農村電力負荷計算和預測3.1概述3.2負荷曲線3.3負荷預測一般方法2/5/20231華北電力大學電力工程系3.1概述農村電力負荷的計算和預測是編制農村電網供電規劃的基礎，使用在農村電網中的各種電氣設備，其經濟使用年限通常為10～20年。因此，電網改造方案，不僅要滿足現有負荷的需要，還應考慮電網的發展，以滿足未來負荷的需要。即使規劃階段不能準確地預測負荷，也必須對規劃區未來負荷的增長做出估計，特別是對那些負荷有快速增長潛勢的地區，更應該給予特別的注意。然而，應該指出的是：預測數值并不是計劃指標，而是給出一定條件下的發展趨勢的范圍，以供近期和遠期規劃決策時參考。2/5/20232華北電力大學電力工程系一、資料的搜集對資料的具體要求如下：（1）能用以進行負荷預測，尤其是以回歸分析法進行負荷預測時，要有足夠年份的影響負荷發展諸因素的歷史資料。（2）能滿足研究和確定供電方案的需要。（3）能對負荷預測的可靠性及實現規劃目標的可行性進行評價。（4）能滿足編寫規劃文件的要求。2/5/20233華北電力大學電力工程系二、負荷預測的內容和方法負荷預測分類負荷預測按時間分類長期：10年以上并以年為單位。中期：5年左右并以年為單位。短期：1年以內并以日、月、周、季為單位。負荷預測按行業分類八大行業負荷預測。專項負荷預測：第一、二、三產業。負荷預測按特性分類最高負荷、最低負荷、平均負荷、負荷峰谷差、高峰負荷平均、低谷負荷平均等。2/5/20234華北電力大學電力工程系國民經濟行業用電分類農林牧漁水利業工業－－制造業、采掘業其他事業－－房地產、公共事業、衛生、體育、文化、教育、機關城鄉居民用電－－城鎮居民生活用電、鄉村居民生活用電地質普查和勘探業建筑業交通運輸郵電通信業商業2/5/20235華北電力大學電力工程系1．負荷預測的內容(1)規劃區各規劃年總負荷水平。(2)逐月的供用電量和供電最大負荷。(3)各規劃水平年兩個或多個典型日負荷曲線和年負荷曲線，以及負荷各種特征值，諸如年平均負荷率、最小負荷率、最大負荷率、最大峰谷差、最大負荷利用小時數。2/5/20236華北電力大學電力工程系2．農村電力負荷的特點及新特點特點：①、農村電力負荷大部分集中在夏、秋兩季。由于受到氣候的影響，高峰負荷出現的時刻也是經常變化的。特別是排澇負荷，完全決定暴風雨的時刻。因此，農村電力負荷的第一個的特點是有很強的季節性。負荷的季節性對電源容量的選擇和電力網的運行方式有很大的影響，在規劃中應給予充分的注意。②、農村電力負荷的第二個的特點是地區性。

③、第三個的特點是利用小時少。一般農村綜合負荷的利用小時數為1500～2000，而工業負荷的利用小時數為4000～6000。2/5/20237華北電力大學電力工程系④、第四個的特點是排澇負荷對供電的可靠性要求不同。排澇負荷對供電可靠性的要求與工業一級負荷相比，片刻停電對排澇負荷影響不大，從這個意義上來說，排澇負荷對供電的可靠性要求是低的。但是，排澇負荷不允許長期停電。如果暴風雨后3～5天內不能將積水排盡，將會造成嚴重的農業減產。從這個意義上來說，其對供電的可靠性要求很高。因此，在有排澇負荷的地區，進行規劃設計時應考慮到這一點。⑤、第五個的特點是負荷密度和功率因數低。就目前農村電氣化水平而言，負荷密度通常在5～75kw／km2的范圍內，且同一省份內負荷密度也不平衡，農村電力網的主要用電設備是異步電動機，加之其配套不合理，功率因數通常在0.6～0.7范圍內。2/5/20238華北電力大學電力工程系新特點

(1)農業排灌用電增加了新領域。

(2)鄉鎮企業用電量顯著增加。

(3)負荷隨季節波動幅度減小。(4)農村生活用電不斷提高。3．負荷的分類負荷按行業來劃分可分為：地縣工礦企業用電、鄉鎮企業用電、農業排灌用電、農副產品加工用電、及城鄉生活用電5大類。

2/5/20239華北電力大學電力工程系4．負荷預測方法對農網負荷預測，可根據負荷的類別，采用下列4種不同的方法進行。(1)用電單耗法。大型企業的用電負荷，諸如地縣工礦企業和部分鄉鎮企業，其用電負荷相對較大，且其產品規模和數量有一定計劃，宜采用此法進行預測。(2)年平均增長率法。小型企業的用電負荷，若其產品種類多，產品數量不定，可采用此法預測負荷。(3)系數法。農業排灌負荷，由于其季節性強，設備容量可確定，可采用需用此法預測負荷。(4)典型模式組合法。農副產品加工用電負荷，可根據產業結構及現有用電水平，采用此法進行預測。上述方法屬于經典法，在農村電網中，進行負荷預測也采用彈性系數法、回歸分析法、灰色預測法等，這些方法我們將在后續章節中詳細地加以敘述。2/5/202310華北電力大學電力工程系一、農村電力負荷曲線

接在農村電網中的負荷是經常變化的，一般說來它隨用戶的多少、用電情況的變化而變化，因此，它是一個隨機量。有關文獻中把農村電網的有功負荷表示成用戶數R和時間t的函數．即農村電網中的實用負荷曲線，僅考慮有功功率、無功功率、電流隨時間的變化，即以這些數量為縱標、以時間為指標繪制成曲線。3.2負荷曲線2/5/202311華北電力大學電力工程系2/5/202312華北電力大學電力工程系最大負荷、最小負荷以及平均負荷稱為日負荷曲線的特征值，這3個特征值將日負荷曲線劃分為3個負荷區，最小負荷以下稱為基負荷區，最小負荷與平均負荷之間為腰負荷區，最大負荷與平均負荷之間為峰負荷區。最小負荷與最大負荷的比值，即／，稱為日最小負荷率，(用β表示)，它反映負荷的變化幅度，其值越小，則變化幅度越大。平均負荷與最大負荷之比，即／，稱為日平均負荷率(用γ表示)，該值反映日負荷變化的不均勻程度，其值越小，表示日負荷均勻程度越差，設備利用率低。2/5/202313華北電力大學電力工程系在實用中，為了繪制負荷圖方便起見，通?？烧J為在1h過程中負荷的大小近似不變，這樣，負荷曲線便成為階梯形曲線，如圖3—2所示。2/5/202314華北電力大學電力工程系2、最大負荷利用小時數所謂最大負荷利用小時數，就是負荷如果始終保持最大值，經過后，它所消耗的電量恰好等于負荷全年的用電量。據此定義有式中E—全年用電量；—全年中的最大負荷。2/5/202315華北電力大學電力工程系3、各種用戶的負荷曲線2/5/202316華北電力大學電力工程系2/5/202317華北電力大學電力工程系2/5/202318華北電力大學電力工程系2/5/202319華北電力大學電力工程系2/5/202320華北電力大學電力工程系2/5/202321華北電力大學電力工程系2/5/202322華北電力大學電力工程系2/5/202323華北電力大學電力工程系2/5/202324華北電力大學電力工程系2/5/202325華北電力大學電力工程系2/5/202326華北電力大學電力工程系2/5/202327華北電力大學電力工程系3.3負荷預測的一般方法

負荷預測的方法是很多的。本書推薦使用單耗法、彈性系數法、外推法、綜合用電水平法及負荷密度法。國外，例如日本，采用增長曲線法、三點二次式法、回歸分析法，并且也采用彈性系數法；歐洲一些國家則采用仿真法、經濟模型法和外推法。近期在學術刊物上，又提出了一些新方法，諸如多元回歸和逐步回歸法、模糊預測法、灰色模型預測法。在現存的預測方法中，尚找不到一種方法能夠取代其余的方法，只能說某一種辦法較適合在那種場合，使用單位所希望的是統計工作量小而又準確的方法，且在預測中，常將各種方法的預測結果相互校核。下面介紹幾種常用的方法。2/5/202328華北電力大學電力工程系一、用電單耗法這種方法是根據產品或產值用電單耗和產品數量來推算電量的，其較適合于近、中期預測。這種方法計算規劃年度用電量的公式是式中D——產品用電單耗；Q——產品產量：Af——不能計算單耗的用電量。不能計算單耗的用電量，可按過去的自然增長規律及今后增減趨勢估算。使用用電單耗法時，可按整個城市主要產品進行測算，也可按各個用戶分別測算后再行業匯總。2/5/202329華北電力大學電力工程系二、彈性系數法彈性系數法一般用來對遠期電量水平的預測。所謂彈性系數，是國民經濟總產值GNP(GrossNationalProduct)的增長率除電力負荷增長率所得的商，即式中——彈性系數；——年平均電力消費增長率；——年平均國民經濟發展增長率。式中A——規劃年度的供電量，萬kWh；E——基準年度的供電量，萬kWh。

2/5/202330華北電力大學電力工程系彈性系數反映能源消費和國民經濟發展的比例關系?，F以我國某地區電網的統計數字來說明如何應用彈性系數法來預測地區電網的負荷。根據該區國民經濟的發展速度和電力消費增長情況的統計、分析和計算，規劃地區電網各階段的電力彈性系數如表3—2所示。

2/5/202331華北電力大學電力工程系從表3-2可見：該市在1963～1983年20年內，根據國民經濟的發展的特點，劃分為5個時期來測算電力彈性系數是易于說明問題的。全市5個時期的彈性系數除66年～70年和71年～75年這兩個非正常時期外，均1.07～1.08，即略大于1，且比較穩定。分析同時期世界各個發達國家的彈性系數的變化也都是這種情況，正如表3-3所示。

中國2008年0.58,之前7年均大于12/5/202332華北電力大學電力工程系影響彈性系數變化的因素有：(1)觀察彈性系數的表達式(3-14)可知，如果國民經濟發展的速度快，而相對說來電力負荷發展的速度慢，則彈性系數小；反之，若國民經濟發展的速度慢，電力負荷發展的速度快，則彈性系數大。倘若電力負荷增加，而國民經濟的總產值下降，則彈性系數將出現負值。因為彈性系數是表明國民經濟總產值發生一個單位的變化時對電力增長的需求，所以電力彈性系數的大小也反映某個國家或某個地區對電能利用情況的好壞。2/5/202333華北電力大學電力工程系(2)生產發展是否正常對電力彈性系數有明顯的影響。分析規劃區的數據可以發現：在“三五”期間的工農業總產值只增長了1.04％，而農業生產反而倒退，故彈性系數高達15.38，且農業電力彈性系數反而為負值。(3)國民經濟結構成分的變化，是影響電力彈性系數的重要因素。輕工業，尤其是電子工業的發展，由于其電能單耗小，產值高，使電力彈性系數向小的方向偏移。反之，凡是電能單耗高，產值低的產品，如化肥、鑄鋼等，在其發展中將使電力彈性系數向大的方向偏移。國民經濟和電力建設穩步發展，電力彈性系數將趨于穩定。

2/5/202334華北電力大學電力工程系(4)家庭用電的發展，由于電能消耗不產生產值，因此，將使電力彈性系數增大。特別是現在家庭中電視機、洗衣機、抽油煙機、電冰箱發展得很快，這將是電力彈性系數上升的重要原因。但是，目前國民經濟的發展大體上與家庭電氣化發展相同步，故對電力彈性系數尚無顯著的影響。(5)電力供應不足和節電措施得力，對電力彈性系數的影響很顯著。近年來，由于缺電和節約用電的開展，使電力彈性系數向減小方向偏移。(6)氣候條件對電力彈性系數也有一定的影響，當氣候正常時，農村排灌耗電量減小，農業電力彈性系數將有減小的趨勢。2/5/202335華北電力大學電力工程系例：改革開放后，由于產業結構的調整，用電構成變化較大，單位產值的用電量有所下降。例如，我國的某一工業城市，“七五”期間產值增長率為7％，用電增長率為5％，電力彈性系數為0.712；“八五”期間，產值增長率為12％，用電增長率為4.1％，電力彈性系數為0.34。根據該地區的產業結構、用電性質、各類用電構成，預測該地區在2000～2010年的電力彈性系數為0.3。若在2000～2010年內產值安排為10％，現在用電量為430000萬kWh，則2005年的用電量將為2/5/202336華北電力大學電力工程系在確定電網規劃年度的總電量，便可用下列公式求取規劃年度的計算最大負荷

式中——規劃年度的計算最大負荷，kW；——年最大負荷利用小時數，h。各電網的年最大負荷利用小時數，應根據電網用電實際情況，通過數據統計分析而得，該地區＝5700~6200h，取6000h，則2/5/202337華北電力大學電力工程系三、外推法外推法是運用歷年的時間系列數據加以延伸，來推算各目標年的電量。具體做法是：以各分類電量為因變量，以工農業產值、人均收入為自變量，用回歸分析，建立數學模型，反復計算，進行預測。外推法適用于1~3年的短期預測，在用于長期預測時，其推移趨勢常因出現飽和情況而引起較大的誤差。2/5/202338華北電力大學電力工程系四、年均增長率法年均增長率法是依據式(3—17)來預測電量的

式中An——規劃區第n年電量；A——規劃區基礎年的電量：

γ——年均增長率；n——年份。2/5/202339華北電力大學電力工程系2/5/202340華北電力大學電力工程系例如，規劃區各年用電量如表3-4所示，試用2000年的用電量A＝68.3萬kWh，預測2005年的電量，γ=8％。根據最大負荷利用小時數＝5800h，則2005年的最大負荷是利用負荷年均增長率法預測2005年的負荷為2/5/202341華北電力大學電力工程系例：（義烏用電量）用98-02數據預測2003、2004年用電量年平均增長率：2003年：16.48×（1+0.284）=21.162004年：16.48×(1+0.284)2=27.17年份1998年1999年2000年2001年2002年2003年2004年電量(億kWh)6.057.459.7912.5116.4820.1424.072/5/202342華北電力大學電力工程系五、負荷密度法從某地區人口或土地面積的平均耗電量出發作預測。A=s?dA:某地區的年（月）用電量s:該地區的人口數（或建筑面積、土地面積）d:平均每人（或每平方米建筑面積，每公頃土地面積）的用電量，稱為用電密度。2/5/202343華北電力大學電力工程系負荷密度法是一種比較直觀的方法，其一般并不直接用來預測整個規劃區的負荷值，而是按照行政分區和功能分區。例如南部規劃區、北部規劃區、東部規劃區、西部規劃區、市政中心區、市郊規劃區；又如城鎮工業區、城鎮與郊區混合住宅區、農村住宅區、排灌負荷區、家禽牲畜養殖區、作物培育區等。首先計算各分區的歷史和現狀的負荷密度，然后，依據各地區的發展規劃和各分區的負荷特點，推算出各分區目標年的負荷密度。分布在各分區中的重要負荷，可以點負荷單獨計算。表3-5給出了某規劃區用負荷密度法預測2005、2010、2020年的負荷(萬kW)和密度(萬kW／km2)。在規劃各負荷分區時，應該列寫出各分區的負荷分布、負荷性質、新增用電容量及預計負荷發展情況，以及大型養殖廠、排灌站興建等。

2/5/202344華北電力大學電力工程系2/5/202345華北電力大學電力工程系六、回歸分析預測負荷

從某一自變量（x）的變化情況來預測某一因變量（y）的變化情況，就是回歸預測，它是一種數理統計方法。當變量之間相關關系的統計規律呈線性關系時稱線性回歸，否則稱非線性回歸。在線性回歸中，自變量是一個的，稱一元回歸，自變量是兩個的，稱二元回歸，自變量是三個或三個以上時稱多元回歸；其數學手段是最小二乘法。

2/5/202346華北電力大學電力工程系例：（義烏用電量）年份200020012002用電量（億kWh）9.79

12.51

16.48

用以上數據預測2003、2004年用電量

建立數學模型：

利用已有歷史數據用最小二乘法確定系數a、b

1239.7912.5116.48建立誤差函數：

2/5/202347華北電力大學電力工程系使M最小的a、b最合適

構成方程組

求解得：a=6.24b=3.345，

所以預測函數：

預測2003年電量：

預測2004年電量：

實際值：20.1424.072/5/202348華北電力大學電力工程系七、農村用電量的灰色預測1、系統的分類白色系統：內部結構及參數已知的系統黑色系統：內部結構及參數未知的系統灰色系統：內部結構及參數部分已知的系統

電力系統負荷預測需要用到歷史數據并使用適當的方法去預測未來的負荷，其模型屬于灰色的?；疑到y預測的實質是一次累加生成，將原始數列一次累加后，形成明顯的指數規律，然后用一條曲線去擬和累加生成，再累減還原即可得到預測值?；疑A測既適用于近期預測，又適用于遠期預測。2/5/202349華北電力大學電力工程系2、一般模型預測模型可用一階微分方程來描述

已知：3、例：

年份1999200020012002負