需求側(cè)氣象敏感用電量特征分析

陳 健，金 楊，葉延君，簡 單

（蘭溪市氣象局，浙江 蘭溪 321100）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提髙，浙江省用電需求也逐漸增大，供用電矛盾更加緊張，已成為浙江省經(jīng)濟(jì)發(fā)展首位制約因素[1]。 近年來眾多學(xué)者研究結(jié)果表明各地氣象條件的變化與用電需求的關(guān)系越來越明顯[2-11]，其中盧珊等[7]指出電力負(fù)荷在季節(jié)和日尺度上與氣溫的關(guān)系十分顯著；陳海燕等[9]通過開展浙江盛夏降溫用電負(fù)荷評估模型研究指出：浙江盛夏降溫耗能（降溫度日數(shù)）年際波動大，浙北區(qū)降溫度日數(shù)略呈下降趨勢，浙西南區(qū)呈明顯下降趨勢，而浙沿海區(qū)則呈明顯上升趨勢；盛瓊等[10]指出湖州市不同月份不同氣象因子對用電量及最大用電負(fù)荷的影響各有不同；胡元等[11]指出溫州市日用電量與氣溫、天氣狀況、相對濕度等具有一定的相關(guān)性。為了規(guī)范的開展用電需求氣象條件等級預(yù)測和評價，中國氣象局頒布了中華人民共和國氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即QX/T 97-2008《用電需求氣象條件等級》[12]。 目前蘭溪市對用電需求氣象條件分析暫未開展，因此為更好地開展用電需求側(cè)氣象服務(wù)和評價，并對氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行本地化釋用，本文利用蘭溪市相關(guān)氣象資料，結(jié)合該氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提出的氣象敏感用電量條件指數(shù)統(tǒng)計方法，計算蘭溪市國家氣象站逐日氣象敏感用電量條件指數(shù)，在此基礎(chǔ)上，采用Morlet 小波分析和Mann-Kendall 突變檢驗等方法[13]，對蘭溪市各等級氣象敏感用電量日數(shù)進(jìn)行氣候特征分析。 對蘭溪市用電需求側(cè)氣象敏感用電量等級預(yù)測和電力調(diào)度提供依據(jù)，更好的開展用電需求側(cè)氣象服務(wù)和評價。

1 方法介紹

MSPI（氣象敏感用電量條件指數(shù)）是指與氣象敏感用電量相關(guān)的主要?dú)庀笠丶捌渚C合條件指數(shù)。 選取日平均氣溫T、日平均相對濕度U、日平均風(fēng)速V、日最高氣溫Tmax、日最低氣溫Tmin等5 項氣象因子為日氣象敏感用電量條件指數(shù)等級的影響因子，氣象敏感用電量條件指數(shù)的不同變化范圍對應(yīng)不同級別的用電量。

MSPI 計算公式如下：

氣象敏感用電量條件指數(shù)等級分為4 個等級（1 級—4 級），每一級的名稱、強(qiáng)度解釋、氣象敏感用電量條件指數(shù)范圍見表1。

2 蘭溪市氣象敏感用電量日數(shù)氣候特征分析

分析蘭溪市1960—2017 年歷年各級氣象敏感用電量日數(shù)及年平均各月不同級別氣象敏感用電量日數(shù)。 由圖1 可以看出，蘭溪市1 級低氣象敏感用電量日數(shù)在150～210 天之間，總體呈增加趨勢；2 級較高氣象敏感用電量日數(shù)在90～160天之間，總體呈減少趨勢；3 級高氣象敏感用電量日數(shù)普遍在30～60 天之間，總體呈略微減少趨勢；4 級尖峰氣象敏感用電量日數(shù)大都在30 天以下，總體呈平穩(wěn)趨勢，個別年份沒有出現(xiàn)，但近年來有上升趨勢。 從歷年各級氣象敏感用電量日數(shù)變化趨勢可以看出，氣候變化總體對低敏感用電量日數(shù)的增加有利，但是隨著全球氣候變暖，近年來極端天氣的增加，影響了最高敏感用電量日數(shù)的增加。

圖1 蘭溪市各級氣象敏感用電量日數(shù)

由表2 可以看出，蘭溪市1 級低氣象敏感用電量日數(shù)較多的月份主要集中在3—6 月和9—11月，其中日數(shù)最多的出現(xiàn)在10 月，達(dá)29.8 天，4月次之，達(dá)28.5 天；2 級較高氣象敏感用電量日數(shù)較多的月份主要集中在1 月、2 月、12 月，均在20 天以上，其中日數(shù)最多的出現(xiàn)1 月，達(dá)27.3天；3 級高氣象敏感用電量日數(shù)較多的月份主要集中在7 月、8 月，均為15.9 天，6 月、9 月次之，分別為4.6 天和4.0 天；4 級尖峰氣象敏感用電量日數(shù)主要出現(xiàn)在7 月、8 月，分別為7.3 天和4.1 天，1—5 月和10—12 月4 級尖峰氣象敏感用電量日數(shù)均為0 天。 冬季（12 月、1 月、2 月）以2 級較高氣象敏感用電量日數(shù)為主，達(dá)70 天，占冬季日數(shù)的77.8%，說明冬季屬于較高氣象敏感用電量季節(jié)；春季（3—5 月）以1 級低氣象敏感用電量日數(shù)為主，達(dá)74.3 天，占春季日數(shù)的80.8%，說明春季屬于低氣象敏感用電量季節(jié)；夏季（6—8月）以3 級高氣象敏感用電量以上日數(shù)為主，達(dá)48.4 天，占夏季日數(shù)的52.6%，說明夏季屬于高氣象敏感用電量季節(jié)；秋季（9—11 月）以1 級低氣象敏感用電量日數(shù)為主，達(dá)72.3 天，占秋季日數(shù)的79.5%，說明秋季屬于低氣象敏感用電量季節(jié)。 其中4—5 月、10—11 月1 級低氣象敏感用電量日數(shù)均在25 天以上，且無4 級尖峰氣象敏感用電量日數(shù)出現(xiàn)，說明4—5 月、10—11 月屬于低氣象敏感用電量月份；7—8 月3 級高氣象敏感用電量以上日數(shù)均在20 天以上，說明7—8 月屬于高氣象敏感用電量月份。

表1 氣象敏感用電量條件指數(shù)等級的劃分

3 蘭溪市氣象敏感用電量日數(shù)的突變檢驗

由圖2（a）可見，自1972—2017 年，2 級較高氣象敏感用電量以下日數(shù)有一明顯的增加趨勢。1998 年后這種增加趨勢已穩(wěn)定超過顯著性水平0.05 臨界線。 根據(jù)UF（標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布）和UB（逆時間序列的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布）曲線交點(diǎn)的位置，確定2 級較高氣象敏感用電量以下日數(shù)在1972 年的增加是一突變現(xiàn)象。 在3 級高氣象敏感用電量以上日數(shù)的Mann-Kendall 檢驗曲線圖2（b）上，自1972—2017 年3 級高氣象敏感用電量以上日數(shù)有減少的趨勢。 2001 年后這種減少趨勢在顯著性水平0.05 臨界線徘徊，由其UB 與UF 曲線交點(diǎn)的位置，斷定減少在1972 年后發(fā)生了突變。 比較2級較高氣象敏感用電量以下日數(shù)增加趨勢和3 級高氣象敏感用電量以上日數(shù)減少趨勢，兩者均在1972 年后發(fā)生突變，2 級較高氣象敏感用電量以下日數(shù)增加趨勢更為顯著。

由圖2（c）可見，自1992—2017 年，1 級低氣象敏感用電量日數(shù)有一明顯的增加趨勢。 1999 年后這種增加趨勢已超過顯著性水平0.05 臨界線，2016 年甚至達(dá)到0.01 顯著性水平，表明1 級低氣象敏感用電量日數(shù)的增加趨勢明顯。 根據(jù)UF和UB 曲線交點(diǎn)的位置，確定1 級低氣象敏感用電量日數(shù)在1992 年的增加是一突變現(xiàn)象。

在4 級尖峰氣象敏感用電量日數(shù)的Mann-Kendall 檢驗曲線見圖2（d）上，自1962—2016 年4 級尖峰氣象敏感用電量日數(shù)有不顯著的減少趨勢，由上文分析得出4 級尖峰氣象敏感用電量日數(shù)主要出現(xiàn)在7 月、8 月，這與陳海燕等[8]研究浙江盛夏降溫用電負(fù)荷在浙西南區(qū)呈明顯下降趨勢的結(jié)論吻合。 由其UB 與UF 曲線交點(diǎn)的位置，斷定減少在2016 年后發(fā)生了扭轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)變成增加趨勢，這一點(diǎn)值得關(guān)注。 比較1 級低氣象敏感用電量日數(shù)和4 級尖峰氣象敏感用電量日數(shù)的變化趨勢，1 級低氣象敏感用電量日數(shù)的增加趨勢更為顯著。

表2 蘭溪市年平均各月不同級別氣象敏感用電量日數(shù)

圖2 1960—2017 年蘭溪市氣象敏感用電量日數(shù)Mann-Kendall 檢驗曲線

4 蘭溪市氣象敏感用電量日數(shù)小波分析

分析1960—2017 年期間蘭溪市氣象敏感用電量日數(shù)小波系數(shù)實(shí)部和小波方差圖（見圖3），通過morlet 小波分析可以將日數(shù)的顯著周期及其變量定量化。 在整個分析時段2 級較高氣象敏感用電量以下日數(shù)和3 級高氣象敏感用電量以上日數(shù)有8 年左右的顯著振蕩周期。 1 級低氣象敏感用電量日數(shù)存在12 年左右的顯著振蕩周期，2級較高氣象敏感用電量日數(shù)存在13 年左右的顯著振蕩周期，3 級高氣象敏感用電量日數(shù)存在7年左右的顯著振蕩周期，4 級尖峰氣象敏感用電量日數(shù)存在12～13 年左右的顯著振蕩周期。 總結(jié)得出1 級低氣象敏感用電量日數(shù)和2 級較高氣象敏感用電量日數(shù)變化趨勢的是具有較強(qiáng)一致性的，2 級較高氣象敏感用電量以下日數(shù)和3 級高氣象敏感用電量以上日數(shù)變化有較強(qiáng)的耦合性，1 級低氣象敏感用電量日數(shù)、2 級較高氣象敏感用電量日數(shù)變化和4 級尖峰氣象敏感用電量日數(shù)變化有較強(qiáng)的耦合性。

5 結(jié)論

本文計算了蘭溪市1960—2017 年各級氣象敏感用電量日數(shù)，分析了各級氣象敏感用電量日數(shù)的年際變化及年平均各月不同級別氣象敏感用電量日數(shù)特征，結(jié)果表明：

（1）蘭溪市氣象敏感用電量日數(shù)1 級最多，總體呈增加趨勢；2 級次之，總體呈減少趨勢；3 級第三多，總體呈略微減少趨勢；4 級最少，總體呈平穩(wěn)趨勢。 其中4 級尖峰氣象敏感用電量日數(shù)大都在30 天以下，個別年份沒有出現(xiàn)，主要出現(xiàn)在7 月、8 月，但近年來有上升趨勢。

圖3 蘭溪市氣象敏感用電量日數(shù)小波分析

（2）春季、秋季屬于低氣象敏感用電量季節(jié)，冬季屬于較高氣象敏感用電量季節(jié)，夏季屬于高氣象敏感用電量季節(jié)，其中4—5 月、10—11 月1級低氣象敏感用電量日數(shù)均在25 天以上，且無4 級尖峰氣象敏感用電量日數(shù)出現(xiàn)，說明4—5月、10—11 月屬于低氣象敏感用電量月份；7—8 月3級高氣象敏感用電量日數(shù)均在20 天以上，說明7—8 月屬于高氣象敏感用電量月份。

（3）2 級較高氣象敏感用電量以下日數(shù)呈增加趨勢，3 級高氣象敏感用電量以上日數(shù)呈減少趨勢，兩者均在1972 年后發(fā)生突變，2 級較高氣象敏感用電量以下日數(shù)增加趨勢更為顯著，其中1級低氣象敏感用電量日數(shù)在1992 年的增加是一突變現(xiàn)象且增加趨勢明顯，4 級尖峰氣象敏感用電量日數(shù)的減少現(xiàn)象在2016 年后發(fā)生了扭轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)變成增加趨勢，這一點(diǎn)值得關(guān)注。

（4）1 級低氣象敏感用電量日數(shù)和2 級較高氣象敏感用電量日數(shù)變化趨勢的是具有較強(qiáng)一致性的，2 級較高氣象敏感用電量以下日數(shù)和3 級高氣象敏感用電量以上日數(shù)變化有較強(qiáng)的耦合性，1 級低氣象敏感用電量日數(shù)、2 級較高氣象敏感用電量日數(shù)變化和4 級尖峰氣象敏感用電量日數(shù)變化有較強(qiáng)的耦合性。