（农业电气化与自动化专业论文）企业电力负荷特性及需求侧管理技术措施的研究.pdf

、 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文企业电力负荷特性及需求侧管理 技术措施的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行 的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：日期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期 导师签名： 鹭鱼 ，j y 一 一 炱一彳了迫学 f 一 华北电力人学硕士学位论文摘要 摘要 本文从负荷特性分析出发，运用曲线法分析了某地供电公司的负荷特性，对典 型行业的负荷特性进行重点分析，并对负荷特性指标进行了分类和筛选，建立了该 地区的负荷特性指标体系。运用线性回归法对经济因子、气象因子与负荷特性进行 相关性分析，找出经济发展对负荷特性的影响以及影响负荷特性的主要因子；运用 a p f i o f i 算法对负荷特性影响因素进行关联度分析，给出了各相关因子与负荷特性的 关联度。选取有针对性的需求侧管理技术措施，运用投资回收期法进行效益评估 并采用博弈分析对其竞争力进行比较，优选出了投资回收期短、有竞争力的需求侧 管理方法。 关键词：负荷特性，需求侧管理，数据挖掘 a b s t r a c t t h i sa n a l y s i so fs t a r t i n gf r o mt h el o a dc h a r a c t e r i s t i c s ，u s i n gc u r v em e t h o da n a l y s i s o fas u p p l yo fe l e c t r i c i t yt h ec o m p a n y sl o a dc h a r a c t e r i s t i c s ，l o a dc h a r a c t e r i s t i c so fat y p i c a l i n d u s t r yh a su n d e r t a k e nam a j o ra n a l y s i s ，a n dl o a dc h a r a c t e r i s t i c so fi n d i c a t o r so ft h e c l a s s i f i c a t i o na n df i l t e r i n g , t h ee s t a b l i s h m e n to ft h el o a dc h a r a c t e r i s t i c so ft h er e g i o n si n d e x s y s t e m u s i n gl i n e a rr e g r e s s i o n o ne c o n o m i cf a c t o r s ，m e t e o r o l o g i c a lf a c t o r sa n dl o a d c h a r a c t e r i s t i c so fac o r r e l a t i o na n a l y s i st oi d e n t i f ye c o n o m i cd e v e l o p m e n to nt h ei m p a c to f 1 0 a dc h a r a c t e r i s t i c sa n di m p a c to fl o a dc h a r a c t e r i s t i c so ft h em a i nf a c t o r s ；b s ca p r i o r i a l g o r i t h mt ol o a dc h a r a c t e r i s t i c so fi n f l u e n c i n gf a c t o r sa s s o c i a t e dw i t ha n a l y s i sg i v e nt oa l l r e l e v a n tf a c t o r sa n dl o a dc h a r a c t e r i a i c so ft h ec o r r e l a t i o n s e l e c t e dt a r g e t e dd e m a n d s i d e m a n a g e m e n tm e a s u r e s ，t h eu s eo fp a y b a c kp e r i o dm e t h o do fe v a l u a t i o no ft h ee f f e c t i v e n e s s a n dt h eu s eo fg a m ea n a l y s i sw e r ec o m p a r e df o rt h e i rc o m p e t i t i v e n e s s ，g i v e nt h ei n v e s t m e n t r e c o v e r yp e r i o di ss h o r t , a n dc o m p e t i t i v ed e m a n d s i d em a n a g e m e n t l ih a ip e n g ( a g r i c u l t u r a le l e c t r i c i t ya n da u t o m a t i o n ) directed b yp r o f y a nf e n g k e yw o r d s ：l o a dc h a r a c t e r , d e m a n d s i d em a n a g e m e n t ，d a t am i n i n g l 华北电力大学硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章引言1弟一早ji 胃l 1 1 问题的提出1 1 2 电力需求侧管理( d s m ) 概述1 1 3 电力需求侧及负荷特性分析国内外研究现状2 1 4 论文研究的主要内容4 第二章负荷特性分析5 2 1 负荷特性分析基础5 2 1 1 负荷的组成5 2 1 2 电力负荷的分类6 2 1 3 电力系统负荷的特点7 2 1 4 负荷特性分析的意义9 2 1 5 负荷特性分析的方法1 0 2 1 6 主要负荷特性指标1 0 2 1 7 影响负荷特性因素的分析1 2 2 2 负荷特性分析1 3 2 2 1 最大负荷、最小负荷分析1 3 2 2 2 平均负荷分析1 3 2 2 3 峰谷差分析1 5 2 2 4 负荷率分析1 7 2 3 典型行业分析1 9 2 3 1 典型行业负荷分析1 9 2 3 2 典型行业负荷特性分析总结2 2 2 4 负荷特性指标的选取2 3 2 4 1 负荷指标的筛选2 3 2 4 2 负荷特性指标分类2 4 2 5 小结2 4 第三章关联规则算法在相关性分析中的应用2 5 3 1 相关因素分析2 5 j 华北电力大学硕士学位论文目录 3 1 1 经济发展水平对负荷特性的影响2 5 3 1 2 经济结构变化对负荷特性的影响2 6 3 1 3 收入水平对负荷特性的影响2 7 3 1 4 温度因素对负荷特性的影响2 8 3 2 关联规则挖掘算法介绍2 9 3 3 运用a p r i o r i 算法进行关联度分析2 9 3 4 小结3 2 第四章需求侧管理技术措施分析3 4 4 1 需求侧管理效益评估的分析方法3 4 4 1 1 静态投资回收期法3 4 4 1 2 动态投资回收期法3 4 4 1 3 需求侧管理方法的博弈分析3 5 4 2 高效用电设备应用分析3 7 4 3 热存储技术应用分析4 1 4 3 1 空调蓄冷技术的经济分析4 1 4 3 2 电热水器蓄热技术的经济分析4 2 4 4 小结4 3 第五章结论4 4 参考文献4 5 致谢4 7 附录4 8 在学期间发表的学术论文和参加科研情况5 0 l 一 1 华北电力大学硕士学位论文 1 1 问题的提出 第一章引言 近年来，随着我国经济的高速发展，能源问题日益突出。电力的发 会对电力的需求，直接制约着国民经济和社会的发展。2 0 0 3 年出现了全 电力短缺现象，许多地区都出现了不同程度的缺电状况，甚至需要拉闸 分地区最大负荷往往发生在夏季。若仅依靠增加装机容量来弥补电力紧 价是巨大的，也会加重电力企业和用户的负担。 各大电网的负荷特性与以前相比发生了很大的变化：最大负荷持续 峰谷差不断增大，负荷率和年最大负荷的利用小时数呈现下降趋势，高 需矛盾日益尖锐，电网调峰困难，给系统安全、稳定运行带来极大威胁 营销和电力市场分析预测、规划工作带来许多困难。因此，负荷特性调 预测作为电力市场分析的一项基础工作，对于电力企业的经营管理和电 越来越重要，需要大力深入研究【l 捌。 对电力企业而言，负荷特性分析研究是一项长期的、持续的工作， 工作中点点滴滴的积累。必须关注特殊天气条件下负荷的异常变化，关 每月的变化，关注不同时期、不同行业的用电习惯【3 ，4 】。这样，才能深入 以及各个地区负荷特性的现状，把握该地区负荷变化的规律和发展趋势 业的经营和发展提供决策支持。 目前，第三产业的用电量发展迅猛，夏季空调负荷所占的比重也越 致电力峰谷差出现进一步增大趋势【5 】。正是在这种情况下，需要进一步 力需求侧管理的工作。 1 2 电力需求侧管理( d s m ) 概述 所谓电力需求侧管理( d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ，以下简称d s m ) ， 市场中电能供应方、电能中介者、政府与用户共同协作，采取各种措施( 励、技术措施、政策措施等) 以改变用户用电方式、减少用电消耗、降低 谷差，从而提高各参与方的利益而进行的管理活动【6 j 。 电力需求侧管理的出现改变了传统规划中单纯以供应满足需求的思 历史数据的统计分析和比较，以及对未来时段电量及负荷的预测，使得 门充分掌握过去、当前以及未来时间内的用电趋势和用电峰谷期出现的 值等信息，采取适当的激励措施，按照最小费用的原则寻求优化方案， 华北电力大学硕士学位论文 端能源使用效率、采取电力蓄能技术、电力负荷管理技术及合理安排用电时间等手 段，实现策略性节约能源，并将高峰电力转移至低谷以均衡用电实现均衡发电，从 而使电力市场产生最大的社会效益和经济效益。这样，不仅提高了终端的用电效率、 优化了用电方式，还大大减少了电力资源的浪费，并提高了电网运行的经济性和可 靠性【7 1 。 d s m 包括削峰、填谷、移峰填谷、整体性节电、策略性负荷整体上升、可变负 荷方式等内容。实施d s m 除了可节约电量外，还可节约电力负荷，因为电力负荷 的减少可以推迟新建电厂和新的输变电工程，所以说开展d s m 的意义更为重大【8 , 9 1 。 电力需求侧管理与传统意义上的用电管理的不同之处【l o 】，主要体现在以下两方 面： ( 1 ) 电力需求侧管理强调建立电力公司与客户之间的伙伴关系。由于电力需 求侧管理强调客户的参与，因此要求电力公司和客户共同付出代价，共同承担风险， 共同收获利益。 ( 2 ) 电力需求侧管理强调在客户利益基础上的能源服务。电力需求侧管理不 主张拉闸限电、轮休倒班等不利于客户利益的做法。鼓励采用科学的方法，在不改 变生活秩序和生活节奏的条件下，促使客户改变消费行为和用电方式，提高用电效 率和减少电力需求。 需求侧管理不仅是解决目前缺电问题的重要途径，而且是我国电力工业坚持走 可持续发展的必然选择，具有深远的战略意义。 1 3 电力需求侧及负荷特性分析国内外研究现状 一、国内外d s m 发展动态 d s m 最早在美国产生，至今已有近2 0 年的发展历程。目前，美国有近6 0 0 多 家电力公司已经或正在采用d s m 提高终端用电效率，参与用户达2 0 0 0 万户。8 0 年代末期实施的1 3 0 0 多项需求方管理计划吸引了1 3 0 0 万户参加，高峰时负荷削减 了o 4 1 4 ，相当于负荷增长率的2 0 , - - - , 4 0 ，节电成本和节电投资只相当于新增 电量成本和新建电厂投资1 1 0 1 2 ，效果十分显著。以缅英州电力公司为例，9 1 年用于d s m 的成本为0 1 7 2 亿美元，为其总收入的2 3 ，产生节电资源o 9 1 亿k w h ， 避免容量6 3 万k w 。9 4 年美国d s m 的投资已达1 2 0 亿美元，削峰5 5 0 万k w ，占 美国夏季负荷的7 。8 9 年至9 4 年累计节电2 0 0 0 亿k w h 。目前，美国已开发出许 多不同的d s m 模型及软件产品，部分已经商业化。如e p r i c o m m e n d 应用商业 分析模型、e p r i r e 最大限度负荷状况管理软件包、e p r i c o g e n m a s 软件包、 s r c c o m p a s s 综合计划和市场分析系统软件包等【1 1 , 1 2 , 1 3 】。 2 _ 华北电力大学硕士学位论文 随着d s m 经验的积累，措施的完善，d s m 已扩大到加拿大、巴西、墨西哥、 法国、德国、荷兰、瑞典、丹麦、澳大利亚、印度、泰国、韩国以及台湾和香港地 区。如加拿大安大略省水电局( o n t a r i o ) ，8 9 - 9 1 年，累计投资2 9 亿加元用于 d s m 工程，节约峰值电力1 5 - - 1 6 ；丹麦通过实施d s m 实现了电力消耗零增长； 法国通过实施以绿色用电方案的电价政策为主的d s m ，实现了电力供求之间的平衡 等。9 0 年代以来，国际能源与环境方面的有关组织机构与不少国家的政府和团体都 非常关注d s m 的推广和应用，每年多次召开世界性的研讨会，以期对全球资源的 有效利用和环境保护做出贡献【1 4 , 1 5 】。总的来看，在国外工业化国家，d s m 的理论、 技术都已十分成熟，且已获得大量的推广应用。许多电力企业已把着眼点不仅仅放 在投资建设电厂上，而且也转向通过需求侧的管理去增加电力资源。 1 9 9 2 年综合资源规划方法和需求侧管理技术陆续介绍到我国，政府相关主管部 门和学术界非常关注它的应用前景和应采取的对策。国家计委、国家经贸委、国家 科技部、原电力工业部、原国家电力公司以及大中型电力用户、有关科研机构、高 等院校、社会团体做了大量的推动性工作，开展多种形式的国际交流，举办多种形。 式的研讨会和培训班，在区域电网和企业电网进行试点研究和工程示范，有些省市 地区电力部门也在不断探索应用它的具体途径【1 6 , 1 7 1 。 二、国内外负荷特性分析的研究现状 电力负荷特性分析一直是电力科研人员重要课题，在国内外受到普遍重视。 1 9 5 2 年，日本成立了由日本九大电力公司、电源开发公司等企业联合组成的“日本 韶 电力调查委员会 ，负责定期对日本电力负荷进行调查，对负荷特性进行分析。其 采用的主要负荷特性指标如下【1 8 】： ( 1 ) 最大负荷：某一个时期中( 日、月、年) 使用的最大电力( 电能表计量 的通常有瞬间、1 5 m i n 、3 0 m i n 和6 0 m i n 负荷，最大负荷通常是小时电能表计量中最 大值) 。 ( 2 ) 最大3 日平均负荷：某月内最大3 日平均负荷值。即在某个月内，取每 日中1 h 的最大负荷，依次选出最大3 日负荷，求其平均值，作为该月的最大3 日 平均负荷。日本电力调查委员会所指最大负荷一般是指最大3 日平均负荷。 ( 3 ) 平均电力负荷：一定时期用电量与时间之比。一般包括日平均负荷、月 平均负荷、年平均负荷等。 ( 4 ) 负荷率：某一个时期平均负荷与最大负荷之比。 ( 5 ) 负荷曲线：表示负荷随时间变动情况的坐标图。 我国也很早就开展对电力负荷特性的研究，1 9 8 9 年由原能源部颁布的电力工 3 华北电力大学硕士学位论文 业生产统计指标解释，其中对电力负荷特性分析的指标进行了规定，主要有最高 负荷、最低负荷、平均负荷、负荷曲线等1 4 项指标。由于各地区经济发展的不平 衡，各地区历史资料积累有一定的差距，因此各地区对负荷特性研究的深度存在一 定的差距，采用的负荷特性分析指标不完全一致。2 0 0 0 年国家电力公司开展了负荷 特性调研及分析预测，对重点地区采用的主要负荷特性指标和负荷特性曲线进行了 汇总f 1 9 】。从调研结果来看，各地区进行负荷特性调研和分析所采用的指标不统一， 有的很多，超过1 0 个，有的较少，在5 个左右。使用较多的指标是：年最大负荷、 年最小负荷、年平均负荷、年平均日负荷率、年最大日峰谷差、年平均日峰谷差率、 年最大负荷利用小时数、年负荷曲线、典型日负荷曲线等。 1 4 论文研究的主要内容 本文主要通过研究分析负荷特性，建立负荷特性的指标和评价体系，探讨关联 规则、线性回归技术在负荷特性分析中的应用，以达到更科学合理地进行负荷特性 分析，更好地为需求侧管理决策服务。 ( 1 ) 对某市近年的负荷特性情况进行分析，计算一些按时间分类的负荷特性 指标。然后，运用负荷特性分析指标对电力企业的负荷特性进行分析，将分析的结 果进行比较，排除不能反映负荷特性的指标，建立当地的负荷特性指标体系。 ( 2 ) 通过对负荷特性的指标和评价体系的分析，把握负荷特性的变化规律和 发展趋势，对影响负荷特性的相关因素( 主要是自然因素和政策因素) 进行分析， 分析相关因素对负荷特性的影响大小，对影响负荷特性的诸多因素与负荷特性的关 联规则进行挖掘，研究各相关因素的分析方法并定量化。对各相关因素的影响力进 行分析比较，建立影响力权重体系。 ( 3 ) 通过对供电公司负荷特性的指标和评价体系的分析，了解电力企业的负 荷特性，摸清负荷特性的现状，把握负荷特性的变化规律和发展趋势，对各种需求 侧管理方法进行博弈分析与经济比较。 ( 4 ) 在提出需求侧管理方法的基础上，对如何鼓励供电企业和客户进行需求 侧管理方法进行政策研究，提出建议。与地区错峰方案相结合，对实施效果进行分 析评价。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章负荷特性分析 电力系统负荷是一个周期性和随机性都很强的系统，它与经济、政治、社会、 气象等众多的因素有着极为紧密的联系【2 0 1 。研究负荷特性时既要充分分析又要掌握 并利用其规律性【2 1 1 。一方面，电力负荷按一定趋势有规律地发展变化；另一方面， 负荷受众多因素的影响，随时都可能发生一定的波动。 2 1 负荷特性分析基础 2 1 1 负荷的组成 不同地区电力负荷组成方式的不同，决定了负荷的不同特点，也决定了相应影 响因素的不同，其结果是，不同地区的负荷对同一影响因素的相应特性具有差异。 表2 12 0 0 7 年不同行业用电比重统计 化学原料 公共事业 塑料制品 金属制品 时间纺织业城镇居民乡村居民及管理组农业 制造业 业业 织 一月份4 0 0 2 1 2 5 2 1 8 1 0 6 9 6 3 7 9 2 8 2 2 7 7 2 4 l 二月份 2 9 2 2 1 3 1 9 2 0 6 7 1 1 6 5 4 1 7 2 3 4 2 9 6 2 8 4 三月份3 4 6 3 l o 7 3 2 0 6 9 6 9 7 3 9 3 4 0 8 3 3 4 3 7 7 四月份 3 2 4 0 1 2 1 8 1 8 9 7 7 3 l 4 4 5 4 5 3 3 8 2 3 0 5 五月份 3 2 6 6 1 3 5 l 1 9 6 0 7 0 8 4 1 4 3 6 9 4 0 2 2 7 1 六月份 3 2 6 6 1 4 2 0 1 9 2 2 8 0 4 4 4 7 3 5 9 3 4 l 2 5 4 七月份 3 4 0 8 1 3 0 l 1 9 8 9 7 5 1 4 0 3 3 6 l 3 4 6 2 6 3 八月份 5 3 8 6 7 2 0 9 9 5 4 0 7 2 2 6 7 4 9 7 2 2 1 2 4 九月份 4 0 5 9 8 9 9 1 4 0 5 8 3 3 3 6 2 7 1 6 4 3 0 1 8 5 十月份 4 0 5 0 1 1 1 9 1 6 7 9 6 1 4 3 9 2 5 9 0 3 4 4 1 8 1 十一月份 4 4 8 6 8 7 4 1 5 5 3 4 1 7 3 8 2 6 8 l 3 6 0 2 1 7 十二月份 4 6 3 1 7 8 1 1 6 1 0 4 6 9 3 6 5 5 8 7 3 6 6 1 9 2 对同一地区的不同时期，同一影响因素的影响也会不同。所谓的负荷组成的差 异性主要体现在两个方面：一是负荷种类，二是各种负荷成分所占比重。不同组成 的负荷在这两方面的差异决定了它们的负荷特性及对不同影响因素响应的不相同。 究其原因，不同的组成成份对各种影响因素的灵敏度不同，表现出不同的特性。可 见，负荷的具体组成对负荷特性具有根本性和决定性的影响。 从表2 1 中可以看出不同行业用电所占总电量的比重： ( 1 ) 工业用电量尤其是纺织行业的电量所占的比重大；化学原料制造业、塑 料制品业、金属制品业也占有相当大的比例； 5 j 华北电力大学硕士学位论文 ( 2 ) 城乡居民生活用电所占比例仅次于工业用电； ( 3 ) 公共事业及管理组织和农业电量也占有一定的比例。 这几类电量占总电量的8 9 4 ，因此，对总电量起着决定性作用。 2 1 2 电力负荷的分类 电力负荷的分类是说明国民经济各部门用电情况和变化规律，反映电气化的发 展水平和趋势的指标，分析研究经济增长与电力生产增长、社会产品增长与电力消 耗量增长的相互关系，是负荷特性分析的依据。电力负荷按照不同的标准，可以分 成不同的类型。如按重要性来分，可以将电力负荷分成一类负荷、二类负荷、三类 负荷等；通过对负荷的影响大小来分，可以将负荷分为基本正常负荷、天气敏感负 荷、特别事件负荷和随机负荷等。为了便于对不同的负荷进行分析，从而对负荷特 性进行研究，一般将电力负荷按国民经济行业进行分类，可分为行业用电负荷和城 乡居民生活用电负荷两大类。行业用电负荷包括第一产业、第二产业、第三产业所 有用电负荷的总和。城乡居民生活用电负荷包括城镇和乡村居民家庭照明、家用电 器等生活用电负荷。 一、行业用电负荷 行业用电负荷具体可以分为以下几种【2 2 】： ( 1 ) 农、林、牧、渔业用电负荷这类负荷主要包括从事各种农、林、牧、渔 活动时消耗的电力负荷。 ( 2 ) 工业用电负荷 工业负荷是指工业企业用于工业生产的用电，包括提供生活消费品、制作手工 工具的轻工业和为国民经济各部门提供物质技术基础的重工业用电。 一般来说，在一年时间范围内，工业用电负荷是比较恒定的，受阴雨、光照等 自然气候条件和季节变化的影响较小。 ( 3 ) 商业用电负荷 商业负荷，主要是指商业部门里的照明、空调、动力等用电负荷。包括批发、 零售中消耗的负荷和有偿为客户提供住宿和餐饮活动时消耗的电力负荷。商业负荷 覆盖面积大、分布零散，且用电增长平稳。但随着季节的变化，商业负荷同样存在 较大的波动。虽然商业负荷在电力负荷中所占比重不及工业负荷和民用负荷，但商 业负荷中的照明类负荷占用电力系统高峰时段。此外，商业部门由于商业行为在节 假日会增加营业时间，从而成为节假日中影响电力负荷的重要因素之一。 二、居民用电负荷 6 华北电力大学硕士学位论文 居民用电负荷主要是居民的家用负荷，它具有随生活水平的增长而增长以及明 显的季节性波动特点，而且居民用电负荷的特点还与居民的日常生活和工作的规律 紧密相关。但居民负荷的季节性变化在很多情况下，直接影响系统峰值负荷的季节 性变化，但其影响程度则取决于居民用电负荷在系统总负荷中所占的比例。 随着经济的不断发展，尤其是随着空调、电冰箱、彩电等家用电器的广泛使用， 居民负荷变化对系统峰值负荷变化的影响越来越大，同时居民负荷在系统负荷中所 占的比重，以及居民负荷季节性变动对系统峰值负荷季节性变动的影响，都会越来 越大。 从负荷的特点看，地区间呈现不同的特点，如夏季的南方，由于大量空调投入， 负荷剧增；而北方的冬季在取暖器投运后，也会造成用电负荷增长等。在同一天内， 负荷也极不平衡，生活用电的高峰往往和电力系统高峰段重叠。 2 1 3 电力系统负荷的特点 不同类型的电力系统负荷具有不同的特点和规律。但受电力特点( 即电能无法 大量储存，电力的生产和消费必须在同一瞬间进行) 的影响【2 3 1 ，电力负荷呈现出如 下的共同特点： ( 1 ) 电力系统的负荷是随时变化的，负荷的变化是具有周期规律的。电力负 荷并非简单的重复前一个周期，而是存在一个随机分量使每个周期的数值发生改 变。一般的，负荷的周周期是比较明显的，在工作日用于生产的负荷较多，而在休 息日所用的生产负荷较少。同样的，电力负荷的月周期和年周期也都与人们的工作、 生活规律相关。 图2 1 连续一周的负荷曲线 ( 2 ) 电力负荷同时又是连续的，这是指在负荷曲线上任意相邻两点之间的变 化是连续的，不存在奇点。为了保证系统稳定运行，必须避免对系统造成大的冲击， 无论是增加或是切除负荷时都要求负荷的变化大小在一定的范围之内。由于这个限 制，负荷总量就表现为一个连续变化的过程，负荷曲线一般不会出现大的跃变。 7 华北电力大学硕士学位论文 图2 2 一天内的负荷曲线 电力负荷还具有非常明显的季节性特点。由于春、秋季节的温度、天气状况适 合人们的工作和生活，这两季的负荷受天气影响程度较低。夏季和冬季受气温影响 较大，天气的变化将带来降温和取暖负荷的大量增加或减少，呈现出比较明显的季 节性特点。 从长时间观察，电力负荷具有周期性的特点；而且负荷变化是连续的，一般不 会出现大的跃变：同时电力负荷对季节、温度、天气等是敏感的，不同的季节，不 同地区的气候，以及温度的变化都会对负荷造成明显的影响。除此以外，随着电力 市场的逐步深入，电力负荷会有新的特点出现，如需求侧管理方法的使用( 如峰谷 分时电价、可中断负荷等) ，高耗能企业的搬迁都会对负荷特性产生一定的影响。 典型日一般选用最大负荷日，也可以选用最大峰谷差日。在春、秋季节，温度、 天气状况都比较适合人们的生活和工作，这两季的负荷受天气影响程度较低。在不 考虑其他因素的情况下，夏季和冬季的用电负荷要高于春、秋两季的用电负荷。所 以，我们重点讨论有典型意义的夏季和冬季的负荷情况。 图2 3 夏季典型日负荷曲线 从图中可以看出，夏季高温期间负荷有明显的峰谷特点，晚十点至早八点为负 荷的低谷，九点开始上班受工厂生产、办公空调和工厂降温负荷的影响，负荷呈现 急剧上升并在十点左右形成第一次高峰；随后由于下班和午休的影响，负荷略有下 降，并保持平稳；而后又在1 8 时左右形成负荷的腰峰；在2 2 点左右形成负荷的晚 8 华北电力大学硕士学位论文 高峰，晚高峰的负荷主要由空调负荷和居民晚间照明负荷组成，并与部分工厂的生 产负荷迭加，一般晚高峰的负荷高于其他高峰的负荷，对夏季负荷高峰的形成有着 极大地影响。 图2 4 冬季典型日负荷曲线 冬季负荷和夏季负荷基本类似。在上午十点左右和下午1 9 点左右，由于空调一 和取暖设备的大量使用，使得负荷随温度的降低而增大，形成负荷高峰。晚间的负” 荷高峰也主要由取暖负荷和居民晚间照明负荷组成，高于早峰负荷。 2 1 4 负荷特性分析的意义一 负荷特性指负荷功率随负荷端电压或系统频率变化而变化的规律。研究负荷特 性的目的和意义是通过对区域负荷特性的深入分析，摸清该地区负荷特性状况，把 握负荷特性变化的规律和发展趋势，从而实施有效的电力负荷调控，找到控制负荷一 的可行性操作方法，使该地区电力负荷分布趋于平稳，从而提高发、供电机组运行 的安全性、可靠性；提高发输配电设备的利用率，并延长其使用的寿命；有效提高 电力生产企业的经济效益和广大电力用户安全、可靠、经济用电的社会效益：同时 也为开拓电力市场、调整电源结构、实现跨区联网优化配置资源等提供科学、合理 的决策依据 2 4 , 2 5 1 。 负荷水平与负荷特性是评价电网负荷状况的两个主要特征指标，从负荷水平可 以看出电网用电负荷高低的现状以及增长的趋势；负荷特性则体现出电网用电结 构、用电模式等状况的优劣。电力工业既是国民经济和社会发展的基础产业，又是 与人民日常生活工作密切相关的公用事业。因此，负荷特性分析既关系到国民经济 和社会的发展，又与人民生活息息相关【2 6 1 。 负荷特性分析是进行需求侧管理的必要准备工作，因此做好负荷特性分析工 作，建立一个科学的负荷特性分析体系，研究出电力负荷各主要影响因素的灵敏度， 对电力负荷特性的系统分析有以下意义： 一、对电力系统有利 9 华北电力大学硕士学位论文 ( 1 ) 大大提高电力系统负荷预测的精度； ( 2 ) 为短期负荷预测中的人工干预提供理论依据； ( 3 ) 以便新老工作人员更好地掌握的负荷变化规律； ( 4 ) 节约国家对电力工业的基建投资； ( 5 ) 提高发电设备的热效率，降低燃料消耗，降低发电成本； ( 6 ) 增加电力系统运行的安全稳定性和提高供电质量； ( 7 ) 有利于电力设备的检修工作。 二、对广大用户有利 ( 1 ) 可以节省国家对用户设备的投资； ( 2 ) 由于削峰填谷，将高峰时段用电改在低谷时段用电，减少了电费支出， 从而也降低了生产成本； ( 3 ) 对城乡居民生活有利。由于采取调整负荷的措施，各工厂企业职工轮休， 并错开上下班时间，从而使地方服务性行业的负荷都实现均衡化。 2 1 5 负荷特性分析的方法 现在比较常用的方法有以下几种： ( 1 ) 负荷曲线分析：通过绘制图表来分析负荷特性，包括年、月、日的负荷 指标分析等等； ( 2 ) 相关性分析：主要包括分析时间因素、气象因素、经济因素等与负荷之 间的关系；比如夏季、冬季典型日的负荷特性分析，敏感负荷分析等等。 ( 3 ) 回归分析：是根据历史数据以及一些影响负荷变化的外部因素来建立不 同的回归模型来分析及预测负荷特性。 2 1 6 主要负荷特性指标 2 0 0 1 年国家电网公司经过对我国的负荷特性进行了调研、分析，建立了我国进 行负荷特性分析的指标体系 2 7 】。 一、日负荷特性 日最大( 小) 负荷：( 典型日) 每日2 4 个整点负荷中的最大( 小) 值。典型日 一般选用最大负荷日，也可选用最大峰谷差日，还可根据各地区情况选不同季节的 某一代表日( 下同) 。 日平均负荷：日电量除以2 4 。每日2 4 个整点负荷的平均值。 日负荷率：日负荷与日最大负荷的百分比。 1 0 日最 典型 日峰 日峰 一、 周负 二、 ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) ( 7 ) ( 8 ) ( 9 ) 四、 ( 1 ) 用5 日平 的最大值 ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) 和的比值 ( 5 ) 值与年最 ( 6 ) ( 7 ) ( 8 ) ( 9 ) 华北电力大学硕士学位论文 ( 1 0 ) 年平均日峰谷差：全年日峰谷差的平均值。 ( 1 1 ) 年平均日峰谷差率：全年日峰谷差率的平均值。 ( 1 2 ) 年最大负荷利用小时数：年用电量与年最大负荷的比值。 ( 1 3 ) 年持续负荷曲线：按全年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序绘 制的曲线。 ( 1 4 ) 年负荷曲线：按全年中逐月最大负荷绘制的曲线。 2 1 7 影响负荷特性因素的分析 在各种因素影响下，不同行业将显现不同的变化特性，因而必须重点研究各种 相关因素对各行业负荷变化的影响。其相关因素包括；气象、电价、需求侧管理、 经济发展水平及经济结构调整、收入和生活水平提高及消费观念变化等f 2 引。 一、经济发展对电力需求的影响 经济发展的不同阶段，对电力的需求也不相同。随着经济发展水平的提高，电 气化程度也随之提高，居民生活用电和第三产业用电将快速增长，也是拉动电力增 长的重要动力。总之，经济发展是电力需求增长的根本原因。 二、经济结构调整对电力需求的影响 随着国民经济产业结构的调整，用电结构也随之发生变化。这表现在第一、二 产业用电比例不断下降，第三产业用电比例明显上升；同时产业结构的调整使得用 电单耗不断下降，电力需求的增速将减缓。 三、居民生活用电对电力需求的影响 城乡居民生活用电量与人均收入和城镇化水平密切相关，尤其是与家用电器拥 有结构和拥有率有直接关系。近年来，随着农民收入的增长，彩色电视机、冰箱和 空调开始进入，但电炊具、电热水器、抽油烟机等电器拥有量还比较少。随着农村 经济的发展和农民收入的提高，将有更多的家用电器进入农村家庭，促进农村居民 生活用电的增长。城市居民家用电器的拥有率较高，这与城镇的经济发达程度有密 切联系。随着城镇人民生活水平的不断提高，家用电器价格水平的降低，城镇居民 家用电器的拥有率将有更大的提高，城镇居民生活用电也将会保持较快的增长速 度。 四、气温气候对电力需求的影响 ， 近几年的数据资料表明，气候、气温等自然因素对电网最高负荷的影响越来越 大，但对用电量的影响相对较小。主要表现在气候、气温对第一、第三产业和居民 生活用电负荷的影响较大，而第二产业的用电负荷及用电量相对稳定。气温对第三 产业和居民生活用电的影响主要体现在空调负荷上，尤其对负荷特性影响显著。 】2 华北电力大学硕士学位论文 2 2 负荷特性分析 现有的负荷特性分析角度主要有两类。一类是按影响因素分析，即逐个分析影 响电力负荷特性的因素；另一类是分行业分析，即先对各行业的负荷特性进行分析， 再叠加得到研究区域的负荷特性。年负荷数据详见附录i v 。 2 0 0 7 年月负荷数据详见 附录。 2 2 1 最大负荷、最小负荷分析 最大负荷指标包括日最大负荷、月最大负荷、年最大负荷等，主要反映报告期 内地区的负荷水平状态和负荷的绝对量。最小负荷跟最大负荷相似。 图2 52 0 0 4 年 一2 0 0 8 年年最大负荷变化图 图2 62 0 0 4 年 - 2 0 0 8 年年最小负荷变化图 从图2 5 和图2 6 可以看出： ( 1 ) 年最大负荷呈现出明显上升的趋势，从2 0 0 4 年的1 1 0 6 9 7 m k w 迅速上升 至2 0 0 8 年的2 1 3 9 9 8 m k w ，年平均增长率达到1 4 0 9 。 ( 2 ) 2 0 0 8 年受拉闸限电和经济危机的影响，年最大负荷的增长幅度减慢。 ( 3 ) 年最小负荷虽有波动，但总的看来是增长趋势。 从对历年数据的分析可以得到：最大负荷收经济的影响比较大；最小负荷受季 节的影响明显。比如每年最低负荷都出现在春节期间，但由于人民生活水平的提高， 春节期间三产和居民负荷在逐年增长。 2 2 2 平均负荷分析 1 3 华北电力大学硕士学位论文 平均负荷指标包括日平均负荷、月平均日负荷、年平均日负荷等指标，反映负 荷在报告期内的平均水平。平均负荷受季节、温度、经济发展的影响，呈现出比较 明显的季节性特点。平均负荷2 0 0 7 年的日平均负荷曲线如图2 7 所示。 图2 7 一年内的最大负荷和最小负荷的曲线变化图 可以看出，日平均负荷曲线和最大负荷曲线的变化基本相似，出现最大负荷处 的日平均负荷也比较高，说明最大负荷与日平均负荷紧密相关。同时，日平均负荷 的季节性也较明显。 图2 82 0 0 7 年月平均负荷曲线图 从图中可以看出，月平均负荷受季节影响比较大。2 月份是春节放假期间，6 月份是麦收期间，大部分工厂都停工，所以负荷骤降。7 、8 月份受气温影响，负荷 增高。 年平均负荷受经济发展水平和经济结构调整的影响，同时，年平均负荷在某种 程度上也反映一个地区的经济发展水平。 图2 92 0 0 7 年年平均日负荷曲线图 1 4 华北电力大学硕士学位论文 2 2 3 峰谷差分析 峰谷差指标包括日峰谷差、日峰谷差率、月最大峰谷差、月最大峰谷差率、月 平均日峰谷差、月平均日峰谷差率、年最大峰谷差、年最大峰谷差率、年平均日峰 谷差、年平均日峰谷差率等。主要反映定期内最大负荷和最小负荷之差。 2 2 3 1 日峰谷差、日峰谷差率 2 0 0 7 年日峰谷差和日峰谷差率的变化趋势如图2 1 0 所示： 图2 1 02 0 0 7 年日峰谷差率变化图 图2 1 12 0 0 7 年日峰谷差变化图 由图2 1 0 和图2 1 1 可以看出： ( 1 ) 日峰谷差大多为4 0 - 6 0 万k w ，日峰谷差率大多集中在2 5 3 5 ，在 一年中变化较小。说明在一年中峰谷差相对还是比较稳定的； ( 2 ) 7 、8 月份为该地区的夏季，峰谷差率比较大，基本上在3 5 以上。 ( 3 ) 在一年中有少数几天峰谷差特别大，是受节假日或者线路检修造成的。 图2 1 2 历年年最大峰谷差对比 1 5 - 毫 华北电力大学硕士学位论文 o 8 0 6 篓0 4 0 2 0 月最大峰谷差率 守誉梦梦梦。 图2 1 32 0 0 7 年月最大峰谷差率变化图 由图2 1 2 和图2 1 3 可以看出： ( 1 ) 各月的最大峰谷差总的呈现较为平缓的趋势，年最大峰谷差逐年递增， 主要是因为该地经济近年发展较快。 ( 2 ) 从图2 1 2 可以看出，该市的月最大峰谷差率曲线较为平缓。 2 2 3 2 平均峰谷差的变化趋势 平均峰谷差是指定期内日峰谷差的平均值，反映峰谷差的平均水平，图2 1 4 、 图2 1 5 、图2 1 6 和图2 1 7 反映的为2 0 0 7 年月平均峰谷差及月平均日峰谷差率的变 化趋势和2 0 0 4 - 2 0 0 8 年平均日峰谷差及年平均日峰谷差率的变化趋势。 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 月平均日峰谷差 誉梦梦穸 图2 1 42 0 0 7 年月平均日峰谷差变化图 0 5 o 4 得0 3 墨0 2 0 1 0 o 月平均日峰谷差率 誉笋梦梦 图2 1 52 0 0 7 年月平均峰谷差率变化图 1 6 华北电力大学硕士学位论文 图2 1 62 0 0 4 年以来年平均日峰谷差变化图 图2 1 72 0 0 4 年以来年平均日峰谷差率变化图 由图可以看出： ( 1 ) 一年中平均峰谷差变化情况较大，呈现出一定的季节性特点； ( 2 ) 年平均峰谷差从2 0 0 4 年至2 0 0 8 年都呈现出明显的上升趋势，但2 0 0 8 年 受经济危机影响，变化趋势放缓。 ( 3 ) 平均峰谷差率与平均峰谷差呈现出一定的相反变化趋势，说明最大负荷 的增长幅度超过峰谷差的增长幅度，平均日峰谷差的增长比最大负荷的增长慢。 2 2 4 负荷率分析 负荷率指标包括日负荷率、日最小负荷率、月平均负荷率、月负荷率、月最小 负荷率、年平均日负荷率、年平均月负荷率、季负荷率、年最小负荷率等。 2 2 4 1 日负荷率分析 日负荷率是平均负荷值和最大负荷值的比率。 1 7 华北电力大学硕士学位论文 图2 1 82 0 0 7 年日负荷率变化图 日最小负荷率指的是日最低负荷和日最高负荷的比率，这项指标放大地显示了 日峰谷差的影响。具体变化趋势见图2 1 9 。 图2 1 92 0 0 7 年日最小负荷率变化图 2 2 4 2 月负荷率分析 月负荷率是指每月平均日电量与最大日电量的比值。2 0 0 7 年月负荷率的变化趋 势如图2 2 0 所示： 图2 2 02 0 0 7 年月负荷率变化图 全年的月负荷率比较平稳。 2 2 4 3 年平均日负荷率 从2 0 0 4 年至2 0 0 8 年负荷率趋势如图2 2 l 所示： 1 8 华北电力