基于负荷预测的电网静态安全分析

李化波徐同欣张艳然

摘要：根据工作实践提出一种基于负荷预测的电网静态安全分析方法，将电力系统的负荷预测结果作为电网静态安全分析的条件，以此进行电网安全性的分析，发现电网的薄弱环节，并辅助作出合理电网规划，以确保电网在未来负荷水平下的运行安全。

关键词：静态安全分析；负荷预测；电网规划

一、引言

随着电网规模的不断扩大，电网运行状况越来越复杂，静态安全分析工作也变得日益重要。电网静态安全分析作为调度自动化系统的重要功能，是以设定的事故在设定的运行方式和运行条件下进行潮流计算，根据计算结果所反映的电压和功率越限的严重程度评定系统的安全性。根据分析结果，调度运行人员提出调整运行方式和完善事故预案的意见，安排合理的电网运行方式和制定完善的事故预案，在事故情况下限制事故范围，快速、科学处理，最大限度地减少事故对电网造成的损失。

以往，对电网静态安全分析主要集中在电网现有实时系统，现有负荷水平下的安全分析，而对于电网在未来一段时间里的安全分析关注较少。近年来，随着负荷管理的规范化和负荷预测技术的发展，使得负荷预测更为准确，因此将电力系统的中长期负荷预测与电网静态安全分析相结合，进行电网安全性分析，发现电网存在的问题，安排合理的电网运行方式和制定完善的事故预案，并辅助作出合理的电网规划，确保电网在未来负荷水平下的运行安全，具有更为重要的现实意义。

二、基于中长期负荷预测的电网静态安全分析的特点

1.1概述

电网静态安全分析一般是开展对电网、设备运行状况的调查和分析，基于N-1原则对电网元件进行故障扫描，形成全面的事故集，将事故集中的事故逐个在设定的运行方式和运行条件下进行潮流计算，运行方式和运行条件主要是现有实时系统和负荷水平，根据潮流解计算指标，据此评定系统的安全性，与传统的静态安全分析方法相比，基于中长期负荷预测的电网静态安全分析方法具有自身的特点。

1.2负荷的可预测性

基于中长期负荷预测的电网静态安全分析侧重于对电网未来安全性的分析，这除了能在电网现有的负荷水平下进行安全分析外，还必须能对电网未来负荷水平下的安全性进行分析，这涉及到对电网的负荷进行正确预测的问题，因此，必须能够预测电网的中长期负荷。

1.3电网结构的可扩展性

在电网未来负荷水平下，对电网进行静态安全分析时，对于存在设备运行指标越限的情况，有必要对电网结构进行调整（比如增加一条线路或者增加一台主变等），然后在新的电网结构基础上，对其安全性再次进行分析。基于电网结构的可扩展性，尝试不同的方案，提供多种的选择供规划人员挑选，辅助作出正确的规划。

三、中长期负荷预测

电力系统的负荷预测可分为超短期负荷预测、短期负荷预测、长期负荷预测。负荷预测有各种不同的算法，每种算法对适应某种特定需求都有自身的优势，应对电网负荷特性进行分析，采用合适的预测方法。

3.1负荷特性分析

电力负荷随时间不断变化，负荷曲线可以反映一段时间内负荷随时间变化的规律，是负荷预测和特性分析的基础，同类负荷的负荷特性曲线具有很大的相似性，不同类的负荷在不同时期的负荷特性曲线的变化中有各自的特征。负荷特性曲线主要包括日负荷曲线、年负荷曲线和负荷成长曲线，不同时期、不同条件下的日负荷的趋势不同，按季节的不同和时间的不同性质（如工作日、非工作日等）来划分。

我们分析大量历史负荷曲线，这些数据包含了大量关于负荷本身特性的信息，但这些数据又非常庞大而复杂，包含着一些畸变数据，因此，需要对其进行适当加工处理，对大量同一类负荷数据进行统计处理，形成不同类型、不同性质的典型负荷曲线，通过对负荷特性进行必要的分析，结合用电结构的变化预测电网和各站未来负荷特性变化情况。

3.2预测方法

根据历城电网的特点采用适合的预测方法，对采用的预测方法进行简要的说明，我们所采用的主要包括年最大负荷利用小时数、综合需用系数法、负荷密度法等。数学预测方法有一元、多元线性回归法、多元非线性回归法、时间序列法、神经网络预测法等。

3.3影响电力市场的因素

分析各种主要因素对农村电力市场发展的影响，包括农村经济发展、农村产业结构变化与技术进步、电价与国家政策、乡镇企业发展状况、城镇化发展、农村居民收入和消费、农村电网与电源供应因素等。通过这些因素的调查与分析，帮助修正负荷预测结果。

采用多种预测方法进行负荷预测，结合影响电力市场的因素对负荷预测结果进行修正，多种方法预测的结果进行相互校核，通过分析评估找出最优的负荷预测方案。

四、电网静态安全分析的实施

4.1电网静态安全分析流程

电网静态安全分析流程如图1所示：

在完成中长期负荷预测数据的整理后，就可以进行电网静态安全分析工作，调度所根据电网结构和运行情况，基于N-1原则对电网元件进行故障扫描，形成全面的事故集；根据事故集结合中长期负荷预测数据开展静态安全分析工作，分析结果进行汇总、分析、整理；根据电网静态安全分析结果计算各项指标，评定系统的安全性；如果评定系统安全，就将结果进行整理汇总；如果评定系统部安全，则需要根据电网静态安全分析结果提出调整运行方式、完善事故预案或辅助电网规划的意见，并将意见反馈到运行方式专工、事故预案编制或规划专工。运行方式专工、事故预案编制和规划专工分别针对意见调整运行方式、完善事故预案和进行合理电网规划；调整运行方式、完善事故预案或进行合理电网规划后重新进行安全分析。

4.2形成事故集

调度所分析电网结构，分析电网以往的运行情况，重点汇总和分析电网事故的发生条件、发生原因、发生过程、事故处理结果和对电网造成的影响，并基于N-1原则对电网元件进行故障扫描，形成电网静态安全分析预想事故集。在以往的预想事故集中，往往考虑单一的故障，但在电力系统运行中，为了保证电网的安全运行，对设备采取了一定的继电保护措施，当一故障发生时，往往引起相邻元件继电保护动作。我们在电网静态安全分析管理中考虑二重事故发生的情况并编入预想事故集中。

4.3安全分析

静态安全分析计算结果的准确性非常关键，必须保证计算结果准确才能保证静态安全分析计算结果的实效性。我们采用IES－600调度自动化系统中的潮流计算模块实现电网潮流计算，如图2所示：

该潮流计算模块具有实时性、可操作性、实用性等特点。能在给定（历史、当前或预想）的运行方式下，进行设定操作，改变运行方式，分析本系统的潮流分布；设定操作可以是在一次接线图上模拟断路器的开合、线路或变压器的投退、变压器分接头的调整、无功补偿装置的投切以及发电机出力和负荷的调整等。

针对事故集中的事故，模拟事故发生时的电网运行方式、电网运行条件采用IES－600系统进行潮流计算，并将潮流计算结果进行统计、分析，并计算元件过负荷率、过负荷率等指标。

在电网静态安全分析中，主要考虑变压器、母线和线路这三个元件的指标，对变压器和线路计算其负荷指标，对母线计算其电压指标。

各指标的计算公式和目标值如下表1所示：

4.4根据分析结果提出意见

电网静态安全分析的作用不仅仅局限于评定系统的安全性，在发现电网存在的问题后，为运行方式专工提出准确、合理的电网运行方式调整意见，为电网事故预案编制提出合理的事故预案补充和完善意见，为规划专工提供合理的辅助电网规划的意见对提高系统的安全性具有更重要意义。

电网静态安全分析是以电网现在正常运行方式作为条件，随着负荷变化和负荷增长，现在的运行方式可能已不能满足电网运行要求，这就需要根据分析结果，为运行方式专工提出合理的电网运行方式调整意见，以制定合理的、切实符合电网运行实际的运行方式。

电网静态安全分析是提取事故集中的一个事故，按照现在制定实施的事故预案进行事故处理，将事故后的运行方式和运行条件下进行潮流计算，按现有的事故预案处理事故后，电网可能存在功率和电压越限的情况，这就需要对事故预案进行补充和完善。

电网进行静态安全分析时，在电网未来负荷水平下，对于存在设备运行指标越限的情况，由于电网结构的局限性，为了保证正常供电，有必要对电网结构进行调整，比如增加一条线路或者增加一台主变等，这就需要基于电网结构的可扩展性，尝试不同的方案，并提供给规划人员，以辅助作出正确的规划。

五、典型应用

运行方式简介：35千伏唐王变电站由35kV郭唐线供电，35kV孟唐线充电备用；35千伏王舍人变电站由35kV孟唐线供电，35kV王历线充电备用。

事故及处理情况：35kV郭唐线线路故障，307开关过流跳闸，造成35kV唐王站线路备用电源自投动作至35kV孟唐线供电。根据事故预案，调度员下令停用35kV唐王站线路备用电源自投装置，通知检修工区处理。

我们开展负荷预测工作，并将负荷预测结果结合事故后运行方式进行潮流计算，35kV孟唐线带唐王站和王舍人站的负荷共计407A，计算指标线路过负荷率为2.2％，过负荷率为107.1％，35kV孟唐线限流380A，将会造成35kV孟唐线过负荷，由于没有考虑负荷增长，这是事故预案编写时所没有考虑到的。

根据静态安全分析，提出补充意见如下：35kV王历线故障，35kV孟唐线带王舍人站供电时，停用唐王站35kV线路备用电源自投装置；35kV唐王站：35kV郭唐线线路故障，307开关过流跳闸后，王舍人站调王历线供电后唐王站由孟唐线供电。如王历线检修或故障王舍人站不能调王历线供电，按照事故拉路序位表在唐王站限电后，唐王站调由孟唐线供电。

六、结束语

本文概括了基于中长期负荷预测的电网静态安全分析方法的各个方面，包括基于中长期负荷预测的电网静态安全分析的特点，描述了中长期负荷预测的方法，阐述了电网静态安全分析的流程和具体步骤。

开展电网静态安全分析工作以来，共提交8项调整运行方式、完善事故预案及辅助电网规划意见。通过一段时间的实际应用，一方面进一步优化了电网运行方式，促进了运行方式的专业管理，通过安排最优的运行方式，充分挖掘了电网的潜力，减少了限电，增加了供电量；另一方面使电网事故预案更加科学、完善，提高了快速事故处置能力，使处理过程有条不紊，缩短了事故处理时间，增加供电可靠性和供电量，最大限度的减少了事故对电网和电力用户造成的损失；在满足运行人员工作需求的同时，可以辅助规划人员做出合理规划，确保了电网在未来负荷水平下的运行安全，对提高电网运行的安全、稳定性起到了重要作用，在创造经济效益的同时也产生了巨大的社会效益。

作者简介：

李化波，男，硕士，济南市历城区供电公司，研究方向：电力系统调度控制。