深圳電網(wǎng)負(fù)荷與氣溫的關(guān)系研究

李植鵬

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

深圳電網(wǎng)負(fù)荷與氣溫的關(guān)系研究

李植鵬

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

為了解深圳地區(qū)的電力負(fù)荷特性，本文對(duì)2012—2014年深圳電網(wǎng)負(fù)荷與氣溫的關(guān)系進(jìn)行了全面地分析。通過(guò)引入負(fù)荷-最高氣溫梯度和負(fù)荷-最低氣溫梯度，建立了高溫負(fù)荷日日最高負(fù)荷與日最高氣溫和日最低氣溫的關(guān)系模型，并通過(guò)相關(guān)系數(shù)證明了其有效性。據(jù)此獲得了深圳高溫負(fù)荷日負(fù)荷受氣溫影響的規(guī)律，對(duì)提高深圳負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，指導(dǎo)深圳電網(wǎng)的運(yùn)行和規(guī)劃有重要的意義。同時(shí)，本文也經(jīng)過(guò)計(jì)算得出深圳年最大制冷負(fù)荷的比例可達(dá) 35%左右，為深圳夏季負(fù)荷的重要組成部分。

深圳；高溫負(fù)荷日；電力負(fù)荷；氣溫；制冷負(fù)荷

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，深圳市的電力需求呈現(xiàn)平穩(wěn)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。深圳作為廣東南部沿海的國(guó)際化大城市，有亞熱帶季風(fēng)氣候特點(diǎn)，隨著第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和居民生活水平的提高，夏季制冷負(fù)荷占電網(wǎng)負(fù)荷的比重日益提高，氣溫等氣候條件對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷的影響越來(lái)越顯著。

研究深圳負(fù)荷與氣溫的關(guān)系及相關(guān)負(fù)荷特性，有助于提高負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，對(duì)深圳電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)提供指導(dǎo)意義。

國(guó)內(nèi)外有很多論文研究了溫度對(duì)區(qū)域電網(wǎng)的負(fù)荷特性的影響及基于溫度影響的負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法[1-8]。本文在其基礎(chǔ)上，結(jié)合深圳本地的氣候特點(diǎn)和電網(wǎng)實(shí)際情況，收集了近幾年的數(shù)據(jù)，通過(guò)分析近幾年日最大負(fù)荷與日最高氣溫、日最低氣溫的關(guān)系，尋找到負(fù)荷的溫度敏感量的變化規(guī)律。發(fā)現(xiàn)溫度敏感負(fù)荷與日最高氣溫和日最低氣溫之間的關(guān)聯(lián)參數(shù)，分別稱其為負(fù)荷-最高氣溫梯度和負(fù)荷-最低氣溫梯度，并據(jù)此建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行研究。

1 深圳電網(wǎng)負(fù)荷與氣溫關(guān)系分析步驟

1.1 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)主要對(duì)深圳 2012—2014年每日日最高負(fù)荷、日最高氣溫和日最低氣溫進(jìn)行收集?？紤]到深圳本地的實(shí)際情況，第二產(chǎn)業(yè)用電比例較大，外來(lái)人口較多，每逢節(jié)假日，尤其是春節(jié)等傳統(tǒng)節(jié)假日時(shí)，負(fù)荷與平常相比大幅度降低。且由于深圳具有包容開放的文化特點(diǎn)、彈性的企業(yè)制度，“節(jié)日效應(yīng)”的持續(xù)時(shí)間往往略長(zhǎng)于法定節(jié)假日的實(shí)際時(shí)間。故在處理數(shù)據(jù)時(shí)，需將這方面的因素考慮進(jìn)來(lái)，將這些時(shí)間段的相關(guān)數(shù)據(jù)予以剔除，以剩余數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)。

1.2 有效數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖分析

將有效數(shù)據(jù)按年份和關(guān)系做散點(diǎn)關(guān)系圖，如圖1—圖3所示?？梢园l(fā)現(xiàn)深圳氣溫總體較為集中，且氣溫下限和氣溫集中區(qū)均較高，符合深圳本地“長(zhǎng)夏短冬”的氣候特點(diǎn)。年最高氣溫主要分布在10℃～35℃之間，年最低氣溫主要分布在5℃～30℃之間。在夏季高溫天氣時(shí)，負(fù)荷受氣溫變化影響較為敏感，其他時(shí)間里負(fù)荷對(duì)氣溫變化相對(duì)不敏感，可見深圳本地夏季制冷負(fù)荷較高，而冬季取暖負(fù)荷較少。

進(jìn)一步分析，可將這些散點(diǎn)圖分為兩部分，即水平部分和正增長(zhǎng)部分。水平部分的日最高負(fù)荷分布基本上集中在某個(gè)范圍內(nèi)，波動(dòng)幅度不大，總體呈現(xiàn)水平分布，稱為水平負(fù)荷；正增長(zhǎng)部分的日最高負(fù)荷隨著溫度的上升有明顯的正相關(guān)關(guān)系，稱為正增長(zhǎng)負(fù)荷。在2012—2014年最高負(fù)荷與最高氣溫關(guān)系的散點(diǎn)圖中，兩部分的分界溫度為 26℃；在2012—2014年最高負(fù)荷與最低氣溫關(guān)系的散點(diǎn)圖中，兩部分的分界溫度為 18℃。將日最高氣溫≥26℃且日最低氣溫≥18℃的自然日成為高溫負(fù)荷日，本文主要研究高溫負(fù)荷日的負(fù)荷與氣溫的關(guān)系。

圖1 2012年最高負(fù)荷與氣溫的關(guān)系

圖2 2013年最高負(fù)荷與氣溫的關(guān)系

圖3 2014年最高負(fù)荷與氣溫的關(guān)系

1.3 模型建立

在上述對(duì) 2012—2014年最高負(fù)荷與氣溫關(guān)系的散點(diǎn)圖的分析基礎(chǔ)上，為了合理表征負(fù)荷與氣溫的關(guān)系，引入了負(fù)荷-最高氣溫梯度和負(fù)荷-最低氣溫梯度，并據(jù)此可建立高溫負(fù)荷日的負(fù)荷與氣溫模型[9-12]：

式中，P為日最高負(fù)荷；PB為非氣溫敏感性負(fù)荷；dH為負(fù)荷-最高氣溫梯度；TH為日最高氣溫；dL為負(fù)荷-最低氣溫梯度；TL為日最低氣溫；Px為隨機(jī)負(fù)荷。

由于隨機(jī)負(fù)荷比較復(fù)雜，對(duì)總負(fù)荷的影響較小，若忽略不計(jì)，可將模型進(jìn)一步簡(jiǎn)化為

式中，P為日最高負(fù)荷；PB為非氣溫敏感性負(fù)荷；dH為負(fù)荷-最高氣溫梯度；TH為日最高氣溫；dL為負(fù)荷-最低氣溫梯度；TL為日最低氣溫。

1.4 參數(shù)識(shí)別

以上所建立模型為二元線性模型，可利用2012—2014年三年負(fù)荷與氣溫的關(guān)系散點(diǎn)圖中正增長(zhǎng)部分?jǐn)?shù)據(jù)，并采用最小二乘法對(duì)此模型中的3個(gè)參數(shù)：PB、dH和dL進(jìn)行識(shí)別。

1）估計(jì)多元線性回歸模型參數(shù)β[13]

多元線性模型通俗表達(dá)式為

為了表達(dá)方便，也可以把多元線性回歸模型寫成矩陣形式，即

其中，

作離差平方和

2）識(shí)別本模型中參數(shù)

本模型為二元線性回歸模型，采用上述估計(jì)多元線性回歸模型參數(shù)β 的方法，即令n=1，p=2，并利用 2012—2014年負(fù)荷與氣溫的關(guān)系散點(diǎn)圖中正增長(zhǎng)部分?jǐn)?shù)據(jù)，可得2012—2014年的模型參數(shù)值見表1。

表1 2012—2014年高溫負(fù)荷日的負(fù)荷模型參數(shù)表

因此，2012—2014年深圳正增長(zhǎng)負(fù)荷與氣溫的關(guān)系模型為

由式（8）可知，在2012—2014年期間的高溫負(fù)荷日，氣溫每升高 1℃，負(fù)荷增長(zhǎng) 216.36～242.42MW，最低氣溫每升高1℃，負(fù)荷增長(zhǎng)265.07～367.26MW。

1.5 擬合相關(guān)系數(shù)

本文在分析負(fù)荷與氣溫的關(guān)系時(shí)，采用相關(guān)系數(shù)定量衡量?jī)烧咧g的回歸擬合程度。利用式（9）求得各個(gè)模型擬合的相關(guān)系數(shù)，即

采用式（9），可求得上述數(shù)學(xué)模型的相關(guān)系數(shù)，見表2。

表2 2012—2014年相關(guān)系數(shù)結(jié)果

1.6 制冷負(fù)荷

深圳市位于廣東省南部沿海，在亞熱帶季風(fēng)氣候下，夏季高溫且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，故夏季時(shí)制冷負(fù)荷占很大比例。但負(fù)荷控制系統(tǒng)一般都沒(méi)有為用戶的制冷負(fù)荷專門安裝表計(jì)，更沒(méi)有直接記錄制冷負(fù)荷數(shù)據(jù)，因此只能根據(jù)電網(wǎng)整體負(fù)荷變化的規(guī)律來(lái)估算制冷負(fù)荷的大小，目前常用的方法之一是利用夏季最大負(fù)荷曲線與非敏感性負(fù)荷的差值來(lái)估算制冷負(fù)荷的大小。根據(jù)這種方法，可以推算出最近幾年的年最大制冷負(fù)荷數(shù)據(jù)，即為深圳年最大負(fù)荷與非氣溫敏感性負(fù)荷的差值：

式中，PL為最大制冷負(fù)荷；PMAX為深圳年最大負(fù)荷；為非氣溫敏感性負(fù)荷。

分析計(jì)算見表2和表3，可見，2012—2014年深圳年最大降溫負(fù)荷占負(fù)荷比例在35%左右。

表3 2012—2014年深圳最大降溫負(fù)荷/MW

2 結(jié)論

1）通過(guò)對(duì)2012—2014年的數(shù)據(jù)分析可知，在高溫負(fù)荷日期間，日最高負(fù)荷對(duì)氣溫變化較為敏感；非高溫負(fù)荷日時(shí)，氣溫對(duì)日最高負(fù)荷則無(wú)顯著影響。

2）在高溫負(fù)荷日，日最高負(fù)荷同時(shí)受日最高氣溫和日最低氣溫的影響，負(fù)荷增量為兩者變化造成的負(fù)荷增量的疊加：高溫負(fù)荷日的日最低氣溫不變，日最高氣溫每增長(zhǎng)1℃，日最高負(fù)荷增長(zhǎng)約242MW；高溫負(fù)荷日的日最高氣溫不變，日最低氣溫每增長(zhǎng)1℃，日最高負(fù)荷增長(zhǎng)約367MW。

3）深圳2012—2014年最大降溫負(fù)荷約占比例35%左右。

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Research on Relationship between Load of Shenzhen Grid and Temperature

Li Zhipeng
(Shenzhen Power Supply Bureau Corporation,Shenzhen,Guangdong 518000)

Togetthe power load characteristics of Shenzhen,this paper analyze comprehensively the relationship between the maximum daily load and temperature in Shenzhen from 2012 to 2014.By introduction of load-maximum temperature gradient and load-minimum temperature gradient,we establish the relation model between the maximum daily load and the maximum daily temperature,minimum daily temperature,and prove its effectiveness by the correlation coefficient.Based this,we obtain the law of the maximum daily load influenced by temperature,which has important significance to improve the accuracy of load forecasting and guide the operation and planning of power grid.Thenby calculation,this paper also get the ratio of Shenzhen annual maximum cooling load,which can reach about 35%.It plays an important part in the summer load of Shenzhen.

shenzhen;high temperature day;power load;temperature;cooling load

李植鵬（1988-），男，廣東汕頭人，碩士研究生，主要從事直流輸電與電網(wǎng)規(guī)劃方面的研究工作。