短期负荷预测中考虑夏季气温累积效应的方法
黎灿兵1，杨 朋1，刘 玮2，李大勇3，王 瑜1
(1.郑州大学电气工程学院，河南省郑州市450001; 2.湖南大学电气与信息工程学院，湖南省长沙市410082;
3.安阳供电公司，河南省安阳市455000)
摘要：由于气象因素对负荷的影响较大，在短期负荷预测中需合理考虑气象因素的影响。气温累积效应是夏季气象因素影响负荷的重要现象，是指待预测日之前若干日的气温对待预测日的负荷具有比较明显的影响，持续高温情况下影响尤其明显。对大量气象数据的分析表明，在不同条件下，累积效应的强度不同，对负荷的影响程度也不同。据此，提出了用离散的累积系数和温度修正公式来反映累积效应强度的方法，考虑了各种影响累积效应强度的因素，如待预测日的气温、高温持续天数等。实例表明，所提出的方法比较准确地反映了累积效应对负荷的影响。关键词：短期负荷预测；气象因素；累积效应；相关系数中图分类号:TM 715
收稿日期:2008-11-20；修回日期:2009-01-17。
0 引言
模拟人生秘籍短期负荷预测是电网调度的重要环节，对机组组合、经济调度、最优潮流等都有重要影响[1-2]。负荷预测精度提高，有利于提高电力设备利用率、降低电网运行风险。短期负荷预测的研究已经有很长历史，国内外许多学者在预测理论和预测方法上做了大量研究工作，取得了卓有成效的进展。由于影响负荷变化因素增多，非线性极强，因此，新理论和新
技术的出现一直在推动着负荷预测的不断发展[3-5]
。
随着经济的发展和人民生活水平的提高，空调负荷的比重逐步增加，因此，在夏季，气象因素对负荷的影响日渐明显。已有的文献从不同角度研究了气象因素对负荷的影响，但是气温的累积效应对负荷的影响还未引起足够的重视。文献[6-7]对气象因素影响负荷的机理进行了分析，在相关预测方法上已经注意到了气温累积效应对负荷变化具有明显的影响。
为了进一步提高负荷预测准确率，本文分析了累积效应对负荷的影响规律，提出累积效应在不同的情况下强度不同，考虑累积效应对温度修正后，温度与负荷的相关性得到大幅度提高。
1 累积效应影响负荷的典型现象
累积效应影响负荷变化的表现形式有多种，典型形式表现为：如果某地长时间处于高温状态，这个地
区的负荷将会处于较高水平。在这种情况下，即
使温度有所下降，负荷减少的程度也不明显，甚至可能不降反升；相反，当凉爽天气持续一定时间后，即使温度突然上升到较高的水平，负荷上升也不明显。本文称这种负荷滞后于温度变化的现象为气温累积效应，即前若干日的高温累积作用于待预测日。人体感官对温度变化有一个适应的过程，是产生累积效应的根本原因[8-10]
。
累积效应在大中城市中越来越明显，成为影响负荷变化的重要因素，在部分情况下甚至是主导因素。一般而言，空调负荷所占的比例越高，气温累积效应就越明显[11-12]
，表现为持续高温情况下的累积效应和持续低温情况下的累积效应。
2 累积效应的考虑方式
2.1 影响累积效应强度的因素
在不同条件下累积效应强度不同。累积效应的强度受到多种因素影响，主要包括：高温期间温度的高低、高温持续时间、待预测日的温度等[13-15]。用温度修正值来反映累积效应，既可以反映累积效应
对负荷的影响，又能够充分利用现有的负荷预测方法。因此，对待预测日温度进行修正时必须把上述影响因素考虑在内。
气温累积效应的影响常见规律如下:
1)待预测日最高温度大于38e 或者日最高温度不大于28e 时，累积效应的作用不明显，根本原因是：气温很高时，无论前若干日气温如何，空调负荷基本都开启；气温较低时，无论前若干日气温如何，空调负荷基本都关闭。
第33卷 第9期2009年5月10日Vo l.33 N o.9M ay 10,2009
2)待预测日最高温度处于28e~38e时，累积效应对负荷变化的影响比较明显，在33e~ 34e时，最为明显。在这种情况下，反映累积效应的强度基本由待预测日以及3d以内的最高温度决定。
高温持续天数对累积效应的强度也有一定的影响，但持续3d及以上时，累积效应的强度对高温持续天数不再敏感。因此，本文考虑3d以内的气温，对待预测日的最高气温进行修正。
2.2考虑累积效应的温度修正公式
基于以上分析，本文建议按下式考虑累积效应对待预测日气温进行的修正:
T c=(1-k)T0+kT1-6p i=0k i+1(T i-T i+1)(1)式中:T c为考虑累积效应后的待预测日最高气温修正值;T0为待预测日最高气温;T i为待预测日i天前气温的真实值;k为累积效应系数;p=min(n,3), n为日最高温度连续高于28e的天数。
2.3累积效应系数
通过分析可以发现,T0对累积系数k的影响最大，根据2.1节所述，当T0[28e时,k=0。当T0>38e时,k=0。当日最高温度为28e~38e 时,k值根据T0的大小进行调整,k越大，表明累积效应越明显。
为了便于表明修正后的温度能够提高预测精度，引入相关系数R作为参考:
R=
n6n i=1L i T i-6n i=1L i6n i=1T i
n6n i=1L2i-6n i=1L i2n6n i=1T i-6n i=1T i2
(2)式中:L i为待测日i天前的实际负荷。
R取值区间为[0,1],R越大，说明2个变量之间的相关程度越大。
分别计算待预测日最高气温原始值与最高负荷之间的相关性、待预测日最高气温修正值与最高负荷之间的相关性，两者对比可以表明温度修正效果。3累积效应系数的求解
由于累积效应强度取决于待预测日最高温度T0，因此,k值应该根据待预测日最高温度确定。基于对历史数据的分析,k的求解方案如下:
名留青史1)根据待预测日最高温度，对k进行离散化处理。离散化的结果如表1所示。
2)在求解k i(1[i[8)时，首先通过曲线拟合的方法建立负荷和温度的函数f(T,L)，然后将式(1)变形后代入该函数成为f(k i,L)，最后使用最小二乘法求解累积系数k i，求解公式为:
min y=f(T,L)=f(k i,L)(3)式中:L为负荷值;y为用最小二乘法得出的残差函数;T为实际温度。
表1累积系数k的离散化
笔芯优优Table1Discretization of accumulative coefficient
T0/(e)k T0/(e)k
(37,38]k1(33,34]k5
(36,37]k2(31,33]k6
(35,36]k3(30,31]k7
(34,35]k4(28,30]k8
在计算结果中，可能出现部分参数缺失的问题，例如某几天最高气温不在34e~35e时，就无法计算出k4的值。在这种情况下，可以通过采取扩大数据范围、选取相似日的方法解决。
4算例分析
通过对华中某市的温度和负荷数据分析，计算得出k i的结果如表2所示。蹒跚学步
表2气温累积系数k i取值
Table2Value table of k i
T0/(e)k i累积效应强度
>380不存在
(37,38]0.10影响很小
(36,37]0.30
(35,36]0.45
(34,35]0.65影响最大
(33,34]0.50
(31,33]0.35
(30,31]0.20
(28,30]0.10影响很小
[280不存在
根据温度修正公式，对2006年6月和7月的部分温度数据进行了计算，结果如表3和表4所示。
表32006年6月某市温度及负荷数据
Table3Load and results of modified daily highest
temperature in June,2006
日期最大负荷/M W日最高温度/(e)修正温度/(e) 2006-06-15306031.130.60 2006-06-16311032.731.48 2006-06-17316033.832.36 2006-06-18352936.834.94 2006-06-19397036.436.34 2006-06-20424037.437.19 2006-06-21430036.537.17 2006-06-22386035.336.45 2006-06-23321031.133.99
#工程应用#黎灿兵，等短期负荷预测中考虑夏季气温累积效应的方法
表42006年7月某市温度及负荷数据
云梦方舟Table4Load and results of modified daily highest
temperature in July,2006
日期最大负荷/M W日最高温度/(e)修正温度/(e) 2006-07-18376035.333.85 2006-07-19401035.235.29 2006-07-20429036.035.31 2006-07-21444037.036.79 2006-07-22399033.836.15 2006-07-2332002
9.830.62 2006-07-24316031.330.83 2006-07-25291029.129.29 2006-07-26307030.930.84 2006-07-27289028.929.04 2006-07-28315034.532.07 2006-07-29344035.734.67 2006-07-30373035.635.68 2006-07-31397036.035.74
实际温度与负荷的相关系数为R，修正温度与负荷的相关系数为R c，修正前后相关系数结果如表5所示。
表5相关系数对比结果
Table5C omparison results of correlation coeff icient
日期R R c 2006-06-15)2006-06-230.8487610.943280
2006-07-18)2006-07-310.8402660.935479
从上述实例可以得出，在考虑到气温累积效应以后，负荷与最高温度之间的相关程度得到较大的提高。因此，用温度修正值代替实际温度进行预测，有利于提高预测准确率。
5结语
夏季气象因素对负荷影响较大，在大部分地区，气温是各种气象因素中对负荷影响的主导因素。气温对负荷的影响具有累积效应。本文研究了夏季高温季节累积效应影响负荷变化的规律，发现在不同的条件下，累积效应的强度不同，主要是待预测日气温和连续高温天数；提出采用温度修正的方法，对待预测日的气温考虑累积效应进行修正处理。算例分析中通过对华中某市实际负荷数据进行分析表明，经修正处理后，气温与负荷之间的相关系数得到显著提高，证明了本文所提出的方法能够比较准确地反映累积效应对负荷的影响。
在冬季也可能存在一定的累积效应，也可能/温湿指数0的累积效应比气温这个单一因素的累积效应更明显，这些问题还有待进一步研究。
本研究受清华大学大型发电设备安全控制与仿真国家重点实验室开放基金资助，特此感谢!
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An Analysis of Accumulative Effect of Temperature in Shor-t term Load Forecasting
L I Canbing1,YA N G Peng1,L I U W ei2,LI Day ong3,WA N G Yu1
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2.H unan U niver sity,Changsha410082,China;
3.Any ang Electr ical Po wer Company,A nyang455000,China)
Abstract:Becau o f the signif icant im pact of meteor olog ical factor s o n the load,the accuracy o f load for ecasting sho uld be enhanced by taking the factor s into ratio na l co nsider ation.T he accumulative effect is an impo rtant phenomeno n o f summert ime meteoro lo gical factor s influencing t he load.It r efers to the fact that the temper atures o f the few days befor e the day to be forecast have fair ly obvious influence on the load of the to-be-forecast day,the effect being especially appreciable in sustained summer heat.An analysis of larg e amo unts of meteo ro log ical data show s that,under differ ent conditions,the intensit ies o f t he accumulative effect are different,as ar e their influence o n the load.Fo r this r easo n,a new method is pro pod to have the intensity o f accumulated effect r eflected by the discrete accumulated co efficient and temperatur e mo dif ying fo rmula. Var io us influencing factor s have been considered,such as the temperature o f t he to-be-fo recast days,the number of sustaining high-temperature days,etc.It is prov ed by a ca study t hat the method propod can fair ly accur at ely reflect the influence o f the temperatur e accumulativ e effect o n the lo ad.
Key words:shor t-term load for ecasting;meteo ro log ical facto rs;t em perat ur e accumulativ e effect;cor relat ion coefficient
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Fault Diagnosis Method for Neutral Grounding Three-Pha Bridge Type SSFCL
J I A N G D aoz huo1,J I N X in1,YA N G Guiy u1,W U W enx uan2,CH EN J inx iang2
(1.Zhejiang U niver sity,H ang zho u310027,China;
2.Fujian Electr ic Po wer T est and Rearch Institut e,Fuzho u350007,China)
Abstract:T his paper prents a fault diag no sis method fo r neutral g ro unding three-pha br idg e t ype solid-state fault cur rent lim iter(SSFCL).Simulat ion studies show that bad on mo nitor ing and analysis of curr ent of DC r eact or and two fr ee-w heeling dio des fo r the bridg e,differ ent ty pe faults of bridg e-arm breaking and thro ug h can be effectively dist ing uished so as to implement diag nosis of br idge fault type.W ith curr ent w avefor ms o f the DC r eact or and tw o free-w heeling diodes and their Four ier analy sis,the DC,fundamental and co nd harmonic component s can be calculated to lo cate fault bridg e-a rm.T his met ho d has many adv ant ages,such as small monito ring amount,obviousness o f fault character istic,the simple cr iter ion,etc. It is conducive to realize o n-line monito ring and fault diag no sis for arms of r ectifier br idg e of SSFCL.
Key words:neutral gr ounding;three-pha br idge ty pe so lid-state fault cur rent limiter(SSF CL);br idg e-arm fault diagnosis; Four ier tr ansfo rm
#工程应用#黎灿兵，等短期负荷预测中考虑夏季气温累积效应的方法
