基于負荷曲線的最大需量估算方法研究

楊 益,彭 濤,許 娟,陶 勇,王艷龍,秦正陽

(國網合肥供電公司，安徽 合肥 230000)

0 引言

執行工商業兩部制電價[1]的用戶,可自愿選擇按實際最大需量[2]、合同最大需量[3]或變壓器容量繳納基本電費。最大需量結算是降低企業用電成本,提高經濟運行,促進制造業健康發展的硬措施,也是改善營商環境的重要手段。對按最大需量計費的兩路及以上進線用戶,各路進線分別計算最大需量,累加計收基本電費?？梢?電力用戶除了電度電費的組成部分之外,基本電費的分量同樣不容小覷,基本電費的異常容易引起用戶的困擾。

對于大多數大型工業用戶,其供電線路一般為雙回路,甚至更多。而且對于一些特大型的電力用戶,為了避免合環運行造成潮流穿越[4-5],其計量點的配置不在供電線路側,而在變壓器的高壓側。在一些特殊工況下,電力用戶的其基本電費的計量可能會存在一些不合理的問題及影響[6],尤其是檢修工況下,最大需量值與檢修負荷波動值呈顯著相關性[7],但是缺少一些具體可行的具有操作性的辦法,供電單位人員難以確定最大需量的抄計值,造成營銷稽查事故[8]。為此,有的單位在電能表中改造實現最大需量疊加功能[9],有的單位利用后臺進行最大需量的數字化擬合[10]。但是這些探索有的在操作上有限制,有的經濟上不合理,對于其他供用電單位的借鑒意義不大。本文在新一代用電信息采集系統普遍推廣的背景下,利用其對電能表96點負荷曲線可靠采集的便利,提供了一些思考和解決思路。

1 問題分析

1.1 企業用電計量設置

有一大型企業對其實際基本電費的計量提出了疑問和準確計量的訴求。該大型電力用戶為220 kV專線雙路供電,為避免220 kV母線合環運行存在潮流穿越,造成虛擬負荷,從而間接提高了最大需量值、甚至部分反向電量的問題,所以目前的供電方案參照其他網省,結算計量點設置在受電變壓器高壓側。該企業共8臺主變,#1、#2、#3主變低壓側可聯絡,#4、#5、#6主變低壓側可聯絡,#7、#8主變低壓側可聯絡;每期結算總計的有功電量、無功電量、最大需量為8臺主變高壓表累加。其一次接線圖及計量點設置如圖1所示。

圖1 該企業一次接線圖及計量點設置

1.2 計量方式造成的問題

該企業的計量方式引起的最大問題是最大需量問題。對于常規性檢修,倒負荷容易導致最大需量重復累加。該企業內部電力設施檢修(例如用戶變電站預防性試驗主變倒負荷、廠區檢修倒負荷、大負荷設備備機切換等)時,由于產品生產的特殊性,生產線負荷不會減少,而是需將檢修的受電變壓器負荷轉移至聯絡變壓器。由于結算計量點位于主變側,這往往導致基本電費劇烈增加,嚴重時甚至可以達到翻倍的數額。經企業估算,每次檢修導致基本電費增加200萬元～300萬元。

1.3 原因分析

本文以#7、#8主變倒閘操作為例,其余兩組的情況可以類似分析。#7、#8主變倒閘操作前后的負荷變化分析:正常工況之下,來自母線的負荷電流以一定的比例分布在#7、#8主變,通?？芍?如果帶負荷大致相同,對于設備參數配置相同的#7、#8主變支路,電流分布的大小近乎相等,特別是母線合環運行時,可視為等負荷。正常工況時的#7、#8主變負荷分布如圖2所示。

圖2 正常工況時的#7、#8主變負荷分布

此時#7、#8主變的最大需量計算如式(1)所示:

P1=P7max-t1+P8max-t2

(1)

其中,P7max-t1表示#7主變結算周期內t1時發生的當月最大需量;P8max-t2表示#8主變結算周期內t2時發生的當月最大需量。

當該電力用戶需要設備檢修,倒閘操作轉移電力負荷,假設先由#7主變運行、#8主變檢修,后由#8主變運行、#7主變檢修。#8主變檢修倒閘操作時的#7、#8主變負荷分布如圖3所示。

圖3 #8主變檢修倒閘操作時的#7、#8主變負荷分布

根據運行經驗,設備檢修時,該企業的用電負荷不變,此時#7、#8主變的最大需量計算如式(2)所示:

P2=(P7-t3+P8-t3)max+(P7-t4+P8-t4)max

(2)

其中,(P7-t3-P8-t3)max表示#7、#8主變在結算周期內t3時發生的總最大需量,記錄在#7主變計量關口表內;(P7-t4-P8-t4)max表示#7、#8主變在結算周期內t4時發生的總最大需量,記錄在#8主變計量關口表內。

可見,如果負荷完全穩定不變,最大基本電費可達正常工況的200%。

2 最大需量的估算方法研究

根據圖1負荷的分布情,#1、#2、#3為第一組負荷,#4、#5、#6為第二組負荷,#7、#8為第三組負荷。本文以#7、#8主變的最大需量計算為例,基本思路是分時段分析,其計算方法如下:首先分別獲得本結算周期內正常工況(檢修前、檢修后的正常工況分別考慮)的最大需量、檢修狀態的最大需量,然后取兩者的最大值作為本結算周期內的最大需量。

在倒閘操作前,正常工況下的最大需量可由式(1)計算。但是倒閘操作之后,由于臨沂支路的負荷轉移過來,電能表記錄的負荷肯定超過了之前的最大負荷,所以檢修前正常工況下的最大需量不能凍結、保存,而是被兩條支路的總最大需量覆蓋。

當該電力用戶設備檢修,倒閘操作轉移電力負荷時,由于該大型電力用戶的特殊的計量點設置,所有的關口計量表的最大需量累加不能正確反映該用戶對電網的最大需量,但是在某一時刻,尚未停電的主變高壓側電能表可以準確計量此時的主變組別所產生的最大需量。因此,該組別的實際最大需量為組別內的兩塊電能表最大需量的最大值。

檢修之后恢復正工況的最大需量,由于恢復的正常負荷不可能超過轉移負荷狀態下的值,所以檢修之后的最大需量一般不能被電能表記錄。

因為檢修前的最大需量被覆蓋,檢修之后恢復正工況的最大需量不能記錄,所以本文提供以下兩種基于負荷曲線的估算方式。

2.1 有功電量曲線估算法

使用新一代用電信息采集系統召測其96點有功電量曲線,獲得各個樣本點的有功電能值,其平均功率和需量關系如式(3)所示:

(3)

其中,Wn+1為曲線下一采樣點的有功電量;Wn為本次采樣點的有功電量;T0為本次采樣點開始的一個需量計算周期,一般采用15 min,滑差時間為1 min;p(t)為瞬時功率;P為需量定義值。

表1 有功電量曲線估算法的效果

可見該月有功電量曲線估算法的最大需量比實際的最大需量高出20%左右。雖然是遠低于電表記錄值的接近100%。暫時,有功電量的小數點位數只有兩位,精度不足。目前,用電信息采集系統正在升級,重要用戶的電量數據也將可達到4位,最后一位數字的進位將對估算精度影響非常小,所以有功電量曲線估算法具有較大的前瞻價值。

2.2 功率曲線估算法

使用新一代用電信息采集系統召測其96點有功功率曲線,獲得各個樣本點的有功功率值,可以計算如式(4)所示:

(4)

其中,k為1、2、3......,Pk為本采樣點開始第k個樣本點的有功功率采樣值。

最大需量的功率曲線估算法,即采用若干相鄰的離散的有功功率采樣值,用其算術平均數估計結算周期內的需量值,用其最大值估算結算周期內的最大需量值Pmax。需量計算周期一般為15 min與采樣間隔相等,故k不宜選擇過大[11],以免不能準確反映電力用戶對電網負荷的最大需求。根據統計規律,其算術平均數的數學期望值與需量定義的數學期望相等,理論上可以認為該估計具有較高的評估價值。該企業2023年2月無檢修,選取該企業4個計量點電能表,召測功率曲線,與該月實際結算的最大需量進行比較評估如表2所示。

表2 功率曲線估算法的效果

可見該月,功率曲線估算法的最大需量與實際最大需量的相對誤差平均值大約只有2%,比企業訴求的預期10%要小很多,估算結果可以接受。

3 結束語

最大需量已經成為電力用戶主流的基本電費計算依據。為響應電力用戶關于基本電費結算的合理訴求,合肥供電公司已經采用功率曲線估算法為客戶特殊工況下的最大需量修正,有效避免其在特殊工況下的最大需量劇增的問題,保障了供電公司和用電客戶雙方的合法權益,進一步優化了電力方面的營商環境。目前,用電信息采集系統正在進一步升級。升級之后,重要用戶的采集數據精確位將提升到小數點后四位,可有效提高有功電量曲線估算法的精確度,采集的負荷曲線將提高到每天288個點,文中的兩種估算方法都可大幅改進,有較大的前瞻價值,尤其是功率曲線估算法,可有效降低不確定度。