基于负荷曲线的最大需量估算方法研究

杨 益,彭 涛,许 娟,陶 勇,王艳龙,秦正阳

(国网合肥供电公司，安徽 合肥 230000)

0 引言

执行工商业两部制电价[1]的用户,可自愿选择按实际最大需量[2]、合同最大需量[3]或变压器容量缴纳基本电费。最大需量结算是降低企业用电成本,提高经济运行,促进制造业健康发展的硬措施,也是改善营商环境的重要手段。对按最大需量计费的两路及以上进线用户,各路进线分别计算最大需量,累加计收基本电费。可见,电力用户除了电度电费的组成部分之外,基本电费的分量同样不容小觑,基本电费的异常容易引起用户的困扰。

对于大多数大型工业用户,其供电线路一般为双回路,甚至更多。而且对于一些特大型的电力用户,为了避免合环运行造成潮流穿越[4-5],其计量点的配置不在供电线路侧,而在变压器的高压侧。在一些特殊工况下,电力用户的其基本电费的计量可能会存在一些不合理的问题及影响[6],尤其是检修工况下,最大需量值与检修负荷波动值呈显著相关性[7],但是缺少一些具体可行的具有操作性的办法,供电单位人员难以确定最大需量的抄计值,造成营销稽查事故[8]。为此,有的单位在电能表中改造实现最大需量叠加功能[9],有的单位利用后台进行最大需量的数字化拟合[10]。但是这些探索有的在操作上有限制,有的经济上不合理,对于其他供用电单位的借鉴意义不大。本文在新一代用电信息采集系统普遍推广的背景下,利用其对电能表96点负荷曲线可靠采集的便利,提供了一些思考和解决思路。

1 问题分析

1.1 企业用电计量设置

有一大型企业对其实际基本电费的计量提出了疑问和准确计量的诉求。该大型电力用户为220 kV专线双路供电,为避免220 kV母线合环运行存在潮流穿越,造成虚拟负荷,从而间接提高了最大需量值、甚至部分反向电量的问题,所以目前的供电方案参照其他网省,结算计量点设置在受电变压器高压侧。该企业共8台主变,#1、#2、#3主变低压侧可联络,#4、#5、#6主变低压侧可联络,#7、#8主变低压侧可联络;每期结算总计的有功电量、无功电量、最大需量为8台主变高压表累加。其一次接线图及计量点设置如图1所示。

图1 该企业一次接线图及计量点设置

1.2 计量方式造成的问题

该企业的计量方式引起的最大问题是最大需量问题。对于常规性检修,倒负荷容易导致最大需量重复累加。该企业内部电力设施检修(例如用户变电站预防性试验主变倒负荷、厂区检修倒负荷、大负荷设备备机切换等)时,由于产品生产的特殊性,生产线负荷不会减少,而是需将检修的受电变压器负荷转移至联络变压器。由于结算计量点位于主变侧,这往往导致基本电费剧烈增加,严重时甚至可以达到翻倍的数额。经企业估算,每次检修导致基本电费增加200万元～300万元。

1.3 原因分析

本文以#7、#8主变倒闸操作为例,其余两组的情况可以类似分析。#7、#8主变倒闸操作前后的负荷变化分析:正常工况之下,来自母线的负荷电流以一定的比例分布在#7、#8主变,通常可知,如果带负荷大致相同,对于设备参数配置相同的#7、#8主变支路,电流分布的大小近乎相等,特别是母线合环运行时,可视为等负荷。正常工况时的#7、#8主变负荷分布如图2所示。

图2 正常工况时的#7、#8主变负荷分布

此时#7、#8主变的最大需量计算如式(1)所示:

P1=P7max-t1+P8max-t2

(1)

其中,P7max-t1表示#7主变结算周期内t1时发生的当月最大需量;P8max-t2表示#8主变结算周期内t2时发生的当月最大需量。

当该电力用户需要设备检修,倒闸操作转移电力负荷,假设先由#7主变运行、#8主变检修,后由#8主变运行、#7主变检修。#8主变检修倒闸操作时的#7、#8主变负荷分布如图3所示。

图3 #8主变检修倒闸操作时的#7、#8主变负荷分布

根据运行经验,设备检修时,该企业的用电负荷不变,此时#7、#8主变的最大需量计算如式(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主变在结算周期内t3时发生的总最大需量,记录在#7主变计量关口表内;(P7-t4-P8-t4)max表示#7、#8主变在结算周期内t4时发生的总最大需量,记录在#8主变计量关口表内。

可见,如果负荷完全稳定不变,最大基本电费可达正常工况的200%。

2 最大需量的估算方法研究

根据图1负荷的分布情,#1、#2、#3为第一组负荷,#4、#5、#6为第二组负荷,#7、#8为第三组负荷。本文以#7、#8主变的最大需量计算为例,基本思路是分时段分析,其计算方法如下:首先分别获得本结算周期内正常工况(检修前、检修后的正常工况分别考虑)的最大需量、检修状态的最大需量,然后取两者的最大值作为本结算周期内的最大需量。

在倒闸操作前,正常工况下的最大需量可由式(1)计算。但是倒闸操作之后,由于临沂支路的负荷转移过来,电能表记录的负荷肯定超过了之前的最大负荷,所以检修前正常工况下的最大需量不能冻结、保存,而是被两条支路的总最大需量覆盖。

当该电力用户设备检修,倒闸操作转移电力负荷时,由于该大型电力用户的特殊的计量点设置,所有的关口计量表的最大需量累加不能正确反映该用户对电网的最大需量,但是在某一时刻,尚未停电的主变高压侧电能表可以准确计量此时的主变组别所产生的最大需量。因此,该组别的实际最大需量为组别内的两块电能表最大需量的最大值。

检修之后恢复正工况的最大需量,由于恢复的正常负荷不可能超过转移负荷状态下的值,所以检修之后的最大需量一般不能被电能表记录。

因为检修前的最大需量被覆盖,检修之后恢复正工况的最大需量不能记录,所以本文提供以下两种基于负荷曲线的估算方式。

2.1 有功电量曲线估算法

使用新一代用电信息采集系统召测其96点有功电量曲线,获得各个样本点的有功电能值,其平均功率和需量关系如式(3)所示:

(3)

其中,Wn+1为曲线下一采样点的有功电量;Wn为本次采样点的有功电量;T0为本次采样点开始的一个需量计算周期,一般采用15 min,滑差时间为1 min;p(t)为瞬时功率;P为需量定义值。

表1 有功电量曲线估算法的效果

可见该月有功电量曲线估算法的最大需量比实际的最大需量高出20%左右。虽然是远低于电表记录值的接近100%。暂时,有功电量的小数点位数只有两位,精度不足。目前,用电信息采集系统正在升级,重要用户的电量数据也将可达到4位,最后一位数字的进位将对估算精度影响非常小,所以有功电量曲线估算法具有较大的前瞻价值。

2.2 功率曲线估算法

使用新一代用电信息采集系统召测其96点有功功率曲线,获得各个样本点的有功功率值,可以计算如式(4)所示:

(4)

其中,k为1、2、3......,Pk为本采样点开始第k个样本点的有功功率采样值。

最大需量的功率曲线估算法,即采用若干相邻的离散的有功功率采样值,用其算术平均数估计结算周期内的需量值,用其最大值估算结算周期内的最大需量值Pmax。需量计算周期一般为15 min与采样间隔相等,故k不宜选择过大[11],以免不能准确反映电力用户对电网负荷的最大需求。根据统计规律,其算术平均数的数学期望值与需量定义的数学期望相等,理论上可以认为该估计具有较高的评估价值。该企业2023年2月无检修,选取该企业4个计量点电能表,召测功率曲线,与该月实际结算的最大需量进行比较评估如表2所示。

表2 功率曲线估算法的效果

可见该月,功率曲线估算法的最大需量与实际最大需量的相对误差平均值大约只有2%,比企业诉求的预期10%要小很多,估算结果可以接受。

3 结束语

最大需量已经成为电力用户主流的基本电费计算依据。为响应电力用户关于基本电费结算的合理诉求,合肥供电公司已经采用功率曲线估算法为客户特殊工况下的最大需量修正,有效避免其在特殊工况下的最大需量剧增的问题,保障了供电公司和用电客户双方的合法权益,进一步优化了电力方面的营商环境。目前,用电信息采集系统正在进一步升级。升级之后,重要用户的采集数据精确位将提升到小数点后四位,可有效提高有功电量曲线估算法的精确度,采集的负荷曲线将提高到每天288个点,文中的两种估算方法都可大幅改进,有较大的前瞻价值,尤其是功率曲线估算法,可有效降低不确定度。