單戶住戶的負(fù)荷特性分析

周 浩

(山東同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司, 山東 濟(jì)南 250101)

單戶住戶的負(fù)荷特性分析

周 浩

(山東同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司, 山東 濟(jì)南 250101)

單戶住戶作為住宅負(fù)荷的最小單位,其負(fù)荷隨機(jī)性較大。依據(jù)較多的單戶住戶的測(cè)量數(shù)據(jù),對(duì)單戶住戶的計(jì)算負(fù)荷特性進(jìn)行了分析,包括樣本住戶的計(jì)算負(fù)荷值的分布特征和計(jì)算負(fù)荷出現(xiàn)時(shí)間的概率分布。分析數(shù)據(jù)可供電氣設(shè)計(jì)師參考。

單戶住戶; 負(fù)荷特性; 計(jì)算負(fù)荷; 分布特征

0 引 言

隨著人們生活水平的提高,住宅負(fù)荷的用電特性發(fā)生了很大改變,如果對(duì)住戶用電情況不了解,將導(dǎo)致很多誤區(qū),如變壓器容量選擇問(wèn)題。

目前,我國(guó)的工程實(shí)踐狀況是配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員按照設(shè)計(jì)手冊(cè)給出的單戶用電量和與之相應(yīng)的需要系數(shù),進(jìn)行單戶住宅、多戶住宅(配電干線)、變壓器低壓總出線等系統(tǒng)各處的負(fù)荷估計(jì),并將此作為低壓配電線路和變壓器容量選擇的依據(jù)之一。通過(guò)調(diào)查成都多個(gè)小區(qū)的用電情況,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)配電變壓器投入運(yùn)行后實(shí)際負(fù)荷率都是在較低狀態(tài)下運(yùn)行,造成了很大的資源浪費(fèi)。單戶住戶是負(fù)荷計(jì)算中的最小單位。因此,以上問(wèn)題的根源在于對(duì)單戶住戶的負(fù)荷特性認(rèn)識(shí)有較大誤區(qū),需要對(duì)此進(jìn)行系統(tǒng)性的研究。

由于各地自然條件差別很大,經(jīng)濟(jì)發(fā)展也不均衡,不同住宅項(xiàng)目住戶的需求也不同,影響住宅用電負(fù)荷的因素很多,住宅的用電負(fù)荷具有一定的不確定性。對(duì)住戶的負(fù)荷特性進(jìn)行系統(tǒng)的研究,需要較多的數(shù)據(jù)樣本,對(duì)單戶住戶的負(fù)荷特性分析更加需要大量的樣本住戶。

本文基于某典型住宅小區(qū)大量住戶的連續(xù)采樣數(shù)據(jù),對(duì)其負(fù)荷特性(主要是計(jì)算負(fù)荷問(wèn)題)進(jìn)行研究。對(duì)于單戶住戶,主要特征參數(shù)之一是計(jì)算負(fù)荷。

1 單戶住宅計(jì)算負(fù)荷分布的確定

1.1 計(jì)算負(fù)荷分布函數(shù)的確定

為了研究住宅負(fù)荷的需要系數(shù)取值,首先要獲得一般單戶負(fù)載的實(shí)際計(jì)算負(fù)荷。對(duì)該小區(qū)春秋季和夏冬季單戶住宅負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行采集,得到不同住戶的日負(fù)荷曲線及其計(jì)算負(fù)荷。對(duì)各季節(jié)分別采集70～80戶的數(shù)據(jù)樣本,通過(guò)對(duì)大量單戶負(fù)載的計(jì)算負(fù)荷的研究,進(jìn)而找到這些住宅的計(jì)算負(fù)荷服從的分布函數(shù),采用蒙特卡洛抽樣方法依分布對(duì)計(jì)算負(fù)荷作抽樣,只要計(jì)算負(fù)荷服從的分布確定合適,抽樣的結(jié)果理論上可以代表單戶負(fù)載計(jì)算負(fù)荷的一般性。成都地區(qū)夏季和冬季均要使用空調(diào),用電負(fù)荷相似,因此采用一組數(shù)據(jù),同樣,春季和秋季兩季采用一組數(shù)據(jù)。

1.1.1 春秋季單戶數(shù)據(jù)分析

分別對(duì)春秋季工作日和非工作日不同單戶住宅用電負(fù)荷做數(shù)據(jù)采集,得到這些負(fù)載的計(jì)算負(fù)荷,對(duì)其做分布擬合。

春秋季計(jì)算負(fù)荷頻率直方圖如圖 1所示。由圖1(a)可以看出,負(fù)荷頻率分布基本服從正態(tài)分布,可以得到其均值為1 090,方差為440,認(rèn)為工作日計(jì)算負(fù)荷服從正態(tài)分布N(1 090,440)。由圖1(b)可以得到其計(jì)算負(fù)荷大約服從正太分布N(900,450)。采用卡方擬合優(yōu)度進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果可以認(rèn)為在顯著水平為0.05下服從均值為900、方差為450的正態(tài)分布。從圖1可見(jiàn),非工作日計(jì)算負(fù)荷均值和工作日計(jì)算負(fù)荷均值與方差相差都不大。

圖1 春秋季計(jì)算負(fù)荷頻率直方圖

1.1.2 夏冬季單戶數(shù)據(jù)分析

仍選取該小區(qū),對(duì)夏冬季單戶住宅用電負(fù)荷做數(shù)據(jù)采集,夏冬季單戶負(fù)載計(jì)算負(fù)荷頻率直方圖如圖2所示。圖2(a)、(b)基本相似,其分布不再服從正態(tài)分布,這是由于夏冬季空調(diào)的使用引起的,有部分用戶用電量在3 000 W以上。

夏冬季計(jì)算負(fù)荷擬合的分布函數(shù)如圖3所示。圖3(a)計(jì)算負(fù)荷頻率直方圖及其與正態(tài)分布N(1 090,440)的密度曲線的擬合,從擬合效果來(lái)看誤差是可以接受的,采用卡方擬合優(yōu)度檢驗(yàn)的結(jié)果認(rèn)為在顯著水平為0.05下服從均值為1 090、方差為440的正態(tài)分布?？ǚ椒植己虵分布概率密度曲線與其相似,調(diào)整其自由度參數(shù),結(jié)果是卡方分布和F分布概率密度曲線都與圖3(a)、(b)有較大區(qū)別,其中F分布密度曲線比實(shí)際的頻率曲線偏高、偏瘦,如果可以稍作變化,就能與實(shí)際頻率相差不大。因此,找到非中心F分布為

式中:μ——非中心參數(shù)。

圖2 夏冬季單戶負(fù)載計(jì)算負(fù)荷頻率直方圖

圖3 夏冬季計(jì)算負(fù)荷擬合的分布函數(shù)

非中心參數(shù)μ的改變可以改變F分布概率密度曲線的形狀,做非中心F分布的擬合,擬合的密度曲線的自由度分別為4和100,非中心參數(shù)為7.5。從圖3可見(jiàn),擬合效果是可以接受的,通過(guò)作分布的卡方擬合優(yōu)度檢驗(yàn),可以認(rèn)為在顯著性水平0.05下分布服從自由度為4和100、非中心參數(shù)為7.5的非中心F分布。 雖然圖2所示住戶計(jì)算負(fù)荷的頻率分布有些差異,但基本可以認(rèn)為二者是相同的,并且其工作日和非工作日的頻率分布服從相同的分布函數(shù),所以可以認(rèn)為夏冬季節(jié)工作日和非工作日對(duì)住宅負(fù)荷的計(jì)算負(fù)荷影響不大。

1.2 對(duì)計(jì)算負(fù)荷分布的檢驗(yàn)

通過(guò)以上分析得到單戶住宅的計(jì)算負(fù)荷服從的分布,經(jīng)卡方擬合優(yōu)度檢驗(yàn),可以接受擬合的分布函數(shù),問(wèn)題是當(dāng)直接采用這些分布進(jìn)行分析時(shí)對(duì)需要系數(shù)影響有多大不能確定。因此,需要對(duì)擬合得到的計(jì)算負(fù)荷的分布進(jìn)行檢驗(yàn),即將依分布函數(shù)做隨機(jī)抽樣的樣本與實(shí)際的計(jì)算負(fù)荷相比較。

以12戶春秋季工作日的情況為例,從試驗(yàn)得到的實(shí)際單戶計(jì)算負(fù)荷中隨機(jī)抽取12戶的計(jì)算負(fù)荷,同時(shí)依據(jù)分布函數(shù)抽取12戶計(jì)算負(fù)荷,分別將這12戶數(shù)據(jù)相加,比較這兩種情況。12戶負(fù)載計(jì)算負(fù)荷的抽樣結(jié)果與實(shí)際情況的比較如圖4所示,共做10組。從圖4可見(jiàn),10組數(shù)據(jù)從最大值和最小值及均值都相差不大,因此對(duì)需要系數(shù)的求取時(shí)誤差也在可接受的范圍。圖4(b)曲線波動(dòng)比圖4(a)的曲線波動(dòng)大,這是由于空調(diào)的使用引起的。這種情況下,最后需要系數(shù)的結(jié)果會(huì)偏大,為了保守估計(jì),這種偏大的誤差可以接受。

圖4 12戶負(fù)載計(jì)算負(fù)荷的抽樣結(jié)果與實(shí)際情況的比較

2 計(jì)算負(fù)荷出現(xiàn)時(shí)間的概率分布

單戶負(fù)載的計(jì)算負(fù)荷的功率值是隨機(jī)的,即計(jì)算負(fù)荷功率分布與計(jì)算負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)間分布兩者是獨(dú)立的。如果能得到單戶負(fù)載計(jì)算負(fù)荷與時(shí)間的關(guān)系,并結(jié)合計(jì)算負(fù)荷功率的分布,可用來(lái)估計(jì)不同戶數(shù)的實(shí)際計(jì)算負(fù)荷,即不必再通過(guò)對(duì)各種情況下的負(fù)荷做測(cè)量而得到其計(jì)算負(fù)荷值。

2.1 計(jì)算負(fù)荷時(shí)間的概率分布

夏冬季計(jì)算負(fù)荷在各時(shí)間段的概率如圖5所示。由圖5(a)可以看出,21:00左右是計(jì)算負(fù)荷出現(xiàn)最多的時(shí)候,概率約為0.28,而各個(gè)時(shí)段計(jì)算負(fù)荷功率值是隨機(jī)的,所以單戶負(fù)載的計(jì)算負(fù)荷出現(xiàn)概率最大的時(shí)間點(diǎn)可以認(rèn)為是負(fù)荷出現(xiàn)最大值的時(shí)刻。以12戶為例,依圖5的概率分布,21:00可以認(rèn)為是12戶計(jì)算負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)間,有4戶的計(jì)算負(fù)荷會(huì)在21:00出現(xiàn),這4戶的計(jì)算負(fù)荷可以按照功率分布函數(shù)隨機(jī)抽樣得到,而其他8戶負(fù)載在21:00時(shí)的負(fù)荷均為一般情況的平均值,約為1 200 W,進(jìn)而得到12戶住戶的計(jì)算負(fù)荷值。

圖5 夏冬季計(jì)算負(fù)荷在各時(shí)間段的概率

春秋季計(jì)算負(fù)荷在各時(shí)間段的概率如圖6所示。按照同樣的方法,可以估計(jì)不同戶數(shù)的計(jì)算負(fù)荷,在春秋季計(jì)算負(fù)荷不是在概率最大的時(shí)間段出現(xiàn)的住戶,按照負(fù)荷均值(約600 W)計(jì)算。

圖6 春秋季計(jì)算負(fù)荷在各時(shí)間段的概率

2.2 結(jié)果檢驗(yàn)

以12戶為例,對(duì)夏冬季工作日的情況,計(jì)算負(fù)荷出現(xiàn)在21:00左右的4戶負(fù)載,依據(jù)分布F(4,100,7.5)進(jìn)行抽樣,該4戶負(fù)荷約為8 000 W,其他8戶在21:00處負(fù)荷值均取1 200 W,得到12戶負(fù)荷的計(jì)算負(fù)荷值約為17 600 W。通過(guò)對(duì)12戶負(fù)荷的數(shù)據(jù)測(cè)量,得到計(jì)算負(fù)荷為1 600～1 800 W,可以看出兩者相差不大。對(duì)于春秋季,同樣按該方法,得到的12戶計(jì)算負(fù)荷值約為7 800 W,通過(guò)實(shí)際的數(shù)據(jù)測(cè)量12戶的計(jì)算負(fù)荷值為7 500～8 200 W,兩者吻合。因此,判斷該方法可行。

3 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)單戶住戶的負(fù)荷特性進(jìn)行了分析,主要是考慮單戶住戶計(jì)算負(fù)荷的特征。依據(jù)對(duì)單戶住戶的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),分析了其計(jì)算負(fù)荷值的分布特征,通過(guò)擬合找到了單戶住戶計(jì)算負(fù)荷服從的分布函數(shù),然后對(duì)樣本數(shù)據(jù)的計(jì)算負(fù)荷出現(xiàn)時(shí)間進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì),得到了計(jì)算負(fù)荷出現(xiàn)概率最大的時(shí)間段。

本文的研究?jī)H是對(duì)單戶住戶進(jìn)行分析的一種方法,對(duì)本文開展的工作尚需更多的樣本數(shù)據(jù)和不斷的數(shù)據(jù)更新。

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[4] 謝中華.MATLAB統(tǒng)計(jì)分析與應(yīng)用:40個(gè)案例分析[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2010.

ZHOU Hao

(Shandong Tong Yuan Design Group Co., Ltd., Jinan 250101, China)

The single-family household is the smallest unit of residential load,and the randomness of the sample data load is relatively large.Based on a lot of measured data of single-family households,this paper analyzed the characteristics of calculated load,including the distribution characteristics of load demand of sample households and the probability distribution of load demand occurred time.The analysis data could provide

for electric designers.

single-family household; load characteristics; calculated load; distribution characteristic

周 浩(1989—),男,從事建筑電氣方面的研究。

TU 852

A

1674-8417(2015)03-0026-04

2014-10-22Load Characteristics Analysis of Single-family Households