20kV配电网规划基于负荷预测的研究

摘 要：中压配电网是城市配电网发展的基础，随着电力负荷的不断增长， 20kV取代10kV电压等级将成为配电网今后发展的方向。负荷预测是配电网规划的重要内容之一，基于指数平滑法的负荷预测建立的模型计算简便、需要存贮的数据少，通过近期的观察值能快速地计算出新的预测值，适用于近期负荷预测。本文通过对20kV新建工业园区配电网的负荷预测，对基于指数平滑法负荷预测在配电网规划的应用进行了初步探讨。

关键词：电网规划；电力负荷；20kV中压配电网；负荷预测；指数平滑法

引言

随着近年来我国生产力的发展和人民生活水平的提高，电能的生产和消费已经渗透到了社会生活的各个方面。由于电力工业的发展水平对国民经济影响深远，并且对于一次能源的消耗和资金的投入也是相当巨大的，所以，对电力系统进行合理的规划不仅可以获得巨大的社会效益，同时也能够取得可观的经济效益。因此，对电力系统规划问题进行研究，有利于最大限度地提高规划的质量，具有重大的现实意义。

城市电网的供电质量和供电的可靠性主要取决于中压配电网的结构，中压配电网是城市配电网发展的基础。

对于配电网的规划，首先需要分析和研究未来负荷增长情况以及城市配电网的现状，进而设计一套系统扩建和改造的方案。在尽可能满足未来用户容量和电能质量的情况下，对可能的各种接线形式、不同的线路数和不同的导线截面，以运行经济性为指标，选择最优或次优方案作为规划改造方案，使电力公司及其有关部门获得最大的利益。

配电网规划的主要内容包括：负荷预测、变电站优化、配电网网架优化、配电网潮流计算、正常和故障状态下的可靠性分析等。

本文参考国内外部分城市电网电压等级配置的现状和经验，依据GB/50239-1999《城市电力规划规范》和GB/50052-2009《供配电系统设计规范》。拟采用20kV作为本文所规划的新建工业园区配电网的电压等级，主要研究基于负荷预测的新建工业园区20kV配电网规划问题。

1 配电网规划的主要内容

配电网规划，是指基于负荷预测的结果，通过优化电网结构、最优化馈线选择，使各项参数符合约束条件的要求，并且确保配电网的可靠性与经济性都能满足的规划方案。配电网规划能够通过对配电网络结构的完善和对输变电设备的选择与改进，达到提高配电网供电能力，改善电能质量，降低电网损耗的目标，以适应经济的发展与负荷增长的速度，同时保证配电网供电能力适度超前于当前的电力需求。

配电网规划的主要内容包括：现有电网的评估、负荷预测、变电站配置优化、输配电网络结构规划、无功优化、配电自动化系统的设计和经济性评价等。在配电网规划工作中，负荷预测占有很大的比重。对配电网进行科学的负荷预测，有助于合理制定用电计划、安排电网运行方式和机组检修计划、提高电力系统的经济效益和社会效益。随着近年来对预测方法的深入研究，负荷预测的准确程度得到了不断的提高，并且已成为电力系统现代化管理的重要内容。

负荷预测大体包括两个方面的含义：1、对未来新增负荷量的预测；2、对现有负荷在今后一个时期用电量增长的预测。

按时间长短可将电网负荷预测分为近期（3～5年）、中期（10年）、远期（15～20）三种。每种负荷预测适应于不同配电网规划的需要，有自己特定的适用范围，都是配电网负荷预测的重要组成部分。在制定规划的同时采用新观念和新方法是当前配电网发展形势的需要，以满足安全、效益、市场三个方面的要求。

本文根据20kV新建工业园区配电网规划方案，基于该工业园区各负荷节点、各规划年供用电量和用电负荷，采用近期负荷预测的方法为配电网规划方案提供了相应的负荷增长预测，同时根据负荷预测的结果，对配电网规划方案进行可靠性分析，证明了工业园区配电网能够满足园区未来三年负荷增长的需求，同时表明该规划方案具有很强的可行性。

2 、20kV电压等级在我国城市应用现状

配电网是输电网与电力用户之间的桥梁，它的结构和变电层次配置的合理程度，将会影响到整个供电网络能否安全可靠、经济地运行。

现阶段，我国电网的电压等级的划分如下：输电电压等级为500、330、220kV，高压配电电压等级为110、35kV，中压配电电压等级为20、10kV，低压配电电压等级为0.4kV。

我国的中压配电网电压等级主要以10 kV为主。然而，随着日益旺盛的电能需求和快速增长且相对集中的负荷分布，各区域负荷密度增高，导致基于10 kV供电的局限性日渐突出，其主要表现在：10 kV变电站供电半径小，布点密度大，导致10 kV线路可输送容量较小，出线回路增多；设备负载较重，网损量增加，难以保障供电电压质量。

与传统的10 kV中压配电网相比，采用20kV配电网在输电容量、线损率、电压质量、站点数量、线路通道等方面都具有明显的优势。在提高供电能力的同时，可以降低75 %的电力损耗。据测算，输送同等功率，20 kV供电线路的有色金属耗量可减少50%，节约建设投资约40%等，具有明显的环保效益。

目前，世界上已知的有十多个国家将20kV电压等级作为中压配电网的标准电压。同时，20kV中压配电网已列入国际电工委员会标准，具有可以借鉴的技术经验。基于上述原因，提高现行中压配电网的电压等级是具有现实意义的。通过比较得出，220/110/10/0.4kV和220/110/35/0.4kV两种变电层次的配电网相比于220/110/20/0.4kV变电层次的配电网，采用后者配电网所获得的技术经济综合指标是最优的。

本文拟以新建工业园区20kV中压配电网为例，对其进行基于指数平滑法的负荷预测，通过对预测结果的分析研究，讨论该园区配电网规划方案的可行性。

3 负荷预测的方法与建模

3.1负荷预测的方法

负荷预测的方法非常多元化，它们有的从模型建立的出发点、研究内容的方向入手考虑，有的从数据的采集过程、样本容量的大小以及所适用的条件入手考虑。负荷预测的方法可分为非数学方法和数学方法两大类。其中，非数学方法主要是定性预测，多依赖于专家的经验，例如国际比较法、专家估计法等；对于数学方法则主要是定量预测，包括统计和智能预测。在数学方法中，统计预测是基于数学概率统计的方法，例如指数平滑法、趋势分析法和回归分析法等；智能预测是在预测领域里运用现代智能方法，例如灰色模型预测、模糊预测等。