农村居民用电负荷预测方法的探讨

【摘要】农村居民用电市场，受近年来国家新农村建设、农村经济发展、家电下乡政策等因素的影响，用电增长水平持续保持两位数增长。农村电网面临较大程度压力，负荷承载能力、电压维持能力显现不足。对农村用电市场特别是农村居民用电市场的负荷进行科学合理的预测，分析研究农村居民用电负荷的特点，为农村电网发展规划，改造建设提供基础数据具有重要意义。

【关键词】农村居民；用电负荷；预测

1.引言

农村居民用电市场，受近年来农村经济发展、家电下乡政策等因素的影响，居民生活电气化水平逐步提高，空调、取暖器、电磁灶等大功率电气设备逐步进入了农村居民家庭，用电增长水平持续保持两位数增长。农村用电负荷水平的大幅提高，农村电网面临较大程度压力，负荷承载能力、电压维持能力显现不足。特别是遇有极端天气、假日因素，上述现象尤为突出。掌握农村居民用电负荷的特点，对农村居民用电市场的负荷进行科学合理的预测，为农村电网发展规划，电网改造建设提供基础数据具有重要意义。

2.农村居民用电市场负荷特点分析

2.1 农村用电市场的结构分析

农村用电市场按电价类别一般分为普通工业用电、非工业用电、农业用电、非居民照明、农村照明、商业照明等用电类别，根据各地农村经济发展水平差异，各类用电类别用电量水平亦有相应的不同，一般来讲经济发展水平相对较低的地区，居民用电所占比重较大，以连云港市郊区为例，2011年综合变以下用电结构比例如表一。其中：居民用电量比例占全部用电量的67%，非工业、普通工业、农业、非居民照明、农业排灌合计为33%。

2.2 农村居民用电量增长分析

受国家宏观经济发展的影响，近几年，农村用电量呈现持续增长趋势，新农村建设促使农村基础设施的进一步完善，农村居民生活水平有较大幅度的提高，表二近年来为连云港市郊区及部分乡镇居民用电户均用电量水平及同比增长率的情况。

2.3 农村居民用电负荷影响因素的分析

农村居民用电量及用电负荷受气温气候的变化、电价政策、居民经济收入状况、节假日等因素的影响。

2.3.1 季节性气温气候的影响

居民用电负荷具有明显的季节性波动特点，随着农村居民大功率季节性用电设备的增加，农村居民用电负荷季节性变化的特点更加显著。一般来说冬夏两季采暖及降温用电较其他月份有较大增长趋势。

2.3.2 电价政策的影响

为合理配置社会资源，缓和电网供需矛盾，提高电能利用效益，利用价格杠杆调节电力供应。江苏省2003年全省试行居民峰谷分时电价策略，鼓励居民使用低谷电力，城市居民用电大幅增长，高峰负荷得到了一定转移，低谷负荷得到较大程度的释放。2011年起江苏省在农村地区逐步推广分时电价，对农村电力增长、负荷的削峰填谷起一定推动作用。

2.3.3 居民经济收入的影响

农村居民收入水平对用电量负荷水平影响程度较大，居民收入水平的高低直接影响用电量水平。

2.4 农村居民用电负荷空间分析

2.4.1 农村居民用电安装容量的调查分析

按照省公司《新农村集中居住区供配电设施建设标准》（09年颁布）负荷计算标准和综合变配置系数按照村集中居住区供配电设施建设标准》新农村集中居住区用电容量按以下原则确定：建筑面积120m2及以下的，基本配置容量每户8kW；建筑面积120m2以上、150m2及以下的住宅，基本配置容量每户12kW；建筑面积150m2以上的住宅，基本配置容量每户16kW。同时规定新农村居住区供配电设施配置系数按下列原则。

配电变压器容量的配置系数：a）户均年生活用电量≥900kwh时，应按不小于0.5配置；b）900kwh>户均年生活用电量≥700kwh时，应按不小于0.3配置；c）户均年生活用电量

2.4.2 村居民用电高峰负荷调查分析

农村电网的高峰负荷一般出现在年度的冬夏两个季节，冬季出现在最低气温的周期内，一般和电网的晚高峰重叠（19：30-21：00），周期内遇有节假日，会有一个增量叠加，主要是大功率取暖电器的大量使用。夏季用电负荷高峰主要出现在最高气温的周期内，一般和电网的饭高峰重叠（11：00-12：00）。查阅连云港电能量采集系统曲线数据，近阶段农村用电高峰负荷出现在2011年2月3日19：45左右，连云港市郊区农村用电户均用电负荷如表三。

2.5 农村居民用电负荷特点分析结果

农村居民用电负荷水平受地区经济发展水平，气温气候影响较大，电价水平，农村电网装置水平对用电负荷水平有一定因素的影响，季节性影响主要在年度内变化，农村电网装置水平的影响主要发生在个别地区，如变压器容量不足，电压偏低仅发生在个别地点。连云港市郊区农村居民用电容量水平较低，为户均5.12千瓦，但增长较快，大功率用电设备比例拥有量较低，如列表四2011年连云港市郊区居民用户大容量电器现状调查表。

农村居民用电增长空间较大，其增长空间主要决定因素为当地居民生活水平的提高，和当地居民经济收入水平密切相关。

3.农村居民用电负荷预测

3.1 预测方法简介

基于负荷预测方法主要有回归分析法、时间序列法、指数平滑法、灰色模型法、专家系统法、人工神经网络法等。

3.1.1 回归分析法

根据历史数据和一些影响负荷变化的因素变量来推断将来时刻的负荷值。特点是原理结构简单，预测速度快，外推特性好，对于历史上未出现过情况有较好的预测值。

3.1.2 时间序列法

将经济发展、负荷增长变化等同一变数的一组观察值、构成统计时间序列，用使用数学方式向外延伸，预计用电市场未来的发展变化趋势。

3.1.3 专家系统法

依据专门从事短期负荷预测的技术人员提供经验，总结出一系列规则，并建立相应的历史负荷和天气数据等，利用规划对待预测期的负荷进行估计。专家意见预测较好地解决了天气等因素对负荷的影响，克服了时间序列法不能处理数据序列中出现大扰动的情况，但预测模型不能推广到所有系数。

3.1.4 人工神经网络法

利用人工神经网络，选择过去一段时间的负荷作为训练样本，构造适宜的网络结构，用某种训练算法对网络进行训练，使其满足精度要求后，用此作负荷预测。一般用于中长期负荷预测，有良好的函数逼近能力，能够很好的反映非线性关系，但存在人工神经网络学习时间较长的问题。

3.2 农村居民用电负荷预测实例

3.2.1 预测目标的选择

江苏省农村配电网技术导则实施细则规定农村低压电网规划年限为5年，重点规划前3年，每年滚动修订一次，并与配电网规划年同步，本文试以乡镇农村居民户均用电量水平为预测目标，目标年确定为第三年期，作为近期地区电网规划、改造建设目标年。

3.2.2 农村居民用电负荷预测计算步骤

经调查统计连云港市宁海乡2006-2011年居民用户平均用电量及人均收入如表五。

1）建立一元线性回归模型，表达式为Y=a+BX，Y是因变量，X是自变量，a、b是回归系数。

根据最小二乘法原理，a、b值用下列公式求出：

a=

2）式中，n为历史数据个数，取n=6，、、、历史数据计算得出，列入表四，由表四合计行计算得出：

b=0.168，a=-148.130

3）确定相关性系数，并进行相关性检验。相关性检验是判断Y与X的相关程度即两者之间的线性关系。相关系数为r

=0.741

r=0.741接近1，所以Y与X相关，存在线性关系。

4）利用回归方程进行预测。确定2014年户均用电量为预测目标年，并设定农村居民收入为2011年的150%，2014年宁海乡居民户均用电量为Y=a+BX=-148.130+0.168* 1327.9*1.5=2090.90千瓦时。

5）由于实际存在的误差，上述预测数值不为一个确定值，存在一个置信区间，经计算上限为Y1=Y+2S=2090.90+110=2200.90，下限为Y1=Y-2S=2090.90-110=1980.90。

因此2014年宁海乡农村居民户均用电量预测值为1980-2200千瓦时。

3.2.3 农村居民用电负荷预测结果的应用

根据使用回归分析法对宁海乡农村居民户均用电量预测，得到农村居民用电的目标预测值，具体供电单元用电量目标预测值确定后，根据农村居民用电负荷利用小时便能计算出用电负荷目标值（限于本文篇幅不在此文计算）。根据用电负荷目标值，进行农配网设备的选型以及布点布线，科学合理地提出农村配电网改造发展规划以及改造项目实施计划。

4.结论

通过对农村居民用电负荷特性的进一步调查了解并加以分析，发现农村居民用电负荷变化的主要因素为当地经济发展水平，居民收入水平、天气因素的影响，农村各个地区的居民用电负荷存在一定的差异，本文采用回归分析法，希望用简便的计算方法的得到农村电力市场中最为主要的用电成分——农村居民用电的预测目标值，当然其他方法也可能更为合理准确。用新的方法研究农村电网的用电负荷特点和差异，以利于电网投资更加合理，电网建设改造工作开展得更加有效。供电可靠性得到提高，电力市场更加健康运行。

参考文献

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