基于S曲線的用戶負荷增長特征研究

李帆 黃河 樊麗君 胡彩紅

1.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司常州供電分公司； 2.北京成和能源咨詢有限公司

一、引言

近年來，我國經(jīng)濟正處于轉型升級的特殊階段，經(jīng)濟增長規(guī)律發(fā)生了很大的變化,從而也引起電力電量增長規(guī)律發(fā)生了較大變化。尤其是近期國內(nèi)外新冠疫情常態(tài)化、中美貿(mào)易摩擦持續(xù)深化，更是影響深遠。電力電量和負荷特性預測工作關系到電力系統(tǒng)調(diào)度運行、生產(chǎn)經(jīng)營計劃制定和電網(wǎng)規(guī)劃編制，準確的電力電量和負荷特性預測結果能夠規(guī)避電網(wǎng)規(guī)劃和運行風險，提高用戶供電可靠性，降低電網(wǎng)無效投資，有助于提高系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和電網(wǎng)投資效益。

文1采用用戶畫像技術，基于用戶負荷水平、用戶日常用電行為、用戶多元互動能力等因素，構建多個維度用戶特征的園區(qū)用戶三級標簽體系，并以此構建了園區(qū)用戶成熟度評價模型，分別從負荷水平、用電行為、互動能力三個維度對用戶的用電特性進行評價，以便快速直觀掌握電力用戶的負荷行為模式以及電量需求規(guī)律。文2以電網(wǎng)供需互動為目標,基于非入戶終端的細粒度用電行為量測數(shù)據(jù)及營銷系統(tǒng)的網(wǎng)絡行為統(tǒng)計數(shù)據(jù),開展居民用戶畫像方法研究，從用戶行為、用電特性、消費習慣三大維度建立用戶多源特征標簽體系,并提出各個特征標簽的萃取方法，進行電力客戶總體調(diào)控簇別分析,并對居民用戶進行綜合畫像及可視化呈現(xiàn)。上述研究未充分考慮地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展特點，不能有效預測用戶各階段的用電特征變化趨勢。

本文結合江蘇常州地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展特點和用戶行業(yè)屬性，構建基于S曲線的用戶負荷增長特征模型，通過歷史數(shù)據(jù)回歸分析，得到用戶負荷特征參數(shù)演變規(guī)律，進而預測未來典型用戶的用電特征行為，案例研究表明所提方法的合理性。

二、預測模型

為量化分析用戶的負荷特性，構建S型曲線反映不同用戶各成長階段的負荷增速，模型公式如下：

首先，通過對用戶歷年負荷曲線進行S型曲線模型擬合，計算所得的模型參數(shù)可以從負荷起步的速度、進入飽和的速度、飽和的水平三個方面來表征用戶負荷增長特征。參數(shù)a用來表征用戶停留在緩慢增長階段的時間長短，a越大，停留在緩慢增長階段的時間越長。k表示達到飽和時的水平。參數(shù)b表征用戶停留在快速增長期的時間，反應了進入飽和狀態(tài)的速度。

其次，結合用戶所在行業(yè)發(fā)展趨勢，以及S型曲線中的k、a、b等參數(shù)的變化規(guī)律，預測未來典型用戶的用電負荷曲線成長規(guī)律。

三、案例分析

國網(wǎng)江蘇公司以國家統(tǒng)計局新頒行的《國民經(jīng)濟行業(yè)用電分類》為依據(jù)，構建2017國民經(jīng)濟行業(yè)用電分類標準編碼，對江蘇省國民經(jīng)濟行業(yè)用電分類進行了梳理，將其分為一級行業(yè)（大行業(yè)）、二級行業(yè)（分行業(yè)）和三級行業(yè)（行業(yè)）三類，其中大行業(yè) 12 個，分行業(yè) 72個，行業(yè) 640 個。其中，制造業(yè)種類最多，包含31個分行業(yè)和293個行業(yè)，占比46%。

2019年常州全市經(jīng)濟運行總體平穩(wěn)，發(fā)展質(zhì)效持續(xù)提升，高質(zhì)量發(fā)展取得積極成效，全市實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）7400.9億元，按可比價計算增長6.8%，增速高出江蘇省平均水平0.7個百分點。全市全社會用電量為505.85億千瓦時，同比增長3.29%，其中一、二、三產(chǎn)用電量分別為2.66、387.71、64.65億千瓦時。未來5年江蘇經(jīng)濟增加值增速將略低于全國平均水平，電力需求增速放緩，用電負荷也將呈現(xiàn)與工業(yè)化中期顯著不同的特性。

選擇常州地區(qū)典型寄宿制中學，應用上述模型研究其負荷特性。數(shù)值分析表明，寄宿制中學負荷緩慢增長階段的時間長度約為1-2年，快速增長階段的時間長度約為1-2年，通常3-4年左右達到飽和階段。飽和階段的負荷特征是，春秋季日最小負荷率約為25%，平均負荷率約為0.62；夏季和冬季日最小負荷率約為45%，平均負荷率約為0.71。

四、結論

我國經(jīng)濟正處于轉型升級的特殊階段，經(jīng)濟增長規(guī)律發(fā)生了很大的變化,從而也引起電力負荷特性發(fā)生較大變化。用戶供電服務質(zhì)量和可靠性水平要求不斷提高、電網(wǎng)公司降本增效的內(nèi)在壓力也客觀要求深刻把握用戶負荷特性規(guī)律。本文結合江蘇常州地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展特點和用戶行業(yè)屬性，構建基于S曲線的用戶負荷增長特征模型，通過歷史數(shù)據(jù)回歸分析，得到用戶負荷特征參數(shù)演變規(guī)律，進而預測未來典型用戶的用電特征行為。常州地區(qū)典型寄宿制中學用電負荷通常3-4年左右達到飽和階段，春秋季日最小負荷率約為25%，平均負荷率約為0.62；夏季和冬季日最小負荷率約為45%，平均負荷率約為0.71。案例研究表明所提方法的合理性。