（电气工程专业论文）高邮市电力负荷特性及dsm潜力分析.pdf

摘要 摘要 近年来，电力需求侧管理为缓解电力供需矛盾创造了条件，更多的人开始接受需求侧管理的理 念。需求侧管理不仅仅是缓解电力紧张的有效手段，更是我国实现电力工业可持续发展的一项长远 战略。电力需求侧管理是通过采取有效的激励措施，引导电力用户改变用电方式，提高终端用电效 率，优化资源配置，改善和保护环境，实现最小成本的电力服务所进行的用电管理活动，是促进电 力工业与国民经济及社会协调发展的一项系统工程。 本文首先介绍了电力需求侧管理的概念，内容，方法及意义。然后对高邮地区的电力负荷特性 进行了分析。介绍了负荷特性分析的基本概念及主要指标，对负荷率、峰谷差、夏季典型日负荷、 夏季日峰荷与温度因子的相关性等进行了详细的分析计算。利用模糊c 均值聚类方法判断各类负荷 曲线所属的分类，实现负荷曲线的自动分类。 最后在负荷特性分析的基础上进行有关高邮市需求侧管理措施的成本效益分析计算，其中重点 分析了工业的绿色照明，工业变压器，工业的蓄能空调等。 关键词：需求侧管理，负荷特性分析，成本效益分析 a b s t r a c t a b s t r a c t d e m a n ds i d em a n a g e m e n tt e c h n o l o g yi sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ei m p o r t a n ti nd e a l i n gw i t h t h ec o n f l i c t i o no fp o w e rs u p p l ya n dc o n s u m p t i o n m o r ea n dm o r ep e o p l et o u c ha n da c c e p tt h e c o n c e p ta n da d v a n t a g e so fd s m a sal o n g p e r i o ds t r a t e g yf o rc h i n a se l e c t r i c a lp o w e r i n d u s t r y t h ec o n c e p t i o n ， c o n t e n t ，m e t h o d sa n dt h ev a l u eo fd s ma r ee x p o u n d e df i r s ti nt h i s t h e s i s a st oa n a l y z i n gt h el o a dc h a r a c t e r i s t i c ，s o m eb a s i cc o n c e p ta r ei n t r o d u c e df i r s t t h e n ， 工c a l c u l a t ei nd e t a i1i na n a l y zi n gt h e l o a dc h a r a c t e r is ti co fg a o y o u ，s u c ha sl o a dr a t e a n a l y s i s ， t h e l o a d o fr e p r e s e n t a t i v ed a ya n a l y s i s ，t h er e l a t i v i t ya n a l y s i sa n ds oo n a f t e rl o a dc h a r a c t e r i s t i ca n a l y s i s ，t h ec o s t b e n e f i ta n a l y s i so f t h ed e m a n ds i d e m a n a g e m e n ti ng a o y o ui sd e p l o y e d t h ee f f i c i e n t 一1 i g h t i n gi ni n d u s t r y ， t h et r a n s f o r m e r si n i n d u s t r ya n dt h eh i g h e f f i c i e n c yc o n d i t i o n i n ga r ea n a l y z e de m p h a t i c a l l y t h ea n a l y s e sa n d c o m p u t a t i o n si nt h i st h e s i sa r eb a s e do nt h e 1 0 a dc h a r a c t e r i s t i ca n d t h ed a t ao fg a o y o u k e y 舶r d s ： d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ，l o a dc h a r a e t e r i s t i ca n a l y s i s ，c o s t b e n e f i ta n a l y s i s 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与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。 研究生签名：螽! 垄鱼! 日期：! ! 1 7 ，。 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国家科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文 的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的 内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅， 可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学 研究生院办理。 j 研究生签名：番丝塑： 导师签名日期：，多垆 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 由于电力工业体制改革不断深入，电力市场逐步形成和完善。市场机制逐步在资源配置中起到 基础性作用；同时，随着电力买方市场的形成，市场需求已经成为电力工业发展的决定性因素。在 这种客观环境下，电力公司要实现商业化运行，做到以市场为导向，以经济效益为中心，就必须要 立足于电力市场，深入研究电力市场的供需状况及其发展，研究负荷特性和分析影响负荷特性的因 素，并以此为基础，制定公司发展战略、发展规划和年度经营计划。根据电力需求特性，需求结构 和需求心理，相应调整公司的经营行为，调整公司的电力供应结构，提高电力供应的经济性和有效 性。 党的十六大提出的全面建设小康社会的目标，到2 0 2 0 年g d p 将比2 0 0 0 年翻两番和邓小平三步 走方针，到本世纪中叶将达到世界中等发达国家水平。但电力资源短缺将制约国民经济和电力工业 可持续健康发展，开展电力需求侧管理( d s m ) 工作可以有效地提高能源利用效率，缓解电力供应紧 张的被动局面。 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 ，d s m ) 技术是当前国际上推行的一种先进的电力资 源规划方法和管理技术，作为可持续发展能源战略的一种重要支持手段，能够在资源合理开发和有 效利用方面发挥重要作用，促进经济、能源和环境的协调发展。 1 2 电力需求侧管理( d s 的简介 1 2 1 需求侧管理概念 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 ) ，是指电力公司采取有效的 激励和诱导措施以及适宜的运作方式，与用户共同协力提高终端用电效率、改变用电方式，减少电 量消耗和电力需求所进行的一种管理活动。国家把需求方减少电量消耗、降低电力负荷视为一种资 源同时参与电力一体化规划，为此制定相应的配套政策法规。 1 2 2 开展电力需求侧管理工作的必要性 我国电力工业虽然经过半个多世纪的发展，特别是经过改革开放二十多年高速的发展，供需基 本达到平衡，扭转了长期缺电的被动局面，发电装机容量和年发电量分别跃居世界第二位。但按人 均计算我国的电力生产和消费仍处于很低的水平，不到世界人均水平的一半。1 9 9 9 年世界一次能源 消费总量为8 7 9 9 亿t 标准油，其中美国消费2 2 7 亿t 标准油，占世界一次能源消费总量的2 5 8 ， 居世界第一位。我国( 不含香港、台湾、澳门地区) 一次能源消费总量为8 7 5 亿吨标准油，约占世 界一次能源消费总量的1 0 ，居世界第二位。而1 9 9 9 年世界人均一次能源消费量折算标准油1 4 8t ， 其中美国人均消费量最高达8 1 4t 标准油，我国人均消费量只有0 6 9 8t ，约为世界人均水平的一半， 不足美国的1 1 0 。同时我国电气化程度还很低，在发达国家电能在终端能源消费比重中约占3 0 ， 我国只占1 0 左右。 党的十六大提出的全面建设小康社会的发展目标，到2 0 2 0 年国内生产总值( g d p ) 将比2 0 0 0 年翻两番，经济的增长必将推动能源消费的增长，在不久的将来我国的能源消费可能超过美国，成 为世界第一大能源消费国家。电力发展需求的预测到2 0 2 0 年全国电力装机容量将达到1 0 1 3 亿k w ， 年均新增装机容量0 3 5 0 5 亿k w ；预计到2 0 5 0 年g d p 比2 0 2 0 年将会再翻两番以上，约需新增装 机容量1 0 1 5 亿k w 左右，基本达到现在世界中等发达国家人均装机容量水平。而能源资源严重短 缺将直接制约我国电力的快速发展。到2 0 0 0 年末，我国探明煤炭资源可采储量占世界总储量的 1 1 6 ，石油只占2 3 ，天然气仅占0 9 。根据远景发展目标到本世纪中叶我国将达到世界中等发 达国家水平，人均g d p 达到2 5 0 0 0 美元，全国g d p 单耗为1 9 9 9 年美国g d p 单耗水平( 2 7 2t 标油 百万美元) 的一半，则届时我国的能源需求量将达到7 0 亿t 标准煤以上，超过目前全世界年能源消 费总量的8 0 ，是目前我国能源消费量的6 倍；即使届时我国g d p 单耗达到目前能源经济效率最高 的日本的水平( 1 9 9 9 年为9 6 2t 标油百万美元) ，我国能源消费总量也要超过5 0 亿t 标准煤。由于 我国人均能源资源占有量远比世界平均值低，其中煤炭仅约为世界人均水平的5 0 ，石油、天然气 分别约为1 0 、5 。我国自1 9 9 3 年起成为石油净进口国以来，且增长迅猛，2 0 0 0 年达0 7 亿t 以 上，预计2 0 0 5 年、2 0 1 0 年将分别达1 亿t 、2 亿t 以上u 1 。 中国不仅能源资源贫缺，而且还是世界能源生产和消费大国，同时又是能源利用效率较低的国 家之一。据统计目前全国能源利用效率不到3 2 ，比先进国家约低1 0 个百分点；若考虑开采、运输， 东南大学工程硕士学位论文 中国能源系统总利用效率不到1 0 ，这意味着有9 0 左右的能源资源在生产、加工、运输、储存和 终端利用过程中损失和浪费掉。我国又是世界上单位g d p 能耗最高的国家之一，按1 9 9 5 年价格计 算的g d p 单耗，1 9 9 9 年世界平均为每百万美元2 7 0t 标准油，而我国每百万美元g d p 能耗为9 0 8t 标准油，为世界平均水平的3 倍多、日本的9 5 倍。即使按世界银行提供的购买力平价( p p p ) 计算 也高出发达国家1 3 倍。1 9 9 9 年我国火力发电的供电煤耗为3 9 9 眺m ，而日本火力发电的供电煤 耗仅为31 7 眺w h ，即使2 0 0 1 年我国火力发电的供电煤耗降到3 8 5 9 k 肌，仍比日本高出6 8 眺w h ， 全年多耗煤炭近0 8 亿t 。不仅增加了电力生产成本，提高了电价，增加了用户电费负担。而且造成 环境严重污染，一是煤炭燃烧过程中排放的二氧化硫造成的酸雨污染，二是产生的二氧化碳引起的 全球气候变暖。作为即将成为全球第一能源消费大国，治理环境污染，己成为我国经济发展中必须 考虑的重大问题。这不仅是我国能源资源短缺和国民经济可持续发展的需要，而且也是为了全人类 的生存和发展的需要。 特别是电力敞开供应后峰谷差拉大，负荷率下降，电力企业生产成本上升，不仅造成灯峰时段 和暑天降温冬季取暖季节性用电严重缺电，而且被迫拉闸限电，影响用户安全可靠正常用电。如不 采取措旋开展电力需求侧管理工作和开发新能源，必将影响国民经济高速持续健康稳步发展，到本 世纪中叶就难以达到世界中等发达国家水平的宏伟目标。 1 2 3 开展电力需求侧管理工作的重要意义 电力需求侧管理是指通过提高终端用电效率和优化用电方式，采取有效的激励措施，引导电能 消费者改变用能方式，使电力资源得到优化配置，达到节约能源、保护环境的用电管理活动。由 于开展电力需求侧管理工作，具有节约电能消耗和转移用电负荷，优化电网运行方式，促进资源节 约和环境保护，节约电力建设投资，改善电网运行的经济性和可靠性，抑制电价的上升幅度，减少 电力用户的电费开支等重要作用。目前，世界上已有3 0 多个国家和地区正在系统开展电力需求侧管 理工作，并取得了良好的显著效果。我国自1 9 9 2 年开展电力需求侧管理工作技术以来，得到政府有 关部门的高度重视，取得了显著成绩。实施电力需求侧管理，可以实现政府、电力企业、用电客户” 三赢”的目标。在电力供应紧张情况下，可以缓解拉闸限电的压力，同时还具有投资小，见效快的特 点。对社会以最少的电力供应满足国民经济发展的需要，可以节约能源，减少污染物的排放，缓解 环境的压力；对政府可以调整能源消费结构，促进国民经济的可持续发展和g d p 的增长，加快用电 设备的更新换代，增强对高能效设备的需求；对电力用户可以减少电力消费，降低生产经营成本， 有利增强产品市场竞争力；对电网企业可以削减高峰时段电网调峰的压力，避免拉闸限电，有利于 提高供电可靠性和服务水平；对发电企业可以提高发电设备利用率，降低成本和燃料消耗，推迟发 电厂( 站) 建设和建设投资口1 。因此，把开展电力需求侧管理工纳入电力中长期远景规划研究之中，对 缓解国家电力资源短缺，确保电力工业可持续健康发展具有重要意义。 我国自1 9 9 2 年开展电力需求侧管理工作技术以来，政府部门十分重视该项工作的开展，多次开 会进行研究并发文进行指导和布置。2 0 0 0 年1 2 月2 9 曰经国务院批准，由国家经贸委、国家计委联合 制定发布实施的节约用电管理办法中，将电力需求侧管理作为一章( 第三章) 加以肯定和推广； 2 0 0 2 年7 月1 日，为进一步推动全国电力需求侧管理工作，国家经贸委又以国家经贸电力( 2 0 0 2 ) 4 1 0 号文下发了关于推进电力需求侧管理工作的指导意见。进一步明确了政府部门、电力企业、电 力用户和有关能源、节能服务中介机构在推进电力需求侧管理工作中的地位和作用，并提出了工作 重点和具体要求。2 0 0 3 年发改委为贯彻国务院办公厅关于认真做好电力供应有关工作的通知( 国 办( 2 0 0 3 ) 2 1 号) 文中关于加强用电侧管理的要求精神，以发改能源( 2 0 0 3 ) 4 6 8 号文，印发了国家发 展改革委员会关于加强用电侧管理的通知，对加强用电侧管理提出了具体要求，必将进一步推动 电力需求侧管理工作深入健康发展。为促进电力与经济、能源、环境的协调发展，优化电力资源配 置，满足国民经济可持续健康发展和人民生活不断提高对电力的需求，保证电力安全、稳定和充足 的供应，缓解电网峰谷差的矛盾将产生深远影响。 1 2 4d s m 内容 ( 1 ) 削峰，降低电力系统的高峰负荷； ( 2 ) 填谷，用户多用电力系统的低谷电力，使低谷负荷升高； ( 3 ) 移峰填谷，用户高峰时使用的电力移到低谷时使用； ( 4 ) 整体性节电，用户在全天用电中每时每刻都节约用电； ( 5 ) 策略性负荷整体上升，当电力系统出力有富裕时，采取措旖让用户多用电； ( 6 ) 可变负荷方式，通过改变用户的用电方式来改变用电负荷。 由此可见，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。 2 第一章绪论 1 2 5 实旌d 跚手段 ( 1 ) 技术手段，包括提高效率和削峰填谷技术措施。如各种高效节能灯具、电冰箱、空调器、变 压器、电动机、热水器、蓄冷蓄热技术、自动控制技术、变频调速技术、余热和余压发电技术、太 阳能和风能利用技术以及能源替代技术等。 ( 2 ) 行政手段，即政府和有关职能部门通过法规、标准和制度来控制和规范电力消费和节能市场 行为，鼓励节约，约束浪费，保护环境。 ( 3 ) 财政手段，主要有：电价鼓励、折让鼓励、借贷鼓励、免费安装鼓励、节电设备租赁鼓励、 节电招标鼓励、节电特别奖励等。 ( 4 ) 诱导鼓励，即对用户进行消费引导，如普及节电知识、信息传播、研讨交流、审计咨询、与 产品制造商合作等等u 1 。 1 2 6 国内外d 跚发展动态 1 国外d s m 发展动态 d s m 从产生到现在已有近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。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，时高峰负荷削减了0 4 1 4 ，相当负荷增长率的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。以缅因州电力公司为例，1 9 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0 9 l 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 。1 9 8 9 年至1 9 9 4 年累计节电2 0 0 0 亿k w h ，其中1 9 9 4 年有5 0 0 亿k w h 。至今为止，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 0 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h 。 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( 0 n t a r l 0 ) ， 1 9 8 9 1 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。 总的来看，在国外工业化国家，d s m 的理论、技术都已成熟，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。 2 国内d s m 的发展 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中国，政府有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 3 本文的主要工作 本文的主要工作内容： ( 1 ) 说明需求侧管理的一些基本概念，如特点、内容、手段、意义以及发展等。 ( 2 ) 阐述负荷特性分析的基本概念及指标，分析高邮县的用电结构和负荷特性 ( 3 ) 分析高邮县的d s m 潜力和成本效益。 本文的结构安排： 第一章：绪论 介绍了本文的研究背景、意义，介绍了需求侧管理的基本概念、特点、内容、手段、意义以及 发展，以及本文所要做的主要工作。 第二章：负荷特性分析基础 介绍了负荷的组成、分类、特点、常用指标、意义。 第三章：高邮县电力负荷特性分析 分析了高邮县社会经济发展概况、电力供需状况，以及高邮县负荷特性以及负荷特性的相关性。 其中负荷特性分析包括负荷率分析、峰谷差分析、夏季典型日负荷分析、夏季日峰荷与温度因子的 相关性分析、夏季日峰荷对温度因子的灵敏度分析等。 第四章：d s m 措施理论分析 介绍了实施d s m 的目的意义、技术手段及d s m 措施成本效益分析的基本知识。 3 东南大学工程硕士学位论文 第五章：高邮县d s m 措施成本效益分析 对于高邮县d s m 措施进行成本效益评估的详细计算，在绿色照明方面主要是第三产业大用户的 白炽灯改造为紧凑型荧光灯，其他还有工业中的电机驱动，居民中的高效空调等。 第六章：示范项目 总结某一企业开展需求侧管理工作的经验体会。 第七章：总结 4 第二章负荷特性分析基础 第二章负荷特性分析基础 电力系统负荷根据范围的不同，可将其分为综合用电负荷、供电负荷、发电负荷几种。其中电 力系统的综合用电负荷指的是系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和，它是把工业用 户消费的功率与居民、商业、农业、交通运输业和市政生活消费的电功率相加而得。 电力系统负荷是一个周期性和随机性都很强的系统，它与社会、经济、政治、气象等众多的因 素有着极为复杂的关系。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。因此，在对县级电力系统的负荷特性进行分析、研究时 既要充分分析又要掌握并利用其规律性旧。 2 1 负荷的组成 电力系统负荷根据不同的行业、不同的生产性质，由不同的用电设备组成的。从微观上来看， 各种不同的用电设备都是由几种基本元件所组成，如电饭锅、白炽灯等就主要由电阻元件构成，电 容器主要由电容元件所组成，高频线圈、电磁铁和变压器主要由电感元件所组成，各种不同的元件 相互组合，就构成了不同的用电设备。 从宏观来看，不同的行业因其生产性质的不同，使用的用电设备各不相同。居民( 商业) 用户 的用电设备通常包括：电热器具、电力采暖器具、制冷( 空调) 设备、家用热水器、照明设备、冰 箱、炊事器具、洗衣( 洗碗) 设备、水加热( 水过滤) 设备等；工业用户的用电设备通常包括异步电 动机、同步电动机、电热设备、整流设备和照明设备等。在工业负荷中，对于不同的行业，用电设 备的组成也各不相同。在同一行业内部，由于产品的不同，使用的用电设备也有所差异。 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。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。 2 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，进行负荷 特性分析的依据幢1 。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。行业用电负荷具体可 以分为以下几种： l 、农、林、牧、渔业用电负荷 这类负荷主要包括从事各种农作物种植活动时消耗的电力负荷，林木的培育、种植、抚育、采 伐、运输过程中消耗的电力负荷；为获得各种畜禽而从事的动物饲养活动中消耗的电力负荷；在海 洋、内陆水域养殖和捕捞活动时消耗的电力负荷以及对农、林、牧、渔业生产活动进行各种支持性 服务时消耗的电力负荷。这部分负荷受季节、气温等自然条件的影响很大，有时候变化比较剧烈。 比如，气温的降低可能会造成农作物灌溉负荷骤降。此外，由于我国地域广阔，各地气候的不同， 地理位置也会对这类负荷产生较大的影响，比如，一场大雨对北方干旱地区而言可造成农业负荷骤 降，但却可能造成南方多雨地排涝用电负荷的剧增。 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。按其行业性质来分，可以将工业分为： ( 1 ) 采选业，具体包括煤炭采选、石油天然气开采、黑色金属矿采选、有色金属矿采选、非金 属矿采选。主要为国民经济生产提供物质生产资料； ( 2 ) 制造业，具体包括食品、饮料及烟草制造，纺织，服装加工，木材加工及家具制造，造纸 5 东南大学工程硕士学位论文 业，印刷业，文教体育用品制造、石油加工、化学工业、医药工业、橡胶及塑料制品、非金属矿物 加工、黑色金属加工、有色金属加工、金属制品、机械设备制造、交通运输及电气电子设备制造、 工艺品制造等。主要是将原材料经过物理或化学变化，产生新的产品； ( 3 ) 电力、燃气及水的生产和供应负荷，包括发电厂的厂用电、线路损失负荷，燃气和水生产 在供应过程中消耗的电力负荷。 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 、居民用电负荷 居民用电负荷主要是居民的家用负荷，它具有经常的年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 中所占的比例引。 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。 4 、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，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。 5 、其它用电负荷 这类负荷包括地质普查和勘探过程中消耗的负荷；建筑和安装过程中的用电负荷；交通运输、 仓储和邮政服务中的用电负荷；信息传输、计算机服务和软件制造、服务过程中消耗的用电负荷； 金融、房地产、商务过程中消耗的用电负荷；公用事业及管理过程中消耗的用电负荷。 这部分负荷占负荷总量的比重较小，但随着第三产业的不断发展，其在国民经济中所占比重的 不断增加，推动了建筑、计算机服务、信息传输、房地产、仓储等行业的发展，使其用电量迅速增 长，呈现出快速增长的趋势。 2 3 电力系统负荷的特点 2 3 1 电力的特点 电力作为二次能源，它不同于煤、石油、天然气等一次能源，其生产、输送、分配具有以下特 点： ( 1 ) 发电厂建设耗资大，建设周期长 电力工业属资金密集型行业，发电厂的建设需要大量的资金，一般来说，一个千瓦电力装机的 造价，火力要3 0 0 0 元到5 0 0 0 元左右，水电要5 0 0 0 元到1 0 0 0 0 元左右；一座电站装机数十万千瓦到 上百万千瓦，动辙投资就是数十亿到上百亿元。由于发电厂建设的复杂性，其建设周期也相对较长， 大型水电站的建设周期一般需要7 年到8 年时间，核电站的建设周期需要6 年到7 年，天然气发电 项目包括天然气开发建设需要5 年以上时间，大型火电厂建设需要4 到5 年时间。因此，电力生产 需要相对超前。 ( 2 ) 电能不能大量存储 电能的生产、变换j 输送、分配、消费是在同一时间内进行的，是不能贮藏的，即发电厂每时 每刻生产的电能取决于同一时刻用电设备消费的能量与输送、分配中损耗的电能之和，这是电能生 产的最大特点。这个特点要求在运行时保持电源和负荷之间的功率平衡。另外，由于发电和用电同 时进行，因此电力系统的各个设备环节之间具有十分紧密的相互依赖关系。不论生产和变换能量的 原动机、发电机还是输送、分配电能的变压器、输配电线路以及用电设备等，只要其中的任何一个 元件设备发生故障，都会影响电力系统正常工作。考虑到能量不能存储的特点，电力系统在运行中 还需要注意经济、有效、合理地使用电能，以节约能源。 ( 3 ) 电能生产与国民经济各部门的关系密切 由于电能与其他能量之间转换方便，适宜进行大量生产、集中管理、远距离输送、自动控制， 使用电能较使用其他能量有显著优点。因此，现代工业、农业、交通等各部门都广泛使用电能。电 6 第二章负荷特性分析基础 能作为经济的“血液”，对于国民经济各个行业和人民生活非常重要，电能供应的中断或减少都将影 响国民经济的各个部门工作的进行。 ( 4 ) 过渡过程十分短暂 电力系统中电和磁是相互联系在一起的，任何一处发生的电磁变化过程，都会以光速传播而影 响整个电力系统，所以电力系统运行中发生突然变化所引起的电磁方面的变化过程是极其迅速的。 电力系统中的正常操作，如变压器、输电线路的投人运行和切除都是在极短时问内完成的；电力系 统中出现的故障，如雷击引起线路闪络、导致相问短路或接地故障以及运行人员误操作造成发电机 误跳闸等，都是在一瞬间完成的。因此在电力系统中要求进行快速控制和快速排除故障，否则将危 及整个电力系统的安全稳定运行。 2 3 2 电力系统负荷的特点 电力系统负荷一般可以分为居民用电负荷、商业用电负荷、农、林、牧、渔用电负荷、工业用 电负荷以及其它用电负荷等，不同类型的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，电力负荷呈现出如下的共同特点： ( 1 ) 电力系统的负荷是经常变化的，不但按小时变、按日变，而且按周变，按年变。但对电力 系统的负荷曲线从每周来分析，负荷的变化是具有周期规律的，如图2 一l 所示。 从图2 一l 中可以看出：负荷每隔几小时不断起伏，具有较大的周期性，即负荷的变化周期为几 小时( 一天) 。但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。正如上面所提到的，电力负荷不但具有天周期，还具有周周期( 见图2 2 ) 、月周期和年 周期。一般说来，负荷的周周期是比较明显的，在公休日的负荷水平较低，工作日的负荷水平较高， 这与人民的生产、生活和学习大都是以周为单位安排计划有关，而且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 律相关荫1 。 图2 1以天为周期的负荷曲线 7 东南大学工程硕士学位论文 ( 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，从电力系统的稳定性要求可以找出负荷的连续性的原因。电力系统的运行条件一般可以用 三组方程式来描述。一组微分方程式用来描述电力系统元件及其控制设备的动态行为：另两组代数 方程式则分别构成电力系统运行的等式和不等式约束条件“。 所谓等式约束条件就是电力系统发出的总的有功和无功功率应随时随刻与电力系统中随机变化 着的总的有功和无功负荷( 包括线损) 相等。这是电力系统正常运行的必要条件。 可用下列数学公式表示 p g f 一 。p f 一 p s = o( 2 一1 ) j _ _ _ - j _ _ - j _ 一 fjj q g r 一q 巧一q s = o t j s ( 2 2 ) 其中，g 、彰o 发电机或其他电源设备发出的有功和无功功率； 一 、一 几、蟛各种有功和无功负荷； 一 n 凹、凸蟛电力系统中各种有功和无功功率的损耗。 其中一组代数方程式构成电力系统运行的不等式约束条件，表示在系统正常运行条件下涉及系 统安全运行的某些参数( 如母线电压、线路潮流) ，应处于系统或设备安全运行的允许范围之内，其 中就涉及到发电机的有功和无功出力的不等式约束。根据该约束条件，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。 由电力负荷的构成分析中可以看出电力负荷还具有非常明显的季节性特点。在比较温和的春、 秋季节，由于温度、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。因此，如果不考虑经济发展的影响，夏季和冬季的负荷一般来说要高于春秋季的用电负 荷，夏季的用电负荷又要高于冬季的用电负荷，这与各类用电负荷的季节性相关。所以们常常讨论 的是有典型意义的夏季与冬季的负荷情况。 随着国民经济的快速发展，工厂生产和办公条件的改善，特别是人民生活水平的不断提高，越 来越多的空调、制冷设备等电器投入使用，这使得夏季特别是高温期间电力负荷的季节性特点更加 明显。在夏季高温期间，电力负荷中的空调用电比重较大，在部分城市甚至达到用电负荷的6 0 ， 空调的普及使得负荷总量随温度改变而改变；尤其是空调的降温负荷，现在已成为夏季高温季节的 8 第二章负荷特性分析基础 主要用电负荷之一u 引。从图2 3 可以看出，夏季高温期间负荷呈现出明显的峰谷特点，晚十点至早 八点为负荷的低谷，九点开始后受工厂生产、特别是办公空调和工厂降温负荷的影响，负荷呈现出 急剧上升并在十点左右形成早峰；其后由于下班和午休的影响，负荷下降，形成低谷，而后又在1 6 时左右形成负荷的腰峰；晚上，随着居民降温负荷的急剧上升，在十九时或二十时左右形成了负荷 的晚高峰，晚高峰的负荷主要由空调负荷和居民晚问照明负荷组成，并与部分工厂的生产负荷相叠 加，一般晚高峰的负荷高于早峰和腰峰的负荷，对夏季负荷高峰的形成有着极大地影响。 冬季负荷，尤其是低温期问的负荷与夏季高温期间的负荷基本类似。在上午- 卜点中左右和下午 十八时左右，由于空调和取暖设备的大量使用，使得负荷随温度的降低而激增，形成了负荷的高峰。 冬季由于工作时间的变化，一般不存在负荷的腰峰。同夏季一样，晚间的负荷高峰也主要有取暖负 荷和居民晚问照明负荷组成，高于早峰负荷。 9 东南大学工程硕士学位论文 除了温度这个最主要的影响因素以外，还受到降水量、湿度、风向等诸多因素的影响。但这些 影响因素要视不同地区的实际情况而定，并非都是负荷预测的主要考虑因素。如对于降水量较大的 地区，不仅要考虑农业旱涝造成的影响，而且降水量对地区的水电同样要产生作用。对不同地区的 负荷特性，如果受其中个别因素的影响较大，应该对此进行特别考虑。 总而言之，从长时问观察，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，必须在进行分析时对其充分考虑。 2 4 常用负荷特性指标 ( 1 ) ( 典型日) 日最大( 小) 负荷：典型日中记录的负荷中，数之最大的一个。记录时间间隔可 为小时、半小时、1 5 分钟或瞬时，典型日一般选最大负荷日，也可选最大峰谷差日，还可根据各地 区情况选不同季节的某一代表日。 ( 2 ) 日平均负荷：日电量除以2 4 。 ( 3 ) 日负荷率( ，) ：一般取最大负荷日的平均负荷与最大负荷的比值，即 ”= p 了：，p ￥二a x ( 2 3 ) n ( f )n ( f ) 式中p 拍v 第i 月最大负荷日的日平均负荷；p d n a x 第i 月最大负荷日的日最大负荷。 口，n ( f )、 ( 4 ) 日最小负荷率( p ) ：一般取阅最大负荷日最小负荷p d l t l i n ，与最大负荷的比值，即 屈= p 呈二。p ：n 。 ( 2 4 ) ( 5 ) 年平均负荷率( ，) ：一年内1 2 个月各月最大负荷日的平均负荷之和与各月最大负荷日最 大负荷之和的比值，即 ( 2 5 ) ( 6 ) 年平均日最小负荷率( ) ：一年内1 2 个月各月最大负荷日的最小负荷之和与各月最大负 荷日最大负荷之和的比值，即 1 0 耄吾“小 p 他h o 小 p 他h = 一y 第二章负荷特性分析基础 万= p 呈上p i l 。 ( 2 6 ) p l仨1 ( 7 ) 月负荷率( 盯) ：月平均负荷与月最大负荷日平均负荷的比值，即 仃。2 p ：；：0 p 0 r 9 7 、 ( 8 ) 年平均月负荷率( 仃) ：又称月不均衡系数，一年内1 2 个月各月平均负荷之和与各月最大 负荷日平均负荷之和的比值，即 1 21 2 万= p ：乞。p ：。 ( 2 8 ) f _ 1# 1 ( 9 ) 季负荷率( ) ：又称月不均衡系数，一年内1 2 个月各月最大负荷日最大负荷之和的平均 值与年最大负荷的比值，即 旦，、 p = p ：二。1 劲。 ( 2 9 ) 睹1 ( 1 0 ) 年负荷率( d ) ：为年平均负荷与年最大负荷的比值，即 万= p 。p 。a x = 尹万p ( 2 1 0 ) n ( f ) 以上式中m “第i 月的平均负荷； m “年最大负荷； 一“年平均负荷。 最大负荷利用小时数：为年用电量与年最大负荷的比值，即 乙= e p 一= 丁万= 丁歹万p ( 2 1 1 ) 其中：t 为年日历小时数，即8 7 6 0 h 。 日峰谷差：日最大负荷与最小负荷之差。 日峰谷差率：日最大负荷与最小负荷之差与日最大负荷的比值。 年最大峰谷差：一年中日峰谷差的最大值。 年平均峰谷差：一年中日峰谷差的平均值。 年平均峰谷差率：一年中日峰谷差率的平均值。 ( 典型) 日负荷曲线：( 典型日) 按一天中逐小时( 半小时、1 5 分钟) 负荷变化绘制的曲线。 年负荷曲线：按一年中逐月最大负荷绘制的曲线。 年持续负荷曲线：按一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。 2 5 负荷特性分析的意义 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心1 。 对电力系统负荷的历史数据进行分析，可为电网经营管理指导方针的制定和发用电生产计划的 编制提供必要的决策依据，是观察地区经济发展趋势，做好用电负荷安排，开展计划用电，使电能 得到充分合理利用的一项不可缺少的重要工作。对于保证电能质量和电网安全稳定运行有着积极的 促进作用。 最近几年，我国经济( 特别是长江三角洲地区) 的高速发展，造成电网最大负荷持续较快的增 长，峰谷差增大，负荷率下降，电力供应紧张，电网安全隐患日益加剧。和工业用电的稳步增长不 同的是：第三产业和居民生活中空调负荷的变化难以预测，夏季不少城市限工业用电保空调降温用 电，说明夏季供电紧张主要是因普遍的高温天气，空调、降温季节性负荷激增。所以，负荷特性分 析特别是季节性负荷特性分析显得尤为重要。 第三章高邮市电力负荷特性分析 第三章高邮市电力负荷特性分析 3 1 高邮市国民经济发展概况 高邮市地处长江三角洲，位于江苏沿江经济开放带的北侧，京沪高速公路和京杭大运河纵贯全 市南北，运河大桥、湖区漫水公路和高邮、珠湖船闸连接运河东西。全市总面积达1 9 6 3 平方公里， 其中水面7 8 8 平方公里，人口8 3 万，市区人口1 5 万。辖1 9 个镇，1 个回族乡。因秦王赢政时筑高 台、置邮亭，故名高邮，别称秦邮，“华夏一邮邑，神州无同类”，是全国2 0 0 0 多个县市中唯一以 “邮”命名的城市。高邮经济发达、交通便捷、商业繁荣、人文荟萃、环境优美、资源丰富，现正 在建设成为古代文化和现代文明交相辉映的城市。气候：高邮位于北纬3 2 。4 7 ，东经1 1 9 。2 57， 地处江淮平原南端，属亚热带温润气候区，常年主导风为东南风，平均风速3 6 米秒；年平均气温 1 5 ：年平均降雨1 0 3 0 毫米，年平均气压1 0 1 6 毫巴，年平均相对湿度6 7 ，无霜期为2 1 7 天。具有 气候温和、雨量充沛、四季分明、日光充足、无霜期长等特点。 “八五”期间( 1 9 9 卜1 9 9 5 年) ，国民经济持续快速发展，年平均增长3 8 4 0 。产业结构调整取 得