（电气工程专业论文）海安县负荷特性与dsm潜力分析.pdf

摘 要 海安负荷特性及d s m 潜力分析 摘要 经济的快速发展，必然会给环境和能源带来一定的影响。需求侧管理技术是国际上提倡的一种 先进的资源规划方法和管理技术，其目的是合理开发和有效利用资源，有力地促进经济、能源、环 境的协调发展。 本文首先阐述了电力需求侧管理的概念，内容，方法及意义。实施d s m 首先必须开展的工作就 是负荷特性分析。在负荷特性分析方面，首先介绍了负荷特性分析的一些基本概念及指标，然后对 海安县的负荷特性进行了详细的分析计算，其中包括负荷率分析、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。 在负荷特性分析的基础上讨论了d s m 成本效益分析的意义，技术手段和评价指标。主要有可避 免电量、可避免峰荷容量、可避免电量成本、可避免峰荷容量成本、单位节电成本、节电峰荷容量 成本、年纯收益、投资回收期等。在此基础上，展开有关海安县需求侧管理措施的成本效益分析计 算，其中重点分析了第三产业的绿色照明，工业的电机驱动，居民的高效空调等。 最后，在前面d s m 措施成本效益分析的基础上，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。 关键词：需求侧管理、负荷特性分析、灵敏度分析、成本效益分析、政策 东南大学工程硕士学位论文 l o a dc h a r a c t e r i s t i ca n dd s m p o t e n t i a la n a l y s i si nh a i a n a b s t r a c t t h ef a s td e v e l o p m e n to fe c o n o m yw i l li n e v i t a b l yb r i n gc e r t a i ni n n u e n c et oe n v i m n m e n ta n de n e r g y d e m a i l ds i d em a i l a g e m e n tt e c h n o l o g yi sa i la d v 舡l c e dr e s o u r c ep m 伊删n gn l e m o da i l dm a l l a g e m e n t t e c l l l l 0 1 0 9 yw h i c hi sa d v o c a t e da l lo v e rt 1 1 ew o r l d ，w h o s ep u r p o s ei st om a l 【eu s eo fr e s o u r c ei nr e a s o na 1 1 d e f r c c t i v e l y ，p r o m o t i n gc o o r d i i l a t ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y e n e 玛y ，e n r o n m e n te a e c t i v e l y t h ec o n c e p t i o n ，c o n t e n t ，m e m o d sa i l dt l l ev a l u eo fd s ma r ee x p o u n d e df i r s ti n t h i st h e s i s f o r c 咧i n go nt l l ed s m ，m ej o b 枷s tb ed o n ef i r s ti sa l l a l y z i n gt h el o a dc h a r a c t e d s t i c a st oa n a l y z i n gt l l e l o a dc h 撇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 1 1 t m d u c e df i r s t t 1 1 e n ，ic a l c u l a t ei nd e t a i li na i l a l y z i n gm e l o a dc h a r a c t e d s t i co fh a i a l lx i a n ，s u c ha sl o a dr a t ea n a l y s i s ，m el o a do fr e p r e s e n t a t i v ed a ya i l a l y s i s ，t h e r 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 1 1 a l y s i s ，t h ec o s t - b e n e f i ta i l a l y s i so f 1 ed e m a l l ds i d em a n a g e m e n ti i lh a i a i l x i a l li sd 印l o y e d t h el i 曲t i n gi nt h et h i r di n d u s t 吼t 1 1 em o t o r “v ei ni n d u s 缸ya n d l eh i 曲一e m c i e n c y c o n d i t i o n i i l gi nd e n i z e na r ea n a l y z e de m p h a t i c a l l y ： k e ”o r d s ： d e m a l l ds i d em a n a g e m e n t 、l o a dc h a m c t e r i s t i ca i l a l y s i s 、 s e n s i t i v i t ya n a l y s i s 、 c o s t - b e n e f i ta i l a l y s i s 、p o l i c i e s i i 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我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽 我所知，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。 研究生 东南大学 期： 授权声明 东南大学、中国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。 研究生 签名： 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着世界经济的高速增长，能源相对短缺的问题日益突显，经济发展与能源利用成为一对难以 调和的矛盾。经济高度发达，对电力的需求也达到了前所未有的高度。一方面对电力供应是严峻的 考验；另一方面，由于石油、煤炭等能源的短缺，致使发电成本上升，电力价格随之猛增。在这种 背景下，节能任务迫切的摆在人们的面前，用户、能源部门乃至全社会都意识到节能的重要性。 综合资源规划( i n t e g r a t e dr e s o u r c ep l a n n i n g ，i r p ) 方法与需求侧管理( d e m a n ds i d e m 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资源规划方法和管理技术幢1 ，它适合市场 经济运行机制，可以应用在电力、燃气、热力、供水等公用事业部门。需求侧管理作为可持续发展 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。现在世界上有3 0 多个国家和地区，应用d s m 技术推动用户节能节电，取得了 显著节电效果、经济效果、环保效果，已经成为可持续能源、电力发展战略的重要支持手段，引起 了各国政府和国际社会的特别关注。 1 2 电力需求侧管理( d s m ) 概述 1 2 1 电力需求侧管理概念 所谓电力需求侧管理( d e m a n d s i d e m 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，所以有人又把需求方管理称为“负 瓦管理。” 电力需求侧管理是对电力用户推行节电及负荷管理工作的一种模式，是综合资源规划 ( i n t e g r a t e dr e s o u r c ep l a n n i n g ，简称i r p ) 的一项主要内容( i r p 是7 0 年代由于石油危机而提 出的电力规划方法) 。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路，通过对 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，使得用电管理部门充分掌握过去、 当前以及未来时间内的用电趋势和用电峰谷期出现的时间及峰谷值等信息，从而按照最小费用的原 则寻求优化方案，通过电力蓄能技术、电力负荷管理技术及合理安排用电时间等手段，将高峰电力 转移低谷，以均衡用电实现均衡发电，从而使电力产生最大的社会效益和经济效益儿4 。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。 1 2 2 d s m 特点 与我国传统节电相比，d s m 无论是政策、法规，还是内容都要丰富的多。凡是以节约电量和调 整电力负荷为目的的任何改变用户用电状况的措施、手段和技术，都属于d s m 范畴。从特点上看： ( 1 ) 改变了电力规划中传统的资源观念，把节电也作为一种资源纳入电力规划，把节电规划和 电源开发融为一体，把节电资源和供电资源置于同等地位参与竞争，达到合理配置资源的目的。节 电不仅是弥补电力供应缺口，更重要的是最经济有效地利用能源资源。 ( 2 ) 改变了传统的电力规划在节能方面的模糊性，把用户终端节电的实施作为一个重要的规划 东南大学工程硕士学位论文 领域。它把节能的落脚点放置在终端的具体用电设备上，便于通过需求侧采取有针对性的便于操作 的推动政策和技术措施，使节能计划容易实施。 ( 3 ) 以经济效益为中心的原则：任何节电项目是否能够实施的首要原则就是看它是否有经济效 益，要看投入产出比及投资回报率。这里讲的效益强调的是参与d s m 的四个方面均有收益，而不是 只顾一方的经济效益，不顾其他方经济效益，更不能为一方的经济效益而损害其他方经济效益。一 是社会，它是整体利益的代表，政府职能部门是它的有效执行者；二是用户，它代表需求方的利益； 三是电力公司，它是供应方的利益代表：四是参与部分d s m 项目的执行者，如节能公司等。任何一 个d s m 项目，只有在社会、用户、电力公司和项目执行者( 即能源服务公司，e n e r g rs e r v e c 伽p a n y ， 简称e s c ) 的收益都大于成本时才能考虑接受。而各方能否获益的关键所在又是政府的政策和电力 公司的具体经营策略，并通过市场信号体现。 ( 4 ) 强调电力公司的主体作用。在政策上必须激发电力公司开展d s m 的主动性和积极性。要使 电力公司投资于节电项目能够获得比新建电厂更高的回报；在体制和机构方面，要把电力公司的职 能范围从发、供电范围扩展到节电领域，并为其采取多种经济手段促进用户的节能创造条件。 ( 5 ) 强调电力公司与用户的伙伴关系。供电系统是以输、配线网络的形式连接起千家万户，它 具有高度的垄断性，其市场竞争机制并不明显，用户对电能几乎没有选择余地，常常处于求助地位。 d s m 要求电力公司与用户共同付出代价，共同承担风险，共同获得利益。只有在他们之间建立起融 洽的合作关系，才能在电力开发节电领域取得整体利益，使供需双方都有利可图。 ( 6 ) 强调对用户优质服务。优质能源服务是用户的根本要求，它不主张采取拉闸限电、轮休、 倒班等不顾用户承受能力和经济效益的作法，更多的是鼓励采取科学的管理方法和先进的技术管理 手段，在不强行改变消费行为、正常生产秩序和生活节奏的条件下，促使用户主动改变消费行为和 用电方式，提高用电效率以减少电力需求。这样才能使供需双方从需求侧管理实践中理解到：节电 并不意味着以降低生活活力和生活水平为代价，而是有价值的增益活动。特别是对曾饱受多年缺电 之苦的国家和地区来说，对那种以降低能源服务条件，牺牲用户利益，来挖“节能“潜力的做法是 深恶痛绝的。所以能否把用户从被动节电引导到主动节电上来，是需求侧管理成败的关键。 1 2 3 d 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，采取措施让用户多用电； ( 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，所以说开展d s m 的意义更为重大埔1 。 1 2 4 实施d s m 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旧。 ( 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。 第一章绪论 1 2 5 国内外d s m 发展动态 1 国外d s m 发展动态 d s m 最早在美国产生，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0 9 1 亿k 、h ， 避免容量6 3 万k w 。9 4 年美国d s m 的投资己达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 ，其中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 o m m e n d 应用商业分析模型、e p r m 也 最大限度负荷状况管理软件包、e p c o g e n m a s 软件包、s r c c o 咖p a s s 综合计划和市场分析系 统软件包等。 随着d s m 经验的积累，措施的完善，d s m 己扩大到加拿大、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。 总的来看u0 。，在国外工业化国家，d s m 的理论、技术都已十分成熟，且己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 我国d s m 的发展 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【l 。 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，分析海安县的用电结构和负荷特性 ( 3 ) 分析海安县的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。 一3 东南大学工程硕士学位论文 第三章：海安县电力负荷特性分析 分析了海安县社会经济发展概况、电力供需状况，以及海安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。 第五章：海安县d s m 措施成本效益分析 对于海安县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。采用d s m 措 施成本效益方法分析了两个具体的工业企业。 第六章：需求侧管理方法的政策建议 在前面d s m 措施成本效益分析的基础上，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。 第七章：总结 总结全文。 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口m 1 。 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，我们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。 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 特性分析的依据四1 。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： 1 、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 一5 一 东南大学工程硕士学位论文 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 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。 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 6 第二章负荷特性分析基础 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 5 】： ( 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 年时问，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、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各消费的能量与输送、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 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间内完成的；电力系 统中出现的故障，如雷击引起线路闪络、导致相间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 及箍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 ： 东南大学工程硕士学位论文 ( 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 1 所示。 图2 一l以天为周期的负荷曲线 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划，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。 图2 2以周为周期的负荷曲线 第二章负荷特性分析基础 ( 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 y p g f _ y r ，一y 蛾：o ( 2 1 ) j _ 一j _ 一j - 一 iis q g f 一幽一9 = o 其中p g 、q g 发电机或其他电源设备发出的有功和无功功率； p c 、q 各种有功和无功负荷； p 、q 电力系统中各种有功和无功功率的损耗。 ( 2 2 ) 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。所以我们常常讨 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 主要用电负荷之一。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，晚十时至早八 时为负荷的低谷，九时开始后受工厂生产、特别是办公空调和工厂降温负荷的影响，负荷呈现出急 剧上升并在十时左右形成早峰；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间照明负荷组成，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。 一9 东南大学工程硕士学位论文 图2 3 典型夏日负荷曲线 冬季负荷，尤其是低温期间的负荷与夏季高温期间的负荷基本类似。在上午十时左右和下午十 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，晚问的负荷高峰也主要有取暖负 荷和居民晚间照明负荷组成，高于早峰负荷。 图2 4 典型冬日负荷曲线 1 0 第二章负荷特性分析基础 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，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，数字最大的一个。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( y ) ：一般取最大负荷日的平均负荷与最大负荷的比值，即 乃= p 2 p k 式中p 呈：，第i 月最大负荷日的日平均负荷； p 0 第i 月最大负荷曰的日最大负荷。 ( 2 3 ) ( 4 )日最小负荷率( ) ：一般取最大负荷日最小负荷( p ) 与最大负荷的比值，即 屈= p p k ( 2 4 ) ( 5 ) 年平均日负荷率( y ) ：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 1 21 2 歹= p p k f = lf = l ( 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 21 2 万= p p 譬0 f = lf = l ( 2 6 ) 东南大学工程硕士学位论文 ( 7 ) 月平均负荷率( 仃) ：月平均负荷与月最大负荷日平均负荷的比值，即 盯，= p 2 ，p 呈：， ( 2 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 2 ，p ：， ( 2 8 ) f = 1f = 1 ( 9 ) 季负荷率( p ) ：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 1 2 p = p 乙。1 2 p 。 ( 2 9 ) f = l 线。 ( 1 0 ) 年负荷率( 万) ：为年平均负荷与年最大负荷的比值，即 万= p 。，p 。= 歹万p 以上式中p 跪，第i 月的平均负荷； p m x 年最大负荷5 p n v 年平均负荷。 ( 1 1 ) 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 。= 丁万= 丁歹万p ( 2 1 0 ) ( 2 1 1 ) 其中：t 为年日历小时数，即8 7 6 0 h 。 ( 1 2 ) 日峰谷差：日最大负荷与最小负荷之差。 ( 1 3 ) 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。 ( 1 4 ) 年最大峰谷差：一年中日峰谷差的最大值。 ( 1 5 ) 年平均峰谷差：一年中日峰谷差的平均值。 ( 1 6 ) 年平均峰谷差率：一年中日峰谷差率的平均值。 ( 1 7 ) ( 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 ( 1 8 ) 年负荷曲线：按一年中逐月最大负荷绘制的曲线。 ( 1 9 ) 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。 1 2 第二章负荷特性分析基础 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。 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。 一1 3 第三章海安县电力负荷特性分析 第三章海安县电力负荷特性分析 3 1 海安县社会经济发展概况 海安地处苏中平原，东临黄海，隶属于中国最早开放的沿海开放城市南通，总面积1 1 0 8 平方公 里。2 0 0 3 年底全县总人口9 7 万人左右，其中城镇人口约3 3 万人。2 0 0 3 年实现g d p9 3 5 4 亿元，与 1 9 9 4 年3 3 4 4 5 亿元相比增长1 7 9 6 8 ，1 0 年年均增长1 7 9 7 。其中第一产业实现g d p2 0 6 5 亿元， 与1 9 9 4 年6 3 4 5 亿元相比增长2 2 5 4 5 ，1 0 年年均增长2 2 5 5 ，第二产业4 0 0 8 亿元，与1 9 9 4 年 1 0 2 0 7 亿元相比增长2 9 2 6 7 ，1 0 年年均增长2 9 2 7 第三产业3 2 8 2 亿元，与1 9 9 4 年5 7 7 9 2 亿元 相比增长4 6 7 9 0 ，1 0 年年均增长4 6 7 9 。本地区人口l o 年年均负增长o 2 3 4 ，城镇人口年平均增 长0 3 9 3 。1 9 9 4 年以来海安g d p 增长情况如图3 1 所示。 、 1 r 、 蚓 山 口 o 1 9 9 41 9 9 51 9 9 6 1 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 2 2 0 0 3 图3 11 9 9 4 年以来海安g d p 增长情况( 亿元) 2 0 0 4 年全国县域社会经济综合发展指数评比海安列第1 5 0 位，完成地区生产总值1 1 4 1 亿元， 增长1 6 3 ；实现财政收入1 0 亿元，增长1 7 5 ；全社会固定资产投资6 3 1 亿元，增长4 9 ，县域 经济综合实力明显增强。 一 9 9 年o o 年0 1 年0 2 年0 3 年 能源结构、 电力 4 2 54 34 4 33 9 44 4 2 煤炭 4 1 84 1 93 7 94 4 74 1 2 柴油、汽油9 59 1 1 5 9 89 9 天然气、煤气等 0 6o 6o 60 70 7 其它能源 5 65 55 75 44 表3 1 能源消费结构 一1 5 如舳加如加m 0 东南大学工程硕士学位论文 3 2 海安县电力供需状况 2 0 0 4 年海安县完成全社会用电量1 1 2 8 亿千瓦时，比2 0 0 3 年增长2 7 4 1 ；其中工业用电量7 7 1 亿千瓦时，增长3 4 6 0 。1 9 9 4 年以来全社会用电量逐年增大趋势如图3 2 。 一、 藿 o 8 _ 蚓 脚 旺 | | | | | | | | | | | | | | | | | | 第三章海安县电力负荷特性分析 互 k v 耀 g _ 1 嚼 四 a 从。、州一” i 喇 o l o 2 03 0 4 0 5 0 图3 42 0 0 1 2 0 0 4 年( 截至0 4 年1 0 月) 月最大负荷的总趋势图 由图3 4 可以看出，2 0 0 0 年至2 0 0 4 年月最大负荷变化较大，尤其是夏季高峰增幅很大。 随着经济的快速发展，2 0 0 4 年以来，海安县电力供需矛盾十分突出。尤其是进入迎峰度夏期间， 全县电力需求缺口更大，错峰、避峰负荷超过2 0 0 3 年的一倍。最高错峰负荷在达到6 万千瓦。 年用电量的增长率与最人负荷的增长率比较如图3 5 所示，年