湘潭地區(qū)負荷特性分析

程義明，羅滇生，蔡劍彪，許甜田，郭精人

（湖南大學 電氣與信息工程學院，長沙 410082）

電力負荷的發(fā)展具有很強的地區(qū)特性，不同地區(qū)負荷特性各不相同，地區(qū)負荷特性受諸多因素的影響，如：氣象條件、非統(tǒng)調(diào)電源、經(jīng)濟發(fā)展水平、用電結(jié)構(gòu)和電價水平等，對于不同地區(qū)負荷，很難用一種通用的數(shù)學模型對負荷的發(fā)展規(guī)律進行描述。因此，為提高短期負荷預(yù)測準確率，合理的安排企業(yè)檢修與輪休，有必要開展地區(qū)電網(wǎng)的負荷特性分析，實現(xiàn)負荷需求側(cè)管理，最大限度地錯峰與避峰，提高負荷率[1]，從而提高電網(wǎng)運行效益。

近年來已有較多文獻談到負荷特性分析來提高短期負荷預(yù)測準確率的問題。文獻[2]提出了負荷曲線的構(gòu)筑方法，從行業(yè)用電的角度對負荷曲線特性進行了分析。文獻[3]主要分析了廣州電網(wǎng)受氣象負荷的影響。這些文獻僅僅是從負荷曲線的變化發(fā)展規(guī)律進行分析，并未有針對性的從影響負荷變化的各種內(nèi)在因素進行定量的分析。筆者在對負荷預(yù)測的研究中，總結(jié)出地區(qū)負荷特性的影響因素主要有以下幾點：氣象條件、大用戶用電、非統(tǒng)調(diào)電源、節(jié)假日負荷變化、有序用電及電價政策等。本文從湘潭地區(qū)負荷特性出發(fā)，對上述各種影響因素進行量化分析，為提高短期負荷預(yù)測準確率提供依據(jù)。

1 湘潭地區(qū)負荷特性

湘潭地區(qū)負荷主要包括鋼鐵、冶金、水泥、礦產(chǎn)、機械等工業(yè)負荷，工業(yè)用電量占全市一半以上，具有十分典型的工業(yè)負荷特性。

2010年湘潭地區(qū)全社會用電量為94.97億kWh，第一產(chǎn)業(yè)占5.48%，第二產(chǎn)業(yè)占86.88%，第三產(chǎn)業(yè)占7.64%。圖1為湘潭地區(qū)“十一五”期間年負荷曲線。

圖1 湘潭地區(qū)年負荷曲線

從圖中可以看到，“十一五”期間，湘潭地區(qū)電力負荷呈穩(wěn)步上升的趨勢。2008年下半年到2009年上半年由于受全球金融危機的影響，負荷較前一年同期增長緩慢甚至有所下降。各年負荷呈季節(jié)性變化趨勢較為明顯，冬夏兩季負荷水平較高，春秋負荷水平較低；最大負荷出現(xiàn)在夏季8月，最低負荷一般出現(xiàn)在4月或10月。

2 地區(qū)負荷特性影響因素分析

2.1 夏季降溫負荷的影響

2.1.1 夏季降溫負荷的計算

在諸多影響因素中，氣象條件是影響負荷變化的最重要的因素，尤其是近年來隨著人民生活水平的提高，空調(diào)等降溫取暖家用電器的增加，氣象敏感性負荷占地區(qū)負荷的比重越來越大，其中氣溫是氣象敏感負荷變化的直接因素。

本文采用基準負荷比較法，利用負荷曲線來推算降溫負荷。其基本思想為：以4月和10月工作日負荷曲線的平均值為夏季基礎(chǔ)負荷，其計算公式如式1所示，夏季日負荷曲線與基礎(chǔ)負荷曲線之差即為該日降溫負荷曲線。

式中：P基礎(chǔ)為夏季基礎(chǔ)負荷，N4，N10分別為4月和10月的工作日天數(shù)，P4,d，P10,d分別為4月和10月的日負荷。

由于湘潭鋼鐵公司和湖南鐵合金集團有限公司等大用戶用電負荷占湘潭地區(qū)負荷比重較大，而該類負荷主要是跟隨生產(chǎn)計劃變化而變化，基本不受氣象因素影響，所以為了較為精確的推算降溫負荷值，計算中剔除了大用戶負荷。

表1為采用該方法推算湘潭地區(qū)2008年—2010年夏季各月最大降溫負荷；表2統(tǒng)計了降溫負荷；占地區(qū)負荷的比重。

表1 2008—2010年年最大降溫負荷占年最大負荷對比

表2 2008—2010年年最大降溫負荷與年最大負荷

從表1和表2的統(tǒng)計可以看到，6月份由于氣溫不是很高，所以降溫負荷不大，但是波動較大。7月—9月降溫負荷較大，且降溫負荷的增長速度超過地區(qū)負荷的增長速度，所占比重也逐年增加。

2.1.2 降溫負荷與氣溫的關(guān)系

在所有氣象因素對電力負荷的影響中，氣溫對負荷的影響最為明顯。以最高氣溫為例，分析2010年夏季最高氣溫與最大負荷之間的關(guān)系，圖2為2010年7月—9月最高氣溫與日最大負荷標幺曲線對比，二者相關(guān)系數(shù)為0.89，說明最高溫度與負荷變化的有著較強的相關(guān)性。

圖2 湘潭2010年7—9月最大負荷與最高氣溫標幺曲線對比

當氣溫低于30℃時，可認為降溫負荷隨溫度的升高自然增長，無氣溫累積效應(yīng)，統(tǒng)計2010年7月—9月最高氣溫在25～30℃時，各溫度下最大降溫負荷平均值的變化情況，如圖3所示。

圖3 氣溫在25～30℃之間最大降溫負荷的變化曲線

由圖3可見，當溫度低于25℃時，基本無空調(diào)負荷，地區(qū)的負荷基本不受氣溫變化影響；當最高溫度在25～30℃時，由于降溫設(shè)備開啟較少，湘潭地區(qū)的降溫負荷不大，最大降溫負荷一般在100 MW以內(nèi)，期間隨著溫度的升高，負荷有平穩(wěn)的增長趨勢，其趨勢線斜率為18.09，即溫度每上升1℃，最大負荷平均上升18.09 MW；當溫度到達30℃及以上時，空調(diào)負荷開始迅速增長，此時應(yīng)當考慮有氣溫累積效應(yīng)，分析時也應(yīng)當從連續(xù)多氣溫逐漸變化情況進行選擇，不能單純以溫度為選擇對象而間隔的挑選日期來分析。圖4統(tǒng)計了2010年9月14日到9月18日最高氣溫由34.1℃上升到37.2℃最大降溫負荷的變化情況。

圖4 氣溫連續(xù)變化時最大降溫負荷的變化

隨著最高氣溫的逐漸升高，最大降溫負荷近似呈現(xiàn)線性增長，趨勢線斜率為56.79，即可以認為氣溫高于30℃時，最高氣溫每上升1℃時，最大降溫負荷平均上升56.79 MW。當氣溫在30℃以上持續(xù)高溫時，最大降溫負荷變化又會有不同，如圖5所示。

圖5 高溫累積效應(yīng)下最大降溫負荷的變化

圖5統(tǒng)計了2010年8月9日—8月15日最高氣溫與最大降溫負荷的變化，該時段最高氣溫維持在37～38℃。雖然氣溫并未上升，由于溫度累積效應(yīng)，降溫負荷卻一直在上升，直到450 MW左右才穩(wěn)定，即達到了空調(diào)負荷飽和狀態(tài)。統(tǒng)計得出，在氣溫超過36℃且出現(xiàn)連續(xù)多日高溫時，高溫每持續(xù)一天，最大降溫負荷增加30 MW左右，直到飽和。

2.2 大用戶用電影響

湘潭鋼鐵公司是大用戶用電的主要成分，年用電量為23.84億kWh，占湘潭地區(qū)網(wǎng)供電量78.55億kWh的30.35%，同時，由于湘潭鋼鐵公司是鋼鐵企業(yè)，負荷波動較大，所以在諸多大用戶中，湘潭地區(qū)負荷受其負荷的影響最大。

圖6為2010年4月12日—4月18日湘潭鋼鐵公司一周負荷曲線圖。湘潭鋼鐵公司生產(chǎn)方式為四班三倒連續(xù)性生產(chǎn)，可以看到，其日負荷曲線完全呈現(xiàn)沖擊性波動。目前，對于沖擊負荷還缺乏行之有效的調(diào)控手段，對湘潭地區(qū)負荷及負荷預(yù)測的影響相當大。

圖6 一周日負荷曲線

圖7為2010年10月9日與10月8日湘潭鋼鐵公司負荷對湘潭地區(qū)負荷預(yù)測的影響。由圖7可見，9日和8日湘潭鋼鐵公司負荷差值與湘潭地區(qū)負荷差值曲線變化基本一致，17：00湘潭鋼鐵公司負荷下降97 MW，同時湘潭地區(qū)負荷下降117 MW，湘潭地區(qū)負荷曲線走勢受湘潭鋼鐵公司負荷曲線影響相顯而易見。

圖7 湘鋼負荷對湘潭地區(qū)負荷的影響

2.3 節(jié)假日變化的影響

普通日情況下，湘潭地區(qū)電力負荷水平及變化趨勢具有一定的日周期性和周周期性，即工作日和周末的變化。在節(jié)假日，由于人們用電習慣以及部分企業(yè)放假停產(chǎn)，負荷水平及變化趨勢都會有所變化，而相同類型的節(jié)假日，負荷趨勢又會有相似的特點。以春節(jié)為例，圖8為2009年、2010年春節(jié)負荷曲線及2010年冬季某典型日日負荷曲線。

圖8 湘潭地區(qū)春節(jié)日負荷曲線

從圖8可以看到，春節(jié)期間負荷水平會有較大的降幅，2年春節(jié)的負荷趨勢基本一致，所以在做節(jié)假日負荷預(yù)測時，可以參考歷年相同節(jié)日的日負荷曲線，把握其變化規(guī)律，有助于提高負荷預(yù)測準確率。文獻[4]對節(jié)假日負荷預(yù)測提出了具體有效地方法。

2.4 非統(tǒng)調(diào)電源的影響

非統(tǒng)調(diào)電源主要包括并網(wǎng)小水電、分布式電源以及大企業(yè)自備電廠，該類發(fā)電機組發(fā)電不受統(tǒng)調(diào)支配，其發(fā)電的多少直接影響到網(wǎng)供負荷的變化，尤其是在我國南方，小水電資源非常豐富，其特點是容量小，數(shù)量多，較分散，發(fā)電隨機性強，對地區(qū)負荷預(yù)測的影響非常大。

湘潭地區(qū)小水電資源不太豐富，分布式電源也較少，全市水電裝機容量為40.7 MW，其中水府廟電站機組容量為30 MW，自備發(fā)電裝機容量為250.5 MW，其中湘潭鋼鐵公司自備電廠裝機容量為164 MW，這2家是影響本地區(qū)負荷的主要非統(tǒng)調(diào)電源。水府廟電站為徑流式水電站，日發(fā)電出力較為平穩(wěn)，24 h出力基本不變，并且由于湖南省調(diào)部門對小水電實行執(zhí)行率考核，所以其實際發(fā)電一般按照前一日上報的發(fā)電計劃，對負荷預(yù)測的影響較小。湘潭鋼鐵公司自備電廠一般處于滿發(fā)狀態(tài)，波動在150～160 MW之間，對地區(qū)負荷曲線的走勢影響較小。

2.5 有序用電的影響

有序用電是指通過法律、行政、經(jīng)濟、技術(shù)等手段，加強用電管理，改變用戶用電方式，采取錯峰、避峰、輪休、讓電、負控限電等一系列措施，避免無計劃拉閘限電，規(guī)范用電秩序，將季節(jié)性、時段性電力供需矛盾給社會和企業(yè)帶來的不利影響降至最低程度[5]。2011年隨著全省經(jīng)濟的持續(xù)增長，用電負荷持續(xù)攀升，最大負荷和日電量成同比增長趨勢，同時由于全省電煤供應(yīng)持續(xù)緊張，因缺煤、故障停機及受煤炭質(zhì)量影響限制，火力發(fā)電出力下降，加之天氣干旱，水電出力不足，2011年3月—5月執(zhí)行有序用電共50天。圖9為有序用電與正常日負荷曲線對比圖，可以看到有序用電期間負荷水平下降的同時，還改變了日負荷曲線形狀，削減了日高峰負荷，提高了日負荷率。5月4日的日負荷率為92.97%，而5月17日的日負荷率為87.37%。在有序用電方案執(zhí)行期間，應(yīng)當嚴格執(zhí)行省調(diào)下達的有序用電任務(wù)，重點加強對大用戶、高耗能企業(yè)的用電管理，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

圖9 有序用電與正常日負荷曲線對比

2.6 電價政策的影響

電價對負荷特性的影響包括電價水平影響和電價結(jié)構(gòu)影響2方面。電價水平影響涉及因素較為復(fù)雜，如：經(jīng)濟發(fā)展水平、全社會物價指數(shù)、各類用戶對電價的承受能力等，電價結(jié)構(gòu)對負荷特性的影響主要是峰谷電價方面，對負荷曲線的影響主要體現(xiàn)在電價結(jié)構(gòu)的變化上。例如：2011年1月份，湖南省政府取消了湖南鐵合金集團有限公司優(yōu)惠電價政策，統(tǒng)一按湖南省目錄電價用電。1月1日起湖南鐵合金集團有限公司便嚴格按尖峰、高峰、腰荷、低谷時段安排生產(chǎn)，最高負荷100 MW左右，最低負荷20 MW左右。圖10為電價變化前后湖南鐵合金集團有限公司用電負荷曲線圖。

圖10 電價變化前后湖鐵用電負荷曲線對比

2011年6月起，國家發(fā)展與改革委員會對湖南省電價進行了調(diào)整，暫停執(zhí)行上網(wǎng)側(cè)峰谷分時電價、上網(wǎng)側(cè)豐枯季節(jié)電價以及銷售側(cè)豐枯季節(jié)電價，適當調(diào)整銷售側(cè)峰谷分時電價，高峰時段在平時段電價基礎(chǔ)上平均上浮0.02元/kWh，由于商業(yè)用電價格和居民生活用電價格不作調(diào)整，這部分差價主要由企業(yè)用戶承擔，因而此次電價的調(diào)整勢必會引起一些企業(yè)大用戶用電方式及用電量的變化，同時會對地區(qū)負荷曲線特性產(chǎn)生一定的影響，因此在負荷預(yù)測工作中需密切關(guān)注企業(yè)用電的變化。

3 對負荷預(yù)測的建議

通過上文的分析可知，湘潭地區(qū)的負荷特性受多種因素影響，負荷曲線變化波動較大，各種因素的影響程度不同，因此，在開展負荷預(yù)測時應(yīng)注意以下幾點：

（1）及時了解湘潭鋼鐵公司生產(chǎn)計劃，最好是督促其每日做出次日用電計劃。其他大用戶如果有較大生產(chǎn)計劃的改變，負荷預(yù)測時也要加以考慮。

（2）及時關(guān)注天氣的變化，尤其是在夏冬兩季，預(yù)測時參考2.1.1分析的結(jié)果，同時要考慮氣象敏感負荷的增長因素。

（3）當特殊節(jié)假日來臨時，可以參考前一年同類型節(jié)日負荷曲線特點，同時要考慮負荷水平的增長和天氣等因素的變化.

（4）對小水電應(yīng)該對比在豐水期、平水期和枯水期的發(fā)電區(qū)別，同時關(guān)注降雨對發(fā)電的影響，另外可以參考文獻[6]提出的預(yù)測方法，先對地區(qū)用電負荷進行預(yù)測，然后減去小水電發(fā)電負荷，得到網(wǎng)供負荷。

（5）當電價政策發(fā)生調(diào)整時，重點關(guān)注各個大用戶的用電情況，分析對比電價調(diào)整前后負荷曲線的變化，以此對負荷預(yù)測結(jié)果進行修正。

4 結(jié)束語

本文通過對湘潭地區(qū)負荷特性及各類影響因素的深入研究，較為全面地量化分析了各因素的影響程度。對降溫負荷的推算、年最大降溫負荷的確定，能為制定氣象條件變化很大時的負荷調(diào)控措施提供科學依據(jù)，對大用戶的影響分析，有利于把握負荷曲線的變化規(guī)律，提高負荷預(yù)測準確率。

［1］駱正義，貝宇，李如琦，等.桂林電網(wǎng)負荷特性分析及探討 [J].廣西電力，2007，30(6)：49-51.

［2］陶莉，肖晶，周魏，等.負荷特性分析方法的研究[J].電力需求側(cè)管理，2003，5(4)：30-32.

［3］陳健，劉明波，樊亞亮，等.廣州電網(wǎng)負荷特性分析[J].電力系統(tǒng)及其自動化學報，2009，21(3)：78-83.

［4］所麗，丁恰，韓新陽.基于模糊推理的節(jié)假日負荷預(yù)測[J].中國電力，2009，42(11)：66-69.

［5］陳海燕，劉新才.有序用電工作的精細化管理過程[J].電力需求側(cè)管理，2010，12(3)：30-33.

［6］徐瑋，羅欣，劉梅，等.用于小水電地區(qū)負荷預(yù)測的兩階段還原法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33(8)：88-92.