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[摘要]电力系统规划设计是电力工程前期工作的核心组成部分，企业只有发挥系统规划设计的合理性、安全性及经济性，电力工程设计建设才可能收到成效。文章以单项的短期电力负荷预测技术为主，围绕数据预处理及精度检验两点内容展开课题，深入探讨了它在电力工程设计中的具体应用。最后为当前电力企业在电力工程中如何开展系统规划设计工作给出建设性意见。
[关键词]电力系统规划设计；短期电力负荷预测；数据预处理；精度检验
[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.41.055
1 短期电力負荷特性
电力负荷存在多变性特点，而且其单位每天都在持续起伏，周期性变化特征极强。在这种连续变化的过程中，通常情况下都不会出现较大跃动，但它对温度、天气和季节较为敏感。所以按照这些特征，可以将任意时刻的短期电力负荷划分为4种成分组合。
第一种是典型负荷分量，它也被称为正常负荷，是具有线性与周期变化特征、与气象无关的短期负荷类型。这种负荷基于本地负荷组合方式的不同而存在一定差异性体现，各类负荷成分的所占比重也不尽相同。因此不同组成成分的负荷决定了它们的负荷特性与对外界的影响因素，整体来看变化性较大。[1]
第二种是天气敏感负荷分量，它与气象因素有关，例如温湿度、风力等都能影响到它的变化。随着气候、季节的变化，这种负荷也会形成季节性周期变化规律。
第三种是特殊事件负荷分量，这种短期负荷发生在重大民间节日、社会事件、系统故障以及限电等特殊时间段中。此时的负荷分量会出现明显偏离典型负荷的特性，考虑到该类负荷具有较强随机性，所以就需要技术调度人员自行判断，在短期负荷预测模型或专家系统中通过技术分析来预测负荷变化规律。
第四种是随机负荷分量，它是短期负荷中难以被解释的成分，只有通过负荷预测模型算法才能解释这些随机负荷分量。比如说在时间序列算法中，就可以通过剩余残差来进行随机时间序列排列，并基于神经网络预测模型来体现非线性能力，最后得到随机负荷分量。[2]
2 X市电力工程设计中短期电力负荷预测技术应用
短期负荷预测是具有明显周期性特性的，所以X市对该市的短期电力负荷进行了特性分析，并给出预测模型。
X市典型每日短期负荷曲线走势图
下图所显示的是X市在每一天的典型日负荷曲线，可以看出从凌晨0～4点这段时间里，负荷组成均为基础部分，由于大部分人都处于休息状态，所以该时段负荷呈现逐步下降趋势，是一天中负荷的最低点。负荷峰值出现在上午8点～下午5点的工作时段，该段时间内处于人们的工作活动频繁期，总体负荷呈现上升趋势且稳定，明显高于任何其他时段。
2.1 短期负荷原始数据的预处理
如上文所述如此观察一年后发现X市的短期负荷历史数据呈现两种异常状况，第一种，它的数据存在缺损，数据在曲线图中表现出跳变现象。为此所作出的数据预处理方法为首先假设某一天的负荷为L，则有：
2.2 基于短期负荷的预测模型建立
由于短期负荷预测是基于原始数据展开的，所以预测模型的构建就相当重要，本文基于X市的气象因素来为其建立预测模型。首先根据X市某一时间段的最高气温与最低气温数据来推测它的短期负荷变化情况。经过观察发现在持续不下的高温环境中，X市的短期电力负荷常常会引发尖峰负荷，所以应该将该因素纳入到电力工程设计规划中，在指定气温状况下考虑短期负荷变量n（n=3），x（0）1表示短期负荷历史序列，x（0）2表示历史最高气温序列，x（0）3表示历史降雨量序列，所以由以上数据可以为X市建立短期电力负荷预测模型[3]：
按照电力工程设计实践验证也表明，短期电力负荷预测时所产生的统计指标能一定程度反映当时符合变化的规律性与随机性，但也要注意到日合格点下短期电力负荷的随机性变化相当敏感，如果在电力系统规划过程中能够满足每日短期符合预测准确率需求，就能证明短期负荷变化在某种程度上是存在规律性的。相比较而言，如果短期负荷考核指标具有相同数值，则说明每日合格点百分数考核标准相比于短期符合预测准确率考核标准更加严格，它体现了电力工程设计的严谨性。[3]
3 企业电力系统规划设计在电力工程设计工作中的建设性意见提出
近年来，我国电网电压随社会市场发展需求而逐渐升高，电网规模也在不断延伸扩大，这主要体现在电源装机总容量的逐年上升和电力系统的成熟发展上。如果以单项电力工程设计应用来看，它的系统规划设计应该为电力企业整体发展起到一定的技术性指导作用，例如对电力系统规划设计工作的独立展开，帮助中小规模电力设计单位解决各种问题等。具体来说，应该从电力系统规划设计的准备阶段与工作开展阶段两方面来给出建设性意见。
3.1 准备阶段建议
在电力系统规划设计的准备阶段，应该首先致力于对电力系统所管辖区域内电力数据及相关资料的收集，明确大电网区域内的基本运营状况及特征，分析并调整、整理归纳相关系统资料。就比如说积极收集现有变电站、现有线路与系统的电源资料，形成统计列表并逐一录入到数据库之中，为构建城市电网网架数据库打好先期基础。其次，也要做好电力主网规划的信息收集工作，以促成电力主网规划报告，从报告中明确了解区域电网发展的主力方向及电力工程变化特点。同时也将这些有利数据归纳录入到电网企业数据库当中，为电力系统规划设计水平年网架基础数据结构，形成每一年的横向信息联动，促进数据对比以鞭策企业技术进步。[4]
3.2 开展工作阶段建议
开展工作阶段主要是要关注电力系统的实时变化，并根据这些变化来规划设计，更新数据库资料内容，收集和研究区域负荷特征状况，掌握各个变电站、电力线路的地理分布状况与实际数据，这些都称之为系统设计的准备工作。在开展工作阶段，电力工程设计中的网络基础数据对电力系统规划至关重要，因为规划设计中的电气计算就是电网基础数据中最重要的一环。作为电力企业必须要做到对基础数据库的持续更新与完善，为电力系统规划长期稳定运行做好技术铺垫。
4 结 论
本文以城市电力工程设计为背景，探讨了电力系统规划设计中短期负荷预测在工程中的实际设计和应用流程。它证明了当前电力系统规划设计的高技术性需求，也体现了电力工程设计对系统单项规划设计的高要求。
参考文献：
[1] 钟俊强.分析电力系统规划设计在电力工程设计中的应用[J].广东科技，2012（3）：66-67.
[2] 吴礼伟.电力负荷预测方法在配网规划中的应用研究[J].城市建设理论研究，2014（28）：3492.
[3] 崔和瑞，宋秀莉，葛曼倩，等.基于数据挖掘的FNN短期电力负荷预测方法研究[J].电力系统保护与控制，2009，37（22）：54-57.
[4] 吴松.浅析电力系统规划设计在电力工程设计中的应用[J].大科技，2014（3）：57-58.
[关键词]电力系统规划设计；短期电力负荷预测；数据预处理；精度检验
[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.41.055
1 短期电力負荷特性
电力负荷存在多变性特点，而且其单位每天都在持续起伏，周期性变化特征极强。在这种连续变化的过程中，通常情况下都不会出现较大跃动，但它对温度、天气和季节较为敏感。所以按照这些特征，可以将任意时刻的短期电力负荷划分为4种成分组合。
第一种是典型负荷分量，它也被称为正常负荷，是具有线性与周期变化特征、与气象无关的短期负荷类型。这种负荷基于本地负荷组合方式的不同而存在一定差异性体现，各类负荷成分的所占比重也不尽相同。因此不同组成成分的负荷决定了它们的负荷特性与对外界的影响因素，整体来看变化性较大。[1]
第二种是天气敏感负荷分量，它与气象因素有关，例如温湿度、风力等都能影响到它的变化。随着气候、季节的变化，这种负荷也会形成季节性周期变化规律。
第三种是特殊事件负荷分量，这种短期负荷发生在重大民间节日、社会事件、系统故障以及限电等特殊时间段中。此时的负荷分量会出现明显偏离典型负荷的特性，考虑到该类负荷具有较强随机性，所以就需要技术调度人员自行判断，在短期负荷预测模型或专家系统中通过技术分析来预测负荷变化规律。
第四种是随机负荷分量，它是短期负荷中难以被解释的成分，只有通过负荷预测模型算法才能解释这些随机负荷分量。比如说在时间序列算法中，就可以通过剩余残差来进行随机时间序列排列，并基于神经网络预测模型来体现非线性能力，最后得到随机负荷分量。[2]
2 X市电力工程设计中短期电力负荷预测技术应用
短期负荷预测是具有明显周期性特性的，所以X市对该市的短期电力负荷进行了特性分析，并给出预测模型。
X市典型每日短期负荷曲线走势图
下图所显示的是X市在每一天的典型日负荷曲线，可以看出从凌晨0～4点这段时间里，负荷组成均为基础部分，由于大部分人都处于休息状态，所以该时段负荷呈现逐步下降趋势，是一天中负荷的最低点。负荷峰值出现在上午8点～下午5点的工作时段，该段时间内处于人们的工作活动频繁期，总体负荷呈现上升趋势且稳定，明显高于任何其他时段。
2.1 短期负荷原始数据的预处理
如上文所述如此观察一年后发现X市的短期负荷历史数据呈现两种异常状况，第一种，它的数据存在缺损，数据在曲线图中表现出跳变现象。为此所作出的数据预处理方法为首先假设某一天的负荷为L，则有：
2.2 基于短期负荷的预测模型建立
由于短期负荷预测是基于原始数据展开的，所以预测模型的构建就相当重要，本文基于X市的气象因素来为其建立预测模型。首先根据X市某一时间段的最高气温与最低气温数据来推测它的短期负荷变化情况。经过观察发现在持续不下的高温环境中，X市的短期电力负荷常常会引发尖峰负荷，所以应该将该因素纳入到电力工程设计规划中，在指定气温状况下考虑短期负荷变量n（n=3），x（0）1表示短期负荷历史序列，x（0）2表示历史最高气温序列，x（0）3表示历史降雨量序列，所以由以上数据可以为X市建立短期电力负荷预测模型[3]：
按照电力工程设计实践验证也表明，短期电力负荷预测时所产生的统计指标能一定程度反映当时符合变化的规律性与随机性，但也要注意到日合格点下短期电力负荷的随机性变化相当敏感，如果在电力系统规划过程中能够满足每日短期符合预测准确率需求，就能证明短期负荷变化在某种程度上是存在规律性的。相比较而言，如果短期负荷考核指标具有相同数值，则说明每日合格点百分数考核标准相比于短期符合预测准确率考核标准更加严格，它体现了电力工程设计的严谨性。[3]
3 企业电力系统规划设计在电力工程设计工作中的建设性意见提出
近年来，我国电网电压随社会市场发展需求而逐渐升高，电网规模也在不断延伸扩大，这主要体现在电源装机总容量的逐年上升和电力系统的成熟发展上。如果以单项电力工程设计应用来看，它的系统规划设计应该为电力企业整体发展起到一定的技术性指导作用，例如对电力系统规划设计工作的独立展开，帮助中小规模电力设计单位解决各种问题等。具体来说，应该从电力系统规划设计的准备阶段与工作开展阶段两方面来给出建设性意见。
3.1 准备阶段建议
在电力系统规划设计的准备阶段，应该首先致力于对电力系统所管辖区域内电力数据及相关资料的收集，明确大电网区域内的基本运营状况及特征，分析并调整、整理归纳相关系统资料。就比如说积极收集现有变电站、现有线路与系统的电源资料，形成统计列表并逐一录入到数据库之中，为构建城市电网网架数据库打好先期基础。其次，也要做好电力主网规划的信息收集工作，以促成电力主网规划报告，从报告中明确了解区域电网发展的主力方向及电力工程变化特点。同时也将这些有利数据归纳录入到电网企业数据库当中，为电力系统规划设计水平年网架基础数据结构，形成每一年的横向信息联动，促进数据对比以鞭策企业技术进步。[4]
3.2 开展工作阶段建议
开展工作阶段主要是要关注电力系统的实时变化，并根据这些变化来规划设计，更新数据库资料内容，收集和研究区域负荷特征状况，掌握各个变电站、电力线路的地理分布状况与实际数据，这些都称之为系统设计的准备工作。在开展工作阶段，电力工程设计中的网络基础数据对电力系统规划至关重要，因为规划设计中的电气计算就是电网基础数据中最重要的一环。作为电力企业必须要做到对基础数据库的持续更新与完善，为电力系统规划长期稳定运行做好技术铺垫。
4 结 论
本文以城市电力工程设计为背景，探讨了电力系统规划设计中短期负荷预测在工程中的实际设计和应用流程。它证明了当前电力系统规划设计的高技术性需求，也体现了电力工程设计对系统单项规划设计的高要求。
参考文献：
[1] 钟俊强.分析电力系统规划设计在电力工程设计中的应用[J].广东科技，2012（3）：66-67.
[2] 吴礼伟.电力负荷预测方法在配网规划中的应用研究[J].城市建设理论研究，2014（28）：3492.
[3] 崔和瑞，宋秀莉，葛曼倩，等.基于数据挖掘的FNN短期电力负荷预测方法研究[J].电力系统保护与控制，2009，37（22）：54-57.
[4] 吴松.浅析电力系统规划设计在电力工程设计中的应用[J].大科技，2014（3）：57-58.