基于歷史數(shù)據(jù)的茶季負(fù)荷特性分析

汪柏勝，胡海琴，黃守華，汪德義，李 閱

（國網(wǎng)黃山供電公司，安徽 黃山 245000）

0 引言

茶季期間的供電負(fù)荷也成為某區(qū)電網(wǎng)一大特點(diǎn)。2019 年茶季負(fù)荷相對于去年滯后10 d 左右， 從4 月初開始，漸入高峰，在4 月25 日達(dá)到最大429.94 MW，5 月份逐步退出。 對比往年，茶季均在4 月份左右，茶季負(fù)荷最高峰未曾偏離4 月份。 從負(fù)荷總體情況看，茶季負(fù)荷對整個(gè)電網(wǎng)影響不大，但茶區(qū)一般較為集中，且白天采茶晚上制茶，用電負(fù)荷會在特定時(shí)間呈陡增性增長， 對局部電網(wǎng)設(shè)備和電能質(zhì)量造成較大影響［1］。 隨著近幾年電網(wǎng)基建項(xiàng)目建設(shè)，主網(wǎng)上應(yīng)對茶季負(fù)荷的能力提升較大， 如主供茶區(qū)的變電站擴(kuò)建主變，串供線路斷開后分別接入變電站。但隨著負(fù)荷的逐年增加，一些新問題也逐漸暴露。本文針對新的問題，通過茶季負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，得出該地區(qū)特有的茶季負(fù)荷特性。

1 茶季期間電網(wǎng)總體負(fù)荷情況

根據(jù)收集到的2014—2019 年的最大日負(fù)荷數(shù)據(jù)，繪制某區(qū)電網(wǎng)歷年最大日負(fù)荷曲線，如圖1 所示。從圖1 看出，該電網(wǎng)總體負(fù)荷曲線如駝峰形，呈現(xiàn)“兩谷兩峰”變化趨勢，即冬季、夏季呈高峰負(fù)荷，春季、秋季呈低谷負(fù)荷。對2014—2018 年負(fù)荷進(jìn)行平均，得每年的平均最大日負(fù)荷分別為327.45 MW、359.89 MW、411.13 MW、421.01 MW、502.71 MW， 最大日負(fù)荷平均年增長43.82 MW，增長率為11.49%。

依照茶葉生長規(guī)律， 茶季一般出現(xiàn)在每年的4月份前后，如圖1 所示。從圖1 的整體負(fù)荷曲線，很難發(fā)現(xiàn)茶季負(fù)荷的突出影響。統(tǒng)計(jì)計(jì)算2014—2019 年茶季期間（4 月份）平均最大日負(fù)荷分別為291.49 MW、315.95 MW、339.27 MW、367.72 MW、395.64 MW、425.98 MW， 每年的茶季最大日負(fù)荷是逐年增長的，茶季日負(fù)荷平均年增長26.90 MW，增長率為7.88%，可以看出， 茶季期間的整體負(fù)荷增長低于全年平均增長。

圖1 某區(qū)電網(wǎng)2014—2019 年歷年最大日負(fù)荷曲線

茶季期間，天氣漸暖，冬季的取暖負(fù)荷已逐漸退出，而夏季的制冷負(fù)荷也還未開啟。 因此，茶季負(fù)荷在此段時(shí)期來臨，此漲彼消，造成茶季期間總體負(fù)荷低于冬季、夏季時(shí)段總體負(fù)荷，因此對該電網(wǎng)的整體負(fù)荷影響并不突出，這是茶季負(fù)荷的一大特點(diǎn)。

雖然從電網(wǎng)總體負(fù)荷情況來看， 茶季負(fù)荷對電網(wǎng)影響表面并不明顯， 但并不表示它對電網(wǎng)的影響不嚴(yán)重。 相反，在下面的分析研究表明，茶季負(fù)荷在局部電網(wǎng)會出現(xiàn)陡增陡減特性， 對局部電網(wǎng)造成深遠(yuǎn)影響。

2 茶季期間局部電網(wǎng)負(fù)荷情況

茶季負(fù)荷并不均勻分布在全網(wǎng)， 而主要分布在幾片供區(qū)或幾條線路上。

從多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在茶季期間，茶區(qū)供給負(fù)荷出現(xiàn)陡增陡減的規(guī)律性變化，持續(xù)時(shí)間較短，沖擊性較大，對局部電網(wǎng)造成較大影響。下面以供茶區(qū)10 kV 供茶線路117 線的茶季負(fù)荷特性進(jìn)行分析，討論茶季負(fù)荷對局部設(shè)備的影響。

2.1 茶季負(fù)荷影響

作為產(chǎn)茶大縣，當(dāng)?shù)刂饕月糜?、農(nóng)業(yè)為主，工業(yè)負(fù)荷較少，整體負(fù)荷基數(shù)較低。 因此，茶季負(fù)荷占比較大，對該區(qū)域的總體負(fù)荷影響較大。如圖2 所示某區(qū)域2014—2019 年最大日負(fù)荷情況圖可以看出，茶季負(fù)荷突增突減非常迅猛， 持續(xù)時(shí)間僅一個(gè)月左右。茶季最高負(fù)荷已經(jīng)超過夏季期間的最高負(fù)荷，且持續(xù)時(shí)間比夏季持續(xù)時(shí)間短 （夏季高峰負(fù)荷持續(xù)在二個(gè)月左右），沖擊力更大，對電網(wǎng)的破壞性更強(qiáng)。

2014—2019 年該區(qū)域茶季期間（4 月份）平均最大日負(fù)荷分別為 30.10 MW、37.85 MW、39.86 MW、45.18MW、56.25MW、64.66MW，平均年增長26.98 MW，年平均增長率為27.06%，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過總體年增長率。說明茶季負(fù)荷在總體負(fù)荷上不凸顯，但在局部電網(wǎng)上沖擊超過夏季負(fù)荷。

對比圖1 與圖2 可以發(fā)現(xiàn)截然相反的結(jié)果：在總體負(fù)荷中，茶季負(fù)荷遠(yuǎn)低于夏（冬）季負(fù)荷，負(fù)荷變化程度較為平緩， 茶季日負(fù)荷平均年增長率比全年日負(fù)荷平均年增長率低近4 個(gè)百分點(diǎn)； 但在局部電網(wǎng)中，茶季負(fù)荷高于夏（冬）季負(fù)荷，負(fù)荷變化程度更為迅猛，沖擊性大，且茶季日負(fù)荷平均年增長率比全年日負(fù)荷平均年增長率高近2 倍以上。

圖2 茶區(qū)2014—2019 年歷年最大日負(fù)荷曲線

該區(qū)域大部分負(fù)荷由某變電站承擔(dān)， 且供給核心產(chǎn)茶區(qū)，因此某變電站受茶季負(fù)荷影響較大。根據(jù)采茶制茶規(guī)律，茶農(nóng)白天上山采茶，晚上進(jìn)行烘調(diào)制作，制茶用電負(fù)荷一般集中在中午至晚上。圖3 為4 月30 日（茶季期間）的最大日負(fù)荷曲線，可以看出茶季期間高峰負(fù)荷集中在 16∶00—21∶00，21∶00 之后陸續(xù)停止制茶，高峰負(fù)荷急劇下降。對比該站在5 月14 日（非茶季期間）的最大日負(fù)荷曲線，因制茶負(fù)荷的退出，供電負(fù)荷降幅較大，且非茶季期間，晚上負(fù)荷也并不高于白天負(fù)荷。 茶季期間和非茶季期間出現(xiàn)相反的日負(fù)荷特性：茶季期間，日負(fù)荷白低夜高；非茶季期間，白高夜低。

該變電站上網(wǎng)的水電較多， 機(jī)組發(fā)電一般安排在凌晨，供電負(fù)荷在 00∶00—06∶00 陡然減小。 由高峰負(fù)荷降至低谷負(fù)荷，日負(fù)荷波動在20～30 MVA。較大的負(fù)荷波動造成了電壓波動增大， 電壓調(diào)節(jié)較為困難，經(jīng)常出現(xiàn)電壓質(zhì)量不合格情況。 這是茶季期間，茶季負(fù)荷和水電發(fā)電雙重作用對局部電網(wǎng)造成的又一重要影響。

圖3 某變電站 2019 年 4 月 30 日和 5 月 14 日最大日負(fù)荷曲線

2.2 10 kV某117線茶季負(fù)荷影響

10 kV 某 117 線是典型茶季線路。 圖 4 為2016—2019 年該117 線歷年最大日負(fù)荷曲線圖。 從圖中看出，該117 線平時(shí)負(fù)荷不超過1 MW，且較為平穩(wěn)，夏（冬）季負(fù)荷也基本沒有變化，但在茶季期間負(fù)荷突增，最高達(dá)6 MW，在兩三天時(shí)間內(nèi)負(fù)荷增長近6 倍，負(fù)荷增長勢頭迅猛。 從2016—2019 年最大日負(fù)荷分別為 3.00 MW、3.83 MW、4.57 MW、6.04 MW，平均增長1.01 MW，增長率26.38%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全年總體平均增長率。 按照此增長率，2020 年茶季期間，該117 線負(fù)荷達(dá)到7.6 MW，線路將過載運(yùn)行。

圖5 2016—2019 年某117 線最大日負(fù)荷曲線

圖5 為2016—2019 年某 117 線最大日無功曲線圖。 從圖中看出， 該117 線平時(shí)無功需求大約0.25 Mvar， 且較為平穩(wěn)， 但在茶季期間無功需求突增，最高達(dá)2.26 Mvar，在兩三天時(shí)間內(nèi)負(fù)荷增長近9倍，無功需求增長勢頭迅猛。 從 2016—2019 年最大 日 無 功 分 別 為 1.00 Mvar、1.49 Mvar、1.79 Mvar、2.26 Mvar，平均增長 0.42 Mvar，增長率 23.48%。茶季期間，10 kV 某117 線的無功需求較平常大很多，無功需求增長率也很高。

圖6 2016—2019 年某117 線最大日無功曲線

3 茶季負(fù)荷對某區(qū)電網(wǎng)影響

從以上分析， 茶季負(fù)荷對某區(qū)電網(wǎng)的影響主要體現(xiàn)在4 個(gè)方面。

1）從整體電網(wǎng)上看，茶季負(fù)荷僅占冬（夏）季負(fù)荷的一半，增長勢頭看起來較平緩，對該區(qū)電網(wǎng)整體影響并不突出。

2）從局部電網(wǎng)上看，因茶季期間用電茶區(qū)和用電時(shí)間集中， 造成局部電網(wǎng)茶季負(fù)荷出現(xiàn)陡增陡減變化，負(fù)荷來去較快，對局部電網(wǎng)沖擊性較大。

3）隨著旅游和特色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，茶季負(fù)荷增長率高于整體增長率，尤其對于一些茶區(qū)線路，其負(fù)荷增長率高于整體增長率。

4）局部電網(wǎng)在非茶季期間無功能供給平衡或無功需求較小，但茶季期間無功需求大增，造成農(nóng)網(wǎng)末端電壓較低，且無功需求年增長率較高。

4 針對茶季期間的影響采取的措施

針對某區(qū)電網(wǎng)茶季負(fù)荷特性， 采取了有效措施降低茶季負(fù)荷對電網(wǎng)的影響。

1）在茶季來臨前，及時(shí)調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行方式，主動應(yīng)對茶季負(fù)荷對局部電網(wǎng)造成的影響， 如將負(fù)荷轉(zhuǎn)移，改變串供的局面，雖然犧牲了電壓指標(biāo)，但保證了電網(wǎng)的供電安全。

2）加強(qiáng)電壓監(jiān)控，在制茶高峰期間，調(diào)整35 kV母線電壓，適當(dāng)調(diào)整并投入電容器無功補(bǔ)償容量，以保證變電站內(nèi)10 kV 母線電壓處在10.5～10.7 kV。同時(shí)將線路電容器、配變電容器投入，盡可能減少低電壓情況發(fā)生，取得一定成效。

3） 配電運(yùn)檢室以及各區(qū)縣公司在茶季前期，對容量不足的茶區(qū)臺區(qū)進(jìn)行增容和改造工作。 茶季供電茶區(qū)線路的配變電容器及分接頭需要納入設(shè)備主人管理范圍，開展茶季臺區(qū)配變檢查，重點(diǎn)是檢查配變?nèi)萘?、配變檔位，確保設(shè)備完好，容量滿足需求。

4）調(diào)控中心合理安排水電機(jī)組發(fā)電時(shí)間，如將水電發(fā)電時(shí)段由 00∶00—07∶00 調(diào)整至 18∶00—24∶00，一方面水電機(jī)組頂峰茶季負(fù)荷， 減輕局部電網(wǎng)承受沖擊負(fù)荷壓力； 另一方面避免出現(xiàn)水電機(jī)組發(fā)電和茶季高峰負(fù)荷的交替，部分變電站負(fù)荷落差較大，造成電壓波動超出合格范圍。

5）重點(diǎn)關(guān)注平時(shí)負(fù)荷較輕、但茶季期間負(fù)荷會突增的變電站， 在基建工程改造中充分考慮茶季的影響。 如在茶季前基建擴(kuò)容，有效避免重載。

6）關(guān)注平時(shí)無功需求較少、但茶季期間無功需求突增的變電站，建議在當(dāng)?shù)卦鲈O(shè)電容補(bǔ)償裝置，實(shí)現(xiàn)就地平衡。對無功需求過大的茶季供電線路，在負(fù)荷增長前及時(shí)投入配變的無功補(bǔ)償裝置， 避免低電壓。 茶季結(jié)束后，及時(shí)退出，避免無功倒送。

7）重點(diǎn)關(guān)注茶季負(fù)荷較重的線路，及時(shí)預(yù)測其負(fù)荷增長率情況， 持續(xù)關(guān)注梳理主要茶季區(qū)域和線路，跟蹤其負(fù)荷、電壓等各方面變化情況。 提前做好2020 年茶季負(fù)荷預(yù)測和合理規(guī)劃。

5 結(jié)束語

本文收集某區(qū)電網(wǎng)歷年負(fù)荷特性相關(guān)數(shù)據(jù)，尤其是茶季期間的負(fù)荷、無功數(shù)據(jù)，得出茶季期間該電網(wǎng)的特性，即茶季負(fù)荷在總體負(fù)荷中表現(xiàn)不突出，但在局部電網(wǎng)中影響很大；茶季負(fù)荷持續(xù)時(shí)間較短，陡增陡減變化迅猛；茶季負(fù)荷增長率高于夏（冬）季，為增長率最高期；茶季期間日負(fù)荷異于平常，表現(xiàn)為白低夜高；茶季負(fù)荷與水電發(fā)電相互作用，加劇電壓波動；茶季期間無功需求異于平常，急劇增加。 本文在深入分析某區(qū)電網(wǎng)茶季負(fù)荷特性的基礎(chǔ)上， 制定并提出了有效措施，避免茶季負(fù)荷不利影響。