂态电抗代表，并且用“运算曲线法”计算。§7-6电动机对冲击短路电流的影响TheInfluenceofaMotoronImpulseShort-circuitCurrent一、下列条件下，须计及电动机对冲击短路电流的影响1．短路点在电动机引出线处或引出线附近；2．且高压电动机容量大于1000kW，低压电动机容量大于20kW。当异步电动机与短路点之间有变压器时，短路电流不计电动机的影响 二、电动机供给的冲击短路电流式中：——电动机次暂态电动势标么值；——电动机次暂态电抗标么值；C——反馈冲击系数；——电动机短路电流冲击系数3～6kV电动机取1.4～1.6380V电动机取1。——电动机额定电流§7-7低压配电系统短路电流计算CalculationofShort-circuitCurrentinLow-voltagePowerSystem一、低压配电系统短路电流计算的特点1．直接使用有名值计算更方便，阻抗用表示；2．供电电源可以看作“无限大”容量系统；3．电网中电阻不可以忽略，一般可用阻抗的模来计算。时，可将X忽略。4．非周期分量衰减较快，冲击系数取1～1.3；5．应计及以下元件阻抗的影响：1）长度为10～15m或更长的电缆和母线阻抗；2）多匝电流互感器原绕组阻抗；3）低压自动空气开关过流线圈的阻抗；4）隔离开关和自动开关的触头电阻。二、低压配电系统各元件阻抗的计算1．系统阻抗电压的单位为kV,功率的单位为MV·A2.变压器的阻抗 电阻：；阻抗：电抗：—变压器二次测额定电压（V）;—变压器额定容量（kV·A）3.电流互感器的阻抗查表7－54．自动开关的阻抗电阻＝自动开关过电流线圈的电阻＋开关触头电阻；电抗＝自动开关过电流线圈的电抗见162页的表7－6、7－7。5．线路阻抗计算方法不变，单位以欧姆计。三、低压配电系统短路电流计算步骤1．画等值电路2．分别求出电路的总电阻和总电抗，然后计算3．计算三相短路电流和冲击短路电流；——低压侧线路平均额定电压，400V.§7-8配电网的不对称短路计算Asymmetricalshort-circuitfaultofpowersupplysystem不对称短路的分析方法：对称分量法一、对称分量法Symmetrical-componentmethod1．定义：把一个不对称三相系统分解成三个对称系统（正序、负序、零序）。(a)正序分量(b)负序分量(c)零序分量 原系统与新系统的关系2．适用条件①系统的参数是线性的②适用于原来三相阻抗对称，只有故障点处的对称关系被破坏。<一>正序分量如上图中(a)图所示，沿顺时针方向依次为：A相、B相、C相，其中：，，<二>负序分量如上图中(b)图所示，沿顺时针方向依次为：A相、C相、B相，<三>零序分量如上图中(c)图所示，A相、C相、B相大小相等、方向相同。三相对称系统中，。新系统与原系统的关系二、不对称故障的序网图Sequencenetworkofunbalancedfault对称三相系统发生不对称短路时，只有故障点处的对称关系被破坏，而电力系统中其它部分仍是对称的。<一>正序网图发电机电动势、、是正序关系，故正序网为有源网。 正序网图——从故障点到电源间的所有元件的总等值正序电抗。<二>负序网图发电机不能发出负序电动势，故负序网为无源网。<三>零序网图零序网为无源网。①只有中性点接地或有公共接地零线的电力网中才有零序电流；②三角形接法的绕组中，零序电流在内部循环，线路上无零序电流；③零线中流的是，所以零线上的阻抗应等值为每相阻抗的3倍。三、电力系统各元件的正序、负序、和零序电抗positive,negativeandzerosequenceimpendence1.发电机正序电抗：对称运行状态下的电抗负序电抗：发电机定子绕组中流过一组负序电流时在转子中产生的阻抗零序阻抗：零序电流在发电机定子绕组中流通时，转子中产生的阻抗.2.变压器 正序阻抗：变压器中流入正序电流时在变压器内产生的阻抗；负序阻抗：流入负序电流时变压器内产生的阻抗，正序电抗=负序电抗；零序电抗：流入零序电流时产生的阻抗。与变压器的结构（磁路系统的结构）、联接组别以及形式等都有密切关系。3.线路输电线路是静止的磁耦合回路，它的负序电抗和正序电抗相等，零序电抗比正序电抗大。四、简单电力系统不对称短路故障分析asymmetricalshort-circuitfaultofsimplepowersystem1、单相接地短路①故障条件：由于②边界条件：则单相接地的复合序网图如右图所示：故：③单相接地故障电流 2、两相直接短路①故障条件：②边界条件由于则两相短路的复合序网图如下：得：③两相短路的故障电流：当时，§7-9短路电流的效应Effectofshort-circuitcurrent 一、短路电流的热效应thermaleffectofshort-circuitcurrent导体和电器在运行中经常的工作状态有：（1）正常工作状态：电压、电流均未超过允许值，对应的发热为长期发热；（2）短路工作状态：发生短路故障，对应的发热为短时发热。<一>长期发热1．发热原因：a.电流流过导体产生电阻损耗；b.绝缘材料中的介质损耗；c.导体周围的金属构件，在电磁场作用下产生涡流和磁滞损耗。2．发热的不良影响：a.接触电阻增加；b.绝缘性能降低；c.机械强度下降。因此规定不同材料导体正常和短路情况下的最高允许温度。3.导体在非额定条件下允许最大载流量——规定的导体最高允许工作温度，见表7－10；——额定环境温度，我国为25℃.——实际工作中允许导体达到的最高温度；——实际工作环境最高温度；——额定载流量。<二>导体的短时发热1．短时发热与温度其中：——最终温度、起始温度对应的A值，；S——导体截面积，m2;QK——短路的热效应，A2·S. 由上式可见，减小短路时最高温度的方法为：①增大导体截面S；②减小短路电流，从而减小QK应用：由起始温度求短路时的最高温度。方法：①由起始温度查图7－42得到②由公式计算得到③根据查图7－42求2．短路的热效应QK等值时间法：，其中由短路持续时间和确定，其中由和查附表2得出，当时，，3．短时发热应用①导体热稳定校验：其中：QK——短路的热效应，A2·S；Ks——集肤系数，抄表得出；S——所选导体截面积，mm2；——短路时的最高允许温度对应的值； C——由实际最高工作温度（）查表7－11得出。②电器设备的热稳定校验二、短路电流的电动力效应electro-dynamicforceeffectofshort-circuitcurrent1．两平行导体分别通过电流i1、i2时，它们之间的相互作用力为：（N）其中：k——形状系数，与载流导体的形状和导体间的相对位置有关圆形、管形导体k=1矩形导体查表7－44，当时，k取1；l——为导体长度，m；a——导体中心轴线间的距离，m；i1、i2——单位，A。2．三相导线水平布置，三相短路时，在冲击短路电流的作用下，中间相收到的作用力最大：（N）其中3．动稳定校验：校验导体和电器承受短路电流电动力的能力。导体：允许应力电器：§7-10限制短路电流的措施 Measureoflimitingshort-circuitcurrent限流原理：增大短路点到电源点之间的等效电抗。注意:正常工作时的电压损耗有可能因采取限流措施而增大.一、合理选择电气主接线形式和运行方式rationalselectionofelectricalconnectionandoperationmanner接线中减少并联支路或增加串联支路；如双回线分开运行或两台变压器并列运行。二、采用分裂低压绕组变压器usingsplit-windingtransformer分裂变压器：高压绕组由两部分并联的不分裂的绕组组成；低压绕组由分裂成两个支路的容量相等的分裂绕组组成,分裂绕组的各个支路间没有电的联系.穿越阻抗:;半穿越阻抗:分裂阻抗:;分裂系数:一般分裂变压器的分裂系数为3.5.若分裂变压器的穿越阻抗等于普通变压器的阻抗,即,则: 由此可见,分裂变压器具有短路阻抗大,正常电抗小的优点.三、加装限流电抗器usingcurrent-limitingreactor1．普通电抗器normalreactor线路电抗器：装在引出线断路器的后面（负荷侧），则电抗器以前的断路器和隔离开关可以选择轻型的电器，并且可以提高母线残余电压，但正常工作时的电压损耗增大。一般电抗百分值取3%～6%。母线电抗器：可以限制从本段母线流向短路母线的电流，从而提高本段母线的残余电压。电抗百分值一般不大于8%～10%。2．分裂电抗器splitreactor为了充分限制短路电路和维持母线有较高的残余电压，采用分裂电抗器。正常工作时，总感抗当分裂电抗器的单臂自感电抗与普通电抗器的电抗值相等时优点：①两者短路时的限流作用一样，但正常运行时分裂电抗器的电压损失只有普通电抗器的一半；②分裂电抗器可比普通电抗器多供一倍的出线。注意：分裂电抗器的两个分支负荷应尽量接近，否则可能出现过电压。尽量避免安装出线电抗器，因其投资大、配电复杂、运行费用高。 电力负荷预测方法与应用一、概述电力工业是国民经济的基础工业。随着我国产业结构完善和人民整体生活水平的改善，对电能的需求逐年加大，同时对电力质量的要求也越来越高，且由于电能生产和消费的同时性，对电网建设和布局提出了更高的要求。电力负荷预测是电网规划建设的依据和基础。随着电力工业在国民经济中扮演着越来越重要的角色，电力负荷的正确预测显得尤为重要。电力负荷预测是指通过对电力系统负荷历史数据的分析和研究，运用统计学、数学、计算机、工程技术及经验分析等定性定量的方法，探索事物之间的内在联系和发展变化规律，对未来的负荷发展做出预先估计和推测。电力负荷预测结果的准确与否直接关系到电力投资的效益，供电的可靠性，用电需求的正常发展，以及社会的经济效益和社会效益。但要做到预测准确或较准确是很困难的，因为影响电力负荷预测的因素相当多，且由于各地区产业结构和人民生活水平不同，各具体因素对电力负荷预测的敏感度是不一样的，因而电力负荷预测具模糊性。回顾我国“十五”期间的预测情况与实际发展情况是很有意义的。基于“九五”期间国民经济和电力工业的发展状况，在全国电力供需趋于平衡的前提下，我国制定的“十五”规划对电力工业发展提出了“可持续发展”的要求：电力工业发展方式要从数量速度型向质量效益型转变，从以供给导向为主转向以需求导向为主，优化电力资源配置。国家经贸委电力工业“十五”规划中预测：“十五”期间我国经济增长速度为年均7%左右，电力需求的平均增长速度为5%，到2005年全国发电装机容量将达到3.9亿千瓦，全国发电量将达到17500亿千瓦时以上。国家电力公司电力工业“十五”计划及2015年远景规划中预测：“十五”期间我国GDP年均增长7%左右，电力需求的平均增长速度在4.5%~5.0%之间，到2005年全国发电装机容量将达到3.65亿千瓦，全社会用电量将达到16200亿~16600亿千瓦时。但实际的情况是：截至2005年年底，全国发电装机容量达到5.17亿千瓦，全国发电量达到24975.26亿千瓦时，全社会用电量为24689亿千瓦时。比较我国“十五” 期间电力工业发展中发电装机容量、发电量与全社会用电量等参数的预测值与实际值，可以发现我国“十五”电力规划中全国发电装机容量、发电量和全社会用电量的误差分别高达33%、43%和50%，这还是在2002年下半年至2005年间严重限电情况下发生的值，实际的电力需求值比这还高很多，也即误差比这还要高的多。这直接导致了自2002年6月以来的全国电力供需严重紧缺状态，直至“十五”末期电力供需形势总体来说仍然处于紧张状态，2005年曾在一季度拉闸限电省份达创纪录的26个，最大限负荷达3400万千瓦。而“十五”期间的严重缺电，不仅成为影响国民经济快速发展的“瓶颈”，其隐性损失更是不可估量：成百上千的企业无法正常生产，安全生产埋下隐患，投资环境和城市形象蒙上阴影，人民正常生活受到影响。因此正确预测电力负荷对指导我国电力“又好又快”地发展具有重要意义。预测技术的发展源于社会的需求和实践。预测是人们根据历史的和现在掌握的信息，利用已经掌握的知识和手段，预先推知和判断研究对象的未来或未知状况的结果。预测可以提供未来的信息，为当前人们做出有利的决策提供依据。随着人类社会和科学技术的发展，预测技术也得到了不断的发展，尤其是最近几十年，随着预测理论、方法和技术的不断丰富，在某些领域预测的精度甚至可以达到很高的水平。到二十世纪七十年代末，预测逐渐形成了一门自成体系的综合性学科，并得到了迅速发展。电力系统负荷预测方法的研究起步较晚，从二十世纪八十年代后才有了较大的发展。电力系统负荷预测是指：在考虑一些重要的系统运行特性、增容决策和自然条件下，利用一套系统的处理过去和未来负荷的方法，在一定精度意义下，决定未来某特定时刻或某些特定时刻的负荷值。电力负荷预测是电力系统规划、运行不可缺少的重要环节，负荷预测的准确程度将直接影响到投资、网络布局和运行的合理性，是实时控制、运行计划和发展规划的前提和重要依据。因此，电力负荷预测工作的水平已成为衡量一个电力企业的管理是否走向现代化的显著标志之一。电力系统负荷预测的具体作用视预测期限的长短而异。一般可分为长期、中期、短期和超短期四种。其中，中期负荷预测是指5年左右，长期负荷预测一般是指十年至数十年的负荷预侧。中长期负荷预测的意义在于帮助决定新的发电机组的安装（包括装机容量大小、型式、地点和时间）与电网的规划、增容和改建，是电力规划部门的重要工作。近年来，随着计算机技术的迅猛发展，使大量复杂的、用人工方法难以实现的预测方法的采用成为可能，而且负荷预测的手段也逐渐发展为运用软件预测，使得负荷预测的方法和手段大为增加，但要做准确的预测仍存在着很大的问题。2005年，全国发电装机总容量5.08亿kW（其中，火电占75.6%，水电占22.9%，核电占1.35%，其它占0.15%），发电量24747亿kW·h。 2006年，全国发电装机总容量6.22亿kW（其中，火电占77.82%，水电占20.67%，其它占1.51%），同比增长20.3%，发电量28344亿kW·h，同比增长13.5%。其中，水电发电量4167亿kW·h，约占全部发电量14.70%，同比增长5.1%；火电发电量23573亿kW·h，约占全部发电量83.17%，同比增长15.3%；核电发电量543亿kW·h，约占全部发电量1.92%，同比增长2.4%。预计2010年，全国发电装机总容量将达到8亿kW。2005年，我国全社会用电量24689亿kW·h，同比增长13.45%，用电结构仍以工业为主，占73.8%，同比增长13.37%。城乡居民生活用电量增长最快，达2838亿kW·h，同比增长16.19%。2006年，我国全社会用电量28248亿kW·h，同比增长14.0%，其中，第一产业用电量为832亿kW·h，同比增长9.9%；第二产业用电量为21354亿kW·h，同比增长14.3%；第三产业用电量为2822亿kW·h，同比增长11.8%；城乡居民生活用电量为3240亿kW·h，同比增长14.7%。2005年，云南省总装机容量1320万kW（其中，火电约占35%，水电约占65%），同比增长12.7%；发电量624.2亿kW·h，同比增长14.8%。云南电网公司统调装机容量893万kW，同比增长6.95%；完成售电量432.4亿kW·h，同比增长14.14%，其中，省内售电量完成366.17亿kW·h，同比增长18.81%；外送电量66.23亿kW·h，其中送广东电量62.96亿kW·h，送越南电量3.27亿kW·h。2006年，云南省总装机容量1853万kW。目前，全省发电总装机容量达2077万kW。预计2010年，全省发电装机总容量将突破3600万kW，2020年，将达到8000万kW。二、电力负荷预测方法与应用综合国内外对电力系统中长期负荷预测方面的研究，采用的预测方法及达到的预测精度各有不同，但主要有：经典方法、传统方法、智能方法等三大类。（一）经典预测方法经典预测方法通常是依靠专家的经验或一些简单变量之间的相互关系对未来负荷值做出一个方向性的结论。主要有分单耗法、电力弹性系数法、负荷密度法、分类负荷预测法和人均电量法等。1、单耗法这个方法是根据预测期的产品产量（或产值）和用电单耗计算需要的用电量，即Ah＝QiUi 式中Ah—某行业预测期的需电量；Ui—各种产品（产值）用电单耗；Qi—各种产品产量（或产值）。当分别算出各行业的需用电量之后，把它们相加，就可以得到全部行业的需用电量。这个方法适用于工业比重大的系统。对于中近期负荷预测（中期负荷预测的前5年），此时，用户已有生产或建设计划，根据我国的多年经验，用单耗法是有效的。在已知某规划年的需电量后，可用年最大负荷利用小时数来预测年最大负荷，即Pn·max=式中Pn·max—年最大负荷（MW）；An—年需用电量（kW·h）；Tmax—年最大负荷利用小时数（h）。各电力系统的年最大负荷利用小时数，可根据历史统计资料及今后用电结构变化情况分析确定。单耗法分产品单耗法和产值单耗法。采用单耗法预测负荷的关键是确定适当的产品单耗或产值单耗。单耗法可用于计算工业用户的负荷预测。单耗法可根据第一、第二、第三产业单位用电量创造的经济价值，从预测经济指标推算用电需求量，加上居民生活用电量，构成全社会用电量。预测时，通过对过去的单位产值耗电量(以下简称“单耗”)进行统计分析，并结合产业结构调整，找出一定的规律，预测规划第一、第二、第三产业的综合单耗，然后根据国民经济和社会发展规划指标，按单耗进行预测。单耗法需要做大量细致的统计、分析工作，近期预测效果较佳。单耗法的优点是方法简单，对短期负荷预测效果较好。缺点是需做大量细致的调研工作，比较笼统，很难反映现代经济、政治、气候等条件的影响。2、电力弹性系数法电力弹性系数kt是指年用电量（或年最大负荷）的年平均增长率kzch（%）与（%）国内生产总值（GDP）年平均增长率kgzch（%）的比值，即kt=电力弹性系数是一个宏观指标，可用作远期规划粗线条的负荷预测。 采用这个方法首先要掌握今后国内生产总值的年平均增长速度，然后根据过去各阶段的电力弹性系数值，分析其变化趋势，选用适当的电力弹性系数（一般大于1）。由于电力弹性系数与各省、各地区的国民经济结构及发展有关，各省及地区需对本省、本地区的电力弹性系数资料进行统计分析，找出适合于本省、本地区的电力弹性系数发展趋势。有了弹性系数及国内生产总值的年平均增长率，就可以计算规划年份所需用的电量，即Am=A0(l＋ktkgzch)n式中Am—预测期末的需用电量（或年最大负荷）；A0—预测期初的需用电量（或年最大负荷）；kt—电力弹性系数；kgzch—国内生产总值的年平均增长率；n—计算期的年数。电力弹性系数也分为电力生产弹性系数和电力消费弹性系数，前者与装机容量或发电量的增长速度有关，后者与用电量的增长速度有关。电力弹性系数，一般是指以电量为基础来计算的，即用发电量或用电量的发展速度（增长率）除以国民经济增长速度得出的。国民经济增长速度过去常采用工农业总产值或国民收入的增长速度来计算，后为了与国际接轨，采用国民生产总值的增长速度来计算，近年来又采用国民生产总值的增长速度来计算。由于电力不能储备，因此不仅要满足电量的要求，还要满足容量的要求，所以应当有以发供电设备容量为基础计算的电力弹性系数。在不缺电的情况下，这两个弹性系数应当是一致的，但是在缺电特别是严重缺电和的条件下，这两个弹性系数是不一致的。在缺电的条件下，计算以容量为基础的电力弹性系数比计算以电量为基础的电力弹性系数更为重要。另一方面，以容量为基础的电力弹性系数所要考虑的因素也要比以电量计算考虑得多一些，一是要考虑还欠账，以保证电力系统有足够的备用容量；二是要考虑降低过高的发供电设备利用小时数；三是要考虑国民经济计划超额和提前完成的因素。因此，在缺电的条件下，以容量计算的电力弹性系数要大于以电量计算的电力弹性系数。根据现代经济学原理分析，不同地区在不同的经济发展阶段。其电力弹性系数有不同的数值。电力弹性系数的变化不仅与电力工业的发展水平直接有关，还与科学技术水平、经济结构、资源状况、产品结构、装备和管理水平以及人民生活水平等因素有关。从“一五”到“十五”期间，我国有6个五年计划期电力弹性系数大于1，大部分集中在前期；有3个五年计划期弹性系数小于1，多集中在近期，这似乎反映了用电增长速度最终将趋向于低于经济的增长速度这样一种发展态势（见表）。我国各个五年计划经济增长与用电增长的关系计划期年份GDP增速（%）用电量增速（%）电力弹性系数 三年恢复期1950-195221.116.90.90“一五”计划期1953-19579.219.92.15“二五”计划期1958-1962-2.018.5三年调整期1963-196515.113.50.90“三五”计划期1966-19706.911.61.67“四五”计划期1971-19755.910.11.71“五五”计划期1976-19806.59.81.50“六五”计划期1981-198510.76.50.61“七五”计划期1986-19907.98.61.10“八五”计划期1991-199512.310.00.84“九五”计划期1996-20008.66.40.77“十五”计划期2001-20059.612.91.35电力弹性系数的数值大小及其变化隐含了许多相对数量关系，对应了许多不同的电力及经济发展状况。相同的电力弹性系数，有可能对应了完全不同的电力及经济发展状况。因此，分析电力弹性系数，重点应分析电力及经济增长速度的内在相关性，通过电力弹性系数本身的数值变化来分析经济发展中的优势及隐形问题，通过宏观调控、政策引导，达到经济可持续发展的目标。弹性系数法是从宏观上确定电力发展同国民经济发展的相对速度，是衡量国民经济发展和用电需求的重要参数。在市场经济条件下，电力弹性系数已经变得捉摸不定，并且随着科学技术的迅猛发展，“节能降耗”政策、节电技术和电力需求侧管理、新经济(如和识经济、信息经济)的不断产生和发展，以电能替代其他非电能源的范围不断扩大，电力与经济的关系急剧变化，电力需求与经济发展的变化步伐严重失调，使弹性系数难以捉摸，使用弹性系数法预测电力需求难以得到满足的效果，应逐步淡化。该方法的优点是方法简单、易于计算，缺点是需做大量细致的调研工作需要经济发展预测必须准确，人为主观影响过大。。3、负荷密度法所谓负荷密度是指单位面积的用电负荷数（kW/km2）。城市平均负荷密度是一个反映城市和人民生活水平的综合指数。负荷密度法是根据对不同规模城市的调查，参照城市发展规划、人口规划、居民收入水平增长情况等，用每平方公里面积用电负荷，来测算城镇负荷水平。 由于城市的经济和电力负荷常有随同某种因素而不连续（跳跃式）发展的特点，因此应用负荷密度法是一种比较直观的方法。下表是昆明市中心区的负荷密度变化情况。昆明市中心区平均负荷密度表（kW/km2）区域年份市中心区（二环路以内）（面积：44km2）一环路以内(面积：14.1km2）一环路与二环路之间(面积：29.9km2）备注19902434322720741995433971633007200053087951406220057256100006000国内省外一些城市的负荷密度：①深圳特区：1998年深圳特区的负荷密度为1.12万kW/km2，特区外为0.67万kW/km2，特区内福田区、罗湖区、南山区和盐田区负荷密度值分别为1.12万kW/km2、1.46万kW/km2、0.88万kW/km2和1.73万kW/km2。②上海市上海市中心城区（外环路以内）2003年的负荷密度为1.22万kW/km2。④苏州新区1996年建设的苏州新区规划为52km2，首期为6.8km2，基本上已完成开发，2002年最高负荷为7万kW，负荷密度为1.03万kW/km2。按规划用地性质计算负荷也可认为是负荷密度法。按规划用地性质计算的负荷密度表序号用地性质(kW/ha)《城市电力规划规范》上海浦东中山市树涌工业园深圳市蒙自城市选用)1居住用地和商住用地100～400300250200～5002002公共设施用地300～1200400150～2501503工业用地200～800400400～500200～500300 4仓储用地5020～40205市政设施用地300300～7003006特殊用地150～250507绿地101010～15108道路广场用地201515～3015按规划的各地块各类建筑面积计算负荷：这种方法主要用于法定图则和详细蓝图规划阶段的负荷预测。按规划的各地块各类建筑面积计算负荷的计算公式是：P=M×V式中：M—建筑面积；V—单位建筑面积负荷取值；P—最大负荷。而M=S×R×D式中：S—占地面积；R—容积率，即一定地块内，总建筑面积与建筑用地面积的比例；D—建筑密度，即一定地块内所有建筑物的基底总面积与占用地面积的比例。这种方法的关键是单位建筑面积负荷取值，其指标是根据不同性质建筑的用电负荷特点进行分类取值，该指标为规划区内同一类建筑用电归算至10kV电源侧的用电指标，而非某一建筑单体的单位建筑面积负荷指标。在计算总计算负荷时，应首先计算各地块内各类建筑用电负荷，该负荷值需考虑各类型建筑用电的需用系数，然后将各地块负荷相加，并考虑总同时系数，总同时系数取值宜为0.7～0.9。在负荷指标选取时，应根据建筑类别、规模、功能和等级等因素综合考虑，在特殊情况下，如超高层建筑、大型高科技工业厂房、研发设施和大型空调仓储建筑等，以及上述指标中未包括的建筑类型，应根据具体项目情况确定具体指标。单位建筑面积负荷指标的选取，既要考虑当前的经济发展水平，又要适应远期负荷增长的用电需要。在采用单位建筑面积用电负荷指标时，应明确所用指标值的含义，并应考虑各级同时系数。按《城市电力规划规范》（GB/50293-1999）及其它参考文献，规划单位建筑面积负荷指标（W/m2）见下表。分类建筑综合用电指标表单位：W/m2建筑用电指标需用备注 用地分类分类系数低中高居住用地R一类：高级住宅、别墅6070800.35～0.5装设全空调、电热、电灶等家电，家庭全电气化二类：中级住宅506070客厅、卧室均装空调，家电较多，家庭基本电气化三类：普通住宅304050部分房间有空调，有主要家电的一般家庭公共设施用地C行政、办公5065800.7～0.8党政、企事业机关办公楼和一般写字楼商业、金融、服务业60～7080～100120～1500.8～0.9商业、金融业、服务业、旅馆业、高级市场、高级写字楼文化、娱乐50701000.7～0.8新闻、出版、文艺、影剧院、广播、电视楼、书展、娱乐设施等体育3050800.6～0.7体育场、馆和体育训练基地医疗卫生5065800.5～0.65医疗、卫生、保健、康复中心、急救中心、防疫站等科教4565800.8～0.9高校、中专、技校、科研机构、科技园、勘测设计机构文物古迹2030400.6～0.7 其他公共建筑1020300.6～0.7宗教活动场所和社会福利院等续上表用地分类建筑分类用电指标需用系数备注低中高 工业用地M一类工业3040500.3～0.4无干扰、无污染的高科技工业如电子、制衣和工艺制品等二类工业4050600.3～0.45有一定干扰和污染的工业如食品、医药、纺织及标准厂房等三类工业5060700.35～0.5机械、电器、冶金等及其他中型、重型工业仓储用地W普通仓储5810危险品仓储5812堆场1.522.5对外交通用地T铁路、公路站房2535500.7～0.8港口10～50万t（kW）10030050～100万t（kW）5001500100～500万t(kW)20003500机场、航站4060800.8～0.9道路广场S道路(kW/km2)101520kW/km2为开发区、新区按用地面积计算的负荷密度广场(kW/km2)50100150公共停车场(kW/km2)305080水、电、燃气、供热设施、公交设施(kW/km2)800(kW/km2)1500(kW/km2)2000(0.6～0.7)同上。但括号内的数据仍按建筑面积计算 市政设施U电信、邮政设施环卫、消防及其他设施(30)(45)(60)注：1、除S、U类按用地面积计，其余均按建筑面积计，且计入了空调用电。无空调用电可扣减40%～50%。2、计算负荷时，应分类计入需用系数和计入总同时系数。3、住宅也可按户计算，普通3～4kW/户、中级5～6kW/户、高级和别墅7～10kW/户。4、分类负荷预测法分类负荷预测法一般将负荷划分为：工业用电、农业用电、生活用电和其它用电四大类，将各类负荷分别进行预测，然后相加后乘同时系数得到。分类负荷预测的优点在于：在某一类负荷中，其增长趋势的不正常情况有可能被发现，并且由于各类负荷都得预测，因此总的负荷结果是比较明确的，缺点是统计信息的搜集工作较大较复杂。5、人均电量法人均电量是考察一个国家、一个城市经济发达程度的一个重要参数。按《城市电力规划规范》，规划人均综合用电量指标如下表。城市规划人均综合用电量表指标分级城市用电水平分类人均综合用电量（kW·h/人·a）现状规划I用电水平较高城市3500～25018000～6001II用电水平中上城市2500～15016000～4001III用电水平中等城市1500～7014000～2501IV用电水平较低城市700～2502500～1000全国1990～2001年间的人均用电量统计表如下表所示，人均用电量平均增长率为7.2%。全国1990～2001年人均用电量统计表单位：kW·h年份人均用电量增长率1990543.30　 1991584.907.66%1992643.7010.05%1993706.609.77%1994774.109.55%1995831.407.40%1996881.906.07%1997917.404.03%1998927.601.11%1999979.405.58%20001081.1010.38%20011162.707.55%平均增长率　7.20%（二）传统预测方法传统预测方法包括增长曲线方法、回归分析法及时间序列分析法。其中回归分析法和时间序列法基本上都是属于概率统计的方法。1、增长曲线方法增长曲线（又称为生长曲线）方法是对事物的生长、发展过程的定量描述模型。按照地区负荷变化的不同，可以选择不同的增长曲线，如指数增长曲线、修正指数增长曲线、逻辑增长曲线、龚玻兹增长曲线等。2、回归分析法回归分析法是利用数理统计原理，对大量的统计数据进行数学处理，并确定用电量或用电负荷与某些自变量例如人口、国民经济产值等之间的相关关系，建立一个相关性较好的数学模式即回归方程，并加以外推，用来预测今后的用电量。回归分析包括一元线性、多元线性和非线性回归法。一元线性回归方程以y=a＋bx表示，其中x为自变量，x为因变量；a，b为回归系数。多元线性回归方程为y=a0＋a1x1十a2x2＋…十anxn。非线性回归方程因变量与自变量不是线性关系，如y=aebx等，但许多经过变换后仍可转换为线性回归方程。根据历史数据，选择最接近的曲线函数，然后用最小二乘法使其间的偏差之平方和为最小，求解出回归系数，并建立回归方程。回归方程求得以后，把待求的未来点代入方程，就可以得到预测值。此外还可测出置信区间。从理论上讲，任何回归方程的适用范围一般只限于原来观测数据的变化范围内，不允许外推，然而实际上总是将回归方程在适当范围内外推。 应用回归分析方法必须预先人为给定回归线类型，若给定的不合适将直接影响预测精度。同时对不同的系统由于负荷特点不尽相同，也很难建立起具有通用性的负荷预测模型。根据实际计算的结果，选定的模型为以下六种：直线、抛物线、指数曲线、反指数曲线、一型双曲线、几何曲线。在计算处理中，程序将逐个利用上述的几种模型进行最小二乘拟合，直到找到一个剩余均方和最小的模型。根据实际计算的情况，模型并非越多越好。有的模型虽对历史数据拟合得很好，但并不适宜用作预测，如高次多项式。用回归法预测负荷时，若取用过去若干年的历史资料正处于发展上涨快的时期，则预测未来越来越快，反之，若取用下降时，则预测未来越来越慢。3、时间序列分析法时间序列分析法是一种依据负荷过去的统计数据，找到其随时间变化的规律，建立时序模型，以推断未来负荷数值的方法。按照处理方法不同，时间序列法分为确定时间序列分析法和随机时间序列分析法。常用的确定时间序列分析法有指数平滑法和Census-H分解法。常用的随机时间序列分析法有Box-Jenkins法、状态空间法、Markov法等。时间序列法虽然在解决影响负荷因素错综复杂方面较之前的方法有所进步，但它的缺点是该预测方法有个基本假定，即负荷过去的变化规律会持续到将来，所以当研究对象在所选时间序列内有特殊变化段，无适应性规律可言时该预测方法不成立。如我国电力工业发展历程中的“十五”时期不同于以往发展规律，无延续性可言，所以其规律纳入历史数据用时间序列分析法对未来形势变化进行预测将出现难以预料的结果。（三）智能预测方法智能预测方法不需要事先知道过程模型的结构和参数的相关先验知识，也不必通过复杂的系统辨识来建立过程的数学模型，较适合应用于存在非线性、多变量、时变、不确定性的电力负荷预测。智能预测方法主要包括专家系统法、人工神经网络法、模糊预测法、灰色理论预测法和综合预测模型法。1、专家系统法专家系统是一个应用基于知识的程序设计方案建立起来的计算机系统，它拥有某个特殊领域专家的知识和经验，并能像专家那样运用这些知识，通过推理，在该领域内做出智能决策。专家系统技术用于中长期负荷预测时，能对所收集整理的常规的 预测模型逐一进行评估决策，快速地做出最佳预测结果，避免了人工推理的繁琐和人为差错的出现，克服以往用单一模型进行预测的片面性缺陷，但是对其提取有关规则较为困难，另外必须对多年的数据进行调查、分析、提取，将花费大量的人力、物力和财力。2、人工神经网络法人工神经网络是源于人脑神经系统的一种模型，具有模拟人的部分形象思维能力，它是由大量的人工神经元密集连接而成的网络。人工神经网络法是一种不依赖于模型的方法，它比较适合那些具有不确定性或高度非线性的对象，具有较强的适应和学习功能。用于负荷预测时，人工神经网络法利用神经网络可以任意逼进非线性系统的特性，对历史的负荷曲线进行拟合。负荷预测中常用的模型有Kohonen模型、BP模型、改进的BP模型、RBF神经网络等。人工神经网络具有大规模分布式并行处理、非线性、自组织、自学习、联想记忆等优良特性，其在电力领域的应用虽然解决了负荷预测中传统方法未能解决的问题，但有时应用现有神经网络模型进行实际负荷预测时，预测精度还是难以达到要求，尤其是在中长期负荷预测的应用中。因为神经网络模型的输入、输出原始数据必须以精确为前提，而实际预测时，因统计存在着误差（尤其是年度统计数据需经过多次修改才尽可能接近实际值），使得数据同实际值有一定的误差，由此神经网络所拟合的输入、输出关系必然同实际有一定差别，导致预测不准。且针对不同地区的特点，对输入输出关系的选择和样本集的构成进行较大的调整，这就增加了推广的难度。3、模糊预测法模糊算法用模糊理论去研究和处理具有“模糊”特性的对象时，其效果将显而易见。模糊理论最早由美国教授查德(L.A.Zandeh)首先提出，国内外学者对模糊数学在电力系统中的应用研究较多，如用于网架规划、电厂选址、运行最优化、负荷预测等等。用于电力系统负荷预测的模糊方法有模糊分行业用电模型、模糊线性回归、模糊指数平滑、模糊聚类、模糊时间序列模型等，这些模糊负荷预测模型是在原有模型的基础上结合模糊理论形成新的预测模型，能够很好的处理带有模糊性的变量，解决了在负荷预测中存在大量的模糊信息的难题，提高了电力系统中长期负荷预测的精度。但是同样由于模糊算法要求提供大量的历史数据，且由于我国统计工作的不完善造成使用上的困难及精度的不精确性。模糊预测方法不是依据历史数据的分析，而是考虑电力负荷与多因素的相关，将负荷与对应环境作为一个数据整体进行加工，得出负荷变化模式及对应环境因素特征。从而将待测年环境因素与各历史环境特征进行比较，得出所求的负荷增长率。1）模糊聚类法 此方法采用电力负荷增长率作为被测量，调研后采取国内生产总值（GDP）、人口、农业总产值、工业总产值、人均国民收入、人均电力等因素的增长率作为影响电力负荷增长的环境因素，构成一个总体环境。通过对历史环境与历史电力负荷总体的分类和及分类特征、环境特征的建立，进一步由未来待测年份的环境因素对各历史类的环境特征的识别，来选出与之最为接近的那类环境，得出所求电力负荷增长率。1）模糊线性回归法该方法认为观察值和估计值之间的偏差是由系统的模糊性引起的。回归系数是模糊数预测的结果是带有一定模糊幅度的模糊数。2）模糊指数平滑法是指在指数平滑模型的基础上，将平滑系数模糊化，用指数平滑进行预测。这种方法具有算法简单、计算速度快、预测精度高、预测误差小，尤其在原始数据存在不确定性和模糊性时，更具有优越性。3）模糊相似优先比法该方法是用相似优先比来判断哪种环境因素发展特征与电力负荷的发展特征最为相似，选出优势因素后，通过待测年某因素与历史年相同因素的贴近度选出与待测年贴近度最大的历史年，并认为这样选中的历史年电力负荷特征与待测年的电力负荷特征相同，从而得出预测负荷值与模糊聚类方法相比，该方法把影响电力负荷的多种因素“简化”为一种主要因素，适用于某种特殊功能占主导地位的供电区域。4）模糊最大贴近度法该方法的核心在于选定某种影响因素(如经济增长速度等)，通过比较所研究地区与各参考地区该因素接近的程度，选中与其最为贴近的参考地区，认为该地区相应的电力负荷发展规律与所研究地区对应的电力负荷发展规律相同。该方法与前两种模糊方法相比，不需要待测地区的历史数据，也不必通过识别历史负荷数据的发展模式来进行预测所以不必进行历史数据修正就可以直接完成预测工作同时，数据的收集和整理也远比前两者方便。4、灰色理论预测法所谓灰色系统是指信息部分明确、部分不明确的系统。灰色系统理论就是利用了部分明确的信息，通过形成必要的有限序列和微分方程，寻求各参数间的规律，从而推出不明确信息发展趋势的分析方法。灰色系统理论自上个世纪80年代由我国学者邓聚龙教授提出后，己经在各个方面得到广泛的应用。用于预测时首先把负荷数据当作灰数，通过数据生成（累加、累减、均值和级比生成）得到新的数据列，从而减少数据的随机性，用此数据建立灰色模型进行预测，最后将预测值还原得到最终的负荷预测值。应用灰色理论进行负荷预测，具有样本少、计算简单、精度高和实用性好的优点。缺点是当数据离散程度较大时，由于数据灰度较大预测精度会较差，所以应用于电力系统中长期负荷预测中，仅仅是最近的几个数据精度较高，其它较远的数据只反映趋势值和规划值。 灰色系统是指部分信息已知，部分信息未知的系统。在灰色模型中，最具一般意义的模型是由个变量的阶微分方程描述的模型，称为模型，作为一种特例的模型可用下式表示：式中，表示原始数据经累加后生成的新数列；称为模型的发展参数，反映及原始数列的发展趋势；称为模型的协调系数，反映数据间的变化关系。解上述微分方程，可以求得的预测模型为:以时间为序列的原始数据列是一个随机过程，有时未必平稳，所以要用数据累加，得到新的数据序列。经过处理后的新序列，其随机性被弱化了。该方法首先建立白化形式的微分方程，根据历史统计数据用最小二乘原理解得参数后，得到预测模型，按此模型就可进行预测。5、综合预测模型法由于各预测方法的特点不同以及电力负荷的复杂性，各方法的预测结果往往“时好时坏”，所以可以通过组合预测来提高预测精度。组合预测综合利用了各种预测方法的预测结果，用适当的权系数加权平均进行预测。这种方法的关键在于求出各种预测方法的权系数。电力系统负荷预测领域的综合预测一般有两种含义：一是指将几种预测模型各自的预测结果通过选取适当的权重进行加权平均得到最终预测结果的一种预测方法，该类方法的实质是各预测模型权重的优化确定；另一种含义则是指在几种预测模型中进行比较，按某种准则选择（拟合优度最佳或标准离差最小）其中某个预测模型作为最优模型进行预测。目前常用的综合预测模型有：等权平均模型、方差-协方差综合预测模型等，它们的主要区别在于确定权重采用的方法不同。起初这些综合预测模型都是采用了固定不变的权重，但是随着时间的推移各单一预测模型受不同因素影响的程度也将发生变化，从而影响该综合预测模型的可信度。在此基础上进而发展了权重可变（即动态变化）的电力系统负荷综合优化预测模型，以更好的反映电力负荷变化的规律。虽然综合预测模型算法的选取相较于所取的单一模型的精度有再次改进，但是预测模型的可信度高低关键在于各单一模型权重的选取。其中，固定不变的权值由于各模型受不同因素的影响而发生变化，对事实的反映程度有所受损，而针对固定不变权值的这一缺点而发展的可变权值理论中由于可变权值会出现负值导致该方法可行性的认可程度。 分析比较上述的几种智能预测方法，较经典预测方法和传统预测方法在预测精度上都有所改进。但是智能预测模型在应用中由于参数选取的不确定性影响了它的预测精度，如人工神经网络模型中的学习率（η）和惯性因子（α）、模糊算法模型中的模糊隶属度（a）和综合模型中的权重因子。另一方面，虽然智能预测方法针对提高历史数据的拟合精度方面进行了很多改进，但是随着社会经济（尤其在市场经济的影响下）的快速发展，统计方法对于不确定因素考虑不够的缺陷日益显著，其中历史负荷数据的真实性就有待修正；同时，由于中长期电力负荷具有非线性和时变性，要通过清晰的数学方程来表达输入（历史年负荷值、负荷影响因素值）与输出（规划年负荷值）之间的关系存在着种种困难，所以至今没有一个很合适的方法及模型能准确地对中长期负荷进行有效预测。综上所述，电力负荷预测的实质就是利用以往的数据资料找出负荷变化的规律，从而对未来负荷的变化及状态做出预测。进行电力负荷预测时，如果仅以某种简单的函数关系去反映电力负荷与其影响因素（如气象、环境、经济等）之间的关系，会使得到的预测结果与实际偏离较远，而如果建立复杂模型，又由于各自模型本身因含有不定因素而导致其存在大小不同的误差，另外由于对电力负荷的影响因素（如国民经济增长率、宏观经济形势、产业结构和能源结构等）又是非可测的，所以对于电力中长期负荷预测来说，无论预测模型的精度如何改进，一旦上述任何一个非可测因素的实质性改变都将导致电力中长期负荷预测出现较大失误。用前述几种方法预测负荷（电量）的结果不应只看作是一个固定的数，而应看作范围。在规划设计中一般考虑高、低及一般可能出现的负荷水平。对近期负荷预测水平，常用近期电源的可能发展速度来检验实现的可能性，即从供电的可能性来预测所需的负荷水平。同样对中长期负荷预测水平，也可根据能源的可能发展速度来检验。 三、负荷预测的调查研究工作为了做好负荷预测工作，必须对电力系统负荷的现状及历史统计资料进行调查，搜集规划期各行业用户的发展资料，要研究那些电力负荷所代表的国民经济各行各业的发展规律，摸清这些行业实际发展的可能性。为了很好地掌握系统中用电增长的因素和规律，需要在充分调查研究的基础上，对以下内容进行分析：l、能源变化的情况与电力负荷的关系；2、国内生产总值增长率与电力负荷增长率的关系；3、工业生产发展速度与电力负荷增长速度的关系；4、设备投资、人口增长与电力负荷增长的关系；5、电力负荷的时间序列发展过程。 此外尚需就电力负荷水平与反映经济和社会情况的变量影响进行分析，这些变量包括：人口、经济形势、经济政策、经济指数、市场情况、物价因素、电价因素、城乡居民家用电气化情况、燃料供应及其价格等。这样，在负荷分析，注意了转折点，分析了负荷增长率高及低的经济形势和市场情况，以及与国民经济生产的关系。充分分析事物发展的前提条件，努力寻找限制事物发展的限制性因素，在预测国民经济发展和电力负荷时是很有用的。它可以使我们从诸多不定情况中看出很多可定因素。比如：对北京城区进行负荷预计，可采用负荷密度法进行分区预计。如城中心的故宫，负荷密度低，将来也不会大量增长；在前门至长安街之间，采用人民大会堂的负荷密度推算，应是最大数，等等。国民经济发展经常在变，对未来的看法也经常会变，要防止高时常看高、低时常看低的情况。过去的负荷预测中，对新工业区预计的负荷往往达不到，因工业设备投产后再达到设计能力，需要时间；老工业区常有想不到的负荷上涨，因有潜力。在负荷预测中，若将一切可能均算入，则预测负荷必然偏高；一切计算都要有可靠根据，则预测负荷必然偏低。四、电力系统规划设计的设计规程和主要依据（一）电力系统的主要设计规程：1、电力系统安全稳定导则2、电力系统技术导则（试行）（SD131-84）3、电力系统设计技术规程；4、电力系统电压和无功电力技术导则（试行）（SD325-89）5、电力系统设计内容深度规定（电力规划设计管理局）6、大型水、火电厂接入系统设计内容深度规定（电力规划设计管理局，1989年）7、城市电力网规划设计导则（能源电[1993]228号文颁发）；8、城市电力规划规范（GB/50293-1999）；9、城市中低压配电网改造技术原则（DL/T599—1996）；10、农村水电供电区电力发展规划导则（水利部，1992年）（二）主要参考文献1.电力系统设计手册电力工业部电力规划设计总院编，中国电力出版社，1998年2.农村电气化规划指南李荧主编水利电力出版社，1994年7月3.城市电网规划与改造陈章潮唐德光编，中国电力出版社，1998年5月4.农村电网规划与改造丁毓山杨勇编，中国电力出版社，2001年6月5.电力规划北京动力经济学院萧国泉水利电力出版社，1993年6月6.电力发展战略与规划沈根才著清华大学出版社1993年2月 1.电力系统规划基础王锡凡水利电力出版社，1994年10月2.电力系统最优规划候煦光等华中理工大学出版社1991年6月3.电力系统规划孙绍先译水利电力出版社，1984年12月4.电力网络规划孙洪波重庆大学出版社，1996年8月5.现代城市电网规划设计与建设改造蓝毓俊主编中国电力出版社，2004年11月6.电力负荷预测技术及其应用牛晓东，曾树华等中国电力出版社，19987.电力系统负荷预报理论和方法哈尔滨刘晨晖哈尔滨工业人学出版社，19878.配电网络规划与设计范明天中国电力出版社，2000