（电气工程专业论文）电力市场条件下地区电网负荷预测的研究.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 本文首先概述了乌海地区电力市场概况，对电力系统的短期负荷预测的各种传 统方法及现代方法进行了综述，并重点研究了人工神经网络在短期电力负荷预测中 的应用。针对神经网络中最常用的算法所存在的收敛速度慢，容易陷入局部极值的 问题，采用遗传算法优化神经网络的初始权值和隐层节点数，从而避免了神经网络 结构确定和初始权值选择的盲目性。根据负荷的不同规律，分别建立工作日、休息 日不同的预测模型。在电力市场环境下，引入了电价因子作为负荷预测的一个影响 因素，使得预测更加合理。论文以乌海地区的负荷作为预测对象，应用本研究对象 进行短期负荷预测，结果较为满意，能够满足实际生产的要求。 关键词：人工神经网络，遗传算法，短期负荷预测 a bs t r a c t f i r s t l y ，t h ef e a t h e r so f h a ie l e c t r i cm a r k e ta r eg e n e r a l i z e di nt h i st h e s i s a n dt h e n i tm a k e sas u m m a r yo fm a n yt r a d i t i o n a la n dm o d e ml o a df o r e c a s t i n gt e c l u l o l o g i e s ， e s p e c i a l l y i n t r o d u c e st h ea p p l i c a t i o no fa n ni ne l e c t r i cp o w e rs y s t e ms h o r t - t e m ll o a d f o r e c a s t i n g g e n e t i ca l g o r i t l h ni su s e dt oc h o o s eam o r er e a s o n a b l e 行a m eo fa n n d i f f e r e n t f o r e c a s t i n gm o d e l sh a v eb e e ne s t a b l i s h e dr e s p e c t i v e l y ，i n c l u d i n gw o r k d a y m o d e l ，w e e k e n dm o d e l u n d e rt h em a r k e te n v i r 0 i 皿e n t 觚i n n u e n c ef a c t o r p r i c ei sa l s o c o n s i d e r e da sa ni n p u tf a c t o r ，w h i c hc a nm a k ee s t i m a t em o r er e a s o n a b l e t h et h e s i s r e g a r d st h ep o w e r 黟i do fw u h a ia st h et a r g e to ff o r e c a s t i n g ；a p p l yt h e 伊o u p i n gg e n e t i c a l g o r i t l l i i ln e u r a ln e t w o r kt oc a r r yo nm es h o r t t e mi o a df o r e c a s t i n g t h ef o r e c a s t i n g r e s u l t ss h o wm a tt h em o d eu s i n gf o rs h o r t - t e ml o a df o r e c a s t i n gb yg e n e t i ca l g o r i t l l i i l n e u r a ln e t w o r ki s c o m p a r a t i v e l ys a t i s f i e d a n dc 锄 s a t i s 矽 t h er e q u e s to fa c t u a l p r o d u c t i o n s h a ng u a n g ( e i e c t r cm a r l 幻e ta n di t sa p p i i c a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f l i ug u a n q i k e yw o r d s ：a r t i f i c i a in e u r a ln e t w o r k ，g e n e t i ca l g o r i t h m ，s h o r t t e r ml o a d f o r e c a s t i n g 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 本文首先概述了乌海地区电力市场概况，对电力系统的短期负荷预测的各种传 统方法及现代方法进行了综述，并重点研究了人工神经网络在短期电力负荷预测中 的应用。针对神经网络中最常用的算法所存在的收敛速度慢，容易陷入局部极值的 问题，采用遗传算法优化神经网络的初始权值和隐层节点数，从而避免了神经网络 结构确定和初始权值选择的盲目性。根据负荷的不同规律，分别建立工作日、休息 日不同的预测模型。在电力市场环境下，引入了电价因子作为负荷预测的一个影响 因素，使得预测更加合理。论文以乌海地区的负荷作为预测对象，应用本研究对象 进行短期负荷预测，结果较为满意，能够满足实际生产的要求。 关键词：人工神经网络，遗传算法，短期负荷预测 a bs t r a c t f i r s t l y ，t h ef e a t h e r so f m h a ie l e c t r i cm a r k e ta r eg e n e r a l i z e di nt h i st h e s i s a n dt h e n i tm a k e sas u m m a f yo fm a n yt r a d i t i o n a la n dm o d e ml o a df o r e c a s t i n gt e c h n o l o g i e s ， e s p e c i a l l y ，i n t r o d u c e st h e 叩p l i c a t i o no fa n ni ne l e c t r i cp o w e rs y s t 锄s h o r t - t e r ml o a d f o r e c a s t i n g g e n e t i ca l g o r i t l h ni su s e dt oc h o o s eam o r er e a s o n a b l e 行锄eo fa n n d i f f e r e n tf o r e c a s t i n gm o d e l sh a v eb e e ne s t a b l i s h e dr e s p e c t i v e l y ， i n c l u d i n gw o r k d a y m o d e l ，w e e k e n dm o d e l u n d e rt h em a r k e te i i r 0 啪e n t 觚i n n u e n c ef a c t o r 呻r i c ei sa l s o c o n s i d e r e da sa ni n p u tf a c t o r ，w h i c hc a nm a k ee s t i m a t em o r er e a s o n a b l e t h et h e s i s r e g a r d st h ep o w e r 莎i do fw 、l h a ia st h et a r g e to ff o r e c a s t i n g ；a p p l yt h e 伊o u p i n gg e n e t i c a l g o r i t h mn e u r a ln e t w o 呔t 0c a r 巧o nt h es h o r t t e n nl o a df o r e c a s t i n g t h ef o r e c a s t i n g r e s u l t ss h o wm a tt h em o d eu s i n gf o rs h o r t - t e ml o a df o r e c a s t i n gb yg e n e t i ca l g o r i t l l i i l n e u r a ln e t w o r ki s c o m p a r a t i v e l y s a t i s f i e da n dc 锄 s a t i s 匆 t h er e q u e s to fa c t u a l p r o d u c t i o n s h a ng u a n g ( e i e c t r cm a r l 幻e ta n di t sa p p i i c a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f l i ug u a n q i k e yw o r d s ：a r t i l f i c i a in e u r a ln e t w o r k ，g e n e t i ca l g o r i t h m ，s h o r t t e r ml o a d f o r e c a s t i n g 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文电力市场条件下地区电网负荷预测的 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：型丝： 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：三銎堑导师签名：盏玉必、 日期：2 竺竺：兰：! 呈日期： 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章绪论 本章首先阐述本论文研究的背景与意义；然后介绍了短期负荷预测的研究现状；最后，对 本论文的研究思路、研究内容和章节安排进行了简单介绍。 1 1 论文的背景与意义 在电力系统计划与运行管理中，负荷预测是对发电、输电和电能分配等合理安 排的必要前提。提高负荷预测水平，有利于计划用电管理，有利于合理安排电网运 行方式和机组检修计划，有利于节煤、节油和降低发电成本，有利于制定合理的电 源建设规划，有利于提高电力系统的经济效益和社会效益，对电力系统的安全经济 运行与国民经济的发展具有非常重要的影响。主要体现在以下几个方面： 1 负荷预测是经济效益的主要依据。对电力系统来说，必须对用户提供可靠而 经济的电能，以随时满足用户的负荷需求。同时还要考虑电能的生产成本，由于电 能不能大量储存，所以必须在确保系统安全的情况下尽量减少发电剩余量。精确的 负荷预测，可以使电力企业最经济的安排机组生产。利用精确的负荷预测，对水电 系统可以确定最优水库放水和机组投产计划；对火电系统而言，可以确定机组按最 经济的组合起停生产；对水火电结合的系统，可以使系统按最经济的状态进行水电 火电分配；对于联网的系统，精确的负荷预测不但有助于系统以最经济的线路进行 电能传输，而且还可使系统按最经济的形式向邻网输电和配电。 2 精确的负荷预测是合理安排生产计划的主要依据。电力系统中，由于可靠性 的要求，各种发供电设备都有确定的检修周期。精确的负荷预测，可使电力企业合 理安排各种设备的大修，小修及轮换计划。另外，也有利于企业制定原料购置计划， 如燃料、水的合理配置等。 3 负荷预测是电力系统安全分析的基础。电力事故所造成的经济损失和社会影 响是巨大的，必须尽量避免。以精确的负荷预测为基础的安全分析使得出的结论接 近真实，从而帮助和提醒调度员进行必要的操作以确保电力系统的安全性。 4 实时调度参考。负荷预测的信息给调度人员一个实时信息，以保证调度员经 济、可靠地在线操作。 5 负荷预测的工作是建设电力市场，实现促进电网和供电参与市场竞争，提高 电力行业经济效益和社会效益目的的基本工作内容之一。在我国电力市场改革逐步 深入的情况下，电力负荷预测工作更具有重要的现实意义。电力是商品的概念正逐 步确立于我国市场经济建设中，而电力市场的重要标志是在电力生产和供应过程中 引入竞争行为。即在电力生产和供应等各个环节中，打破垄断、解除管制、引入竞 华北电力大学工程硕士学位论文 争，更加突出电力商品交易的经济性原则和公开性原则。通过电力市场改革的有关 措施，更加合理的配置资源，提高资源利用率，促进电力工业与社会、经济、环境 的协调发展。 电力市场环境下，作为市场主体的电力企业将转变工作模式，将经营思路由电 力分配及管理转变为电力经营和服务，重点加强需求侧管理和电力负荷预测工作。 尤其中国电力工业经过近年来的发展，己经从“卖方市场 转向“买方市场 ，这 一转变使得电力负荷预测工作的重要性更被摆到前所未有的高度。电力市场的发展 影响发电、输电、配电和用电的整个过程。调度和电网管理工作不再具有强制特点， 在电力市场中，经济性被提到了前所未有的高度，调度部门的行为很大程度上都是 经济行为，在发电、输电、配电和用电的整个过程中，由于调度误差导致任何环节 中出现的功率缺额都将影响整个系统的经济性。这种高度的非强制性特点使得准确 的负荷预测对系统的经济性有着重要的影响。电厂根据电网公布的负荷短期预测结 果报价。如果电网公布的负荷预测资料( 指用户侧需求负荷) 偏高，将导致系统边际 电价过高，直接影响到电网的经济效益：负荷预测资料如果偏低，直接影响到电厂 的经济效益。因此，在电力市场运行模式下，负荷短期预测工作，是电力市场运营 的基础性工作之一。 1 2 短期负荷预测研究现状 我国对负荷预测的重视程度经历了一个较长的认识过程：1 9 7 0 年以来，我国持 续面临缺电局面，由于控制用电、控制报装等客观原因，拉闸限电现象严重，同时 在计划体制下，负荷预测工作没有受到应有的重视，造成负荷预测的准确度不高， 并且对新方法的应用力度不够。进入“九五 以后，随着我国电力市场供需矛盾的 缓解以及用电结构的变化，拉闸限电现象明显减少，电力需求增长开始明显放慢， 逐步由卖方市场进入了买方市场，局部地区供大于求，甚至出现了供电负增长，电 力发展由资源约束转向了需求约束。1 9 9 8 年，全社会用电同比增长只有2 8 ，1 9 9 9 年，用电增长呈恢复态势，主要是由于工业用电的强劲恢复。但在2 0 0 3 年，随着 我国经济的迅猛发展，出现了近年来罕见的缺电现象，在市场机制下，对负荷预测 的重要性和迫切性提升到了新的高度，同时也对负荷预测的精度提出了更高的要 求。 长期以来，人们对电力系统负荷预测，特别是短期负荷预测进行了大量的研究， 提出了许多有效的方法。近些年，随着科学技术的迅速发展，预测理论技术也取得 了长足的进展，新的预测方法，尤其是人工智能与模式识别领域的新方法层出不穷， 为电力负荷预测问题的研究提供了有力的工具。 负荷预测可以分为传统预测方法和现代预测方法。传统预测方法的基础是传统 2 华北电力大学工程硕士学位论文 数学工具，这类方法包括回归模型法、时间序列法等；现代预测方法是随着人工智 能的发展而兴起的，它结合了人工智能领域里的模糊数学、神经网络、专家系统等 学科的研究成果。 1 回归模型预测法 回归模型预测法 8 9 根据电力负荷的历史资料，建立可以进行数学分析的 数学模型，对未来的负荷进行预测。回归分析法所采用的模型如式( 卜1 ) ： y ( f ) = 6 0 + 岛( f ) + 6 1 屯( f ) + + 色吒( f ) + 口( f ) ( 1 一1 ) 式中j ，( f ) t 时刻对应的预测负荷值，是非随机因变量； 玉( f ) 自变量，是影响系统负荷的各种因素，自变量是随机变量； 6 ，回归方程的回归系数，( j = 0 ，l ，n ) ； 口( f ) 随机干扰，服从正态分布( ，2 ) 。 根据变量的个数，回归分析可以分为一元回归分析和多元回归分析。在回归分 析中，自变量是随机变量，因变量是非随机变量，由给定的多组自变量和因变量资 料，研究各自变量和因变量之间的关系，形成回归方程。根据自变量和因变量之间 的函数形式，回归方程又可分为线性回归方程和非线性回归方程。 在负荷预测问题中，回归方程的因变量一般是电力系统负荷，自变量是影响系 统负荷的各种因素，如社会经济、人口、气候等。回归分析有两个难点：一是回归 变量的选取，应选取主要因素而忽略次要因素；二是变量因素的量化涉及到计量经 济学的范畴，过于麻烦。 2 时间序列预测法 时间序列预测法是应用较早、最为广泛、发展比较成熟的一种方法 1 0 1 1 。 它把负荷数据看作是一个按季节、按周、按天以及按小时周期性变化的时间序列， 根据负荷的历史资料，建立一个数学模型来描述电力负荷这个随机变量变化过程的 统计规律性，在数学模型的基础上确立负荷预测的数学表达式，对未来的负荷进行 预测。其基本模型如式( 卜2 ) ： 少( f ) = 岛( f ) + 包( f ) ( 1 2 ) 式中儿t 时刻系统的总负荷； 翻( f ) 一一t 时刻系统基本正常负荷分量； 以( f ) t 时刻系统随机负荷分量。 在时间序列法中常采用的技术有：卡尔曼滤波、状态估计、b o x j e n k i n s 模型、 自回归动平均模型 1 2 等。其中，处理随机时间序列问题的最有效的方法是 b o x j e n k i n s 的时间序列法。 3 华北电力大学工程硕士学位论文 虽然时间序列法比回归法更适用于短期负荷预测 1 3 ，但这种经典方法建模过 程比较复杂，因此限制了这种模型在实际短期负荷预测中的有效使用。该方法对历 史数据准确性要求高，坏数据对预测影响很大，因此对坏数据处理要求严格；在天 气和温度变化不大的时候，该模型容易取得比较满意的结果；当天气变化较大或遇 到节假日等情况，这种方法存在较大的预测误差，而且预测步数越长，预测精度越 差。 目前解决非线性问题和复杂系统问题比较有效的方法是采用人工智能技术，这 方面主要包括人工神经网络、模糊逻辑与专家系统等。 3 人工神经网络法 运用神经网络技术进行电力负荷预测，是一种新的研究方法。神经网络可以模 仿人脑的智能化处理，对大量非结构性、非精确性规律具有自适应功能，具有信息 记忆、自主学习、知识推理和优化计算的特点。1 9 9 1 年，p a r kd c 等人第一次将 人工神经网络应用于电力系统负荷预测，并取得了令人满意的结果 1 4 。 人工神经网络技术的主要优点在于它不需要任何负荷模型，并具有很好的函数 逼近能力，较好地解决了天气和温度等因素与负荷的对应关系，通过学习能够反映 输入、输出之间复杂的非线性关系。与传统预测方法相比，这种方法具有其不可比 拟的优点。但其缺点是训练过程比较消耗时间，并且不能保证一定收敛，同时神经 网络的结构确定、输入变量的恰当选取、隐含层数目及其节点数的多少等问题都要 在实践中进行摸索。 4 灰色预测法 。 灰色系统理论是在二十世纪8 0 年代由我国学者邓聚龙教授提出来的，已在各 个领域得到广泛应用 1 5 。灰色系统理论将一切随机变化量看作是在一定范围内变 化的灰色量，常用累加生成和累减生成的方法，将杂乱无章的原始数据整理成规律 性较强的生成数据序列，形成灰色模型( g r e y m o d e l ，简称g m ) 的微分方程。作为 电力系统单一指标( 如负荷) 的预测时，求解微分方程的时间响应函数表达式，即为 所求的灰色预测模型，对模型的精度和可信度进行校验并修正后，即可据此模型预 测未来的负荷，此法适用于短、中、长三个时期的负荷预测。从理论上讲，灰色预 测模型可以适用于任何非线性变化的负荷指标预测，但由于灰色预测模型是呈指数 ( 增长或者递减) 变化的模型，其预测精度与被预测对象的变化规律密切相关，当 原始数据波动情况如上下连续波动、指数波动、倍数波动时，预测的精度就较差。 5 专家系统法 专家系统( e x p e r ts y s t e m ，e s ) 是基于知识工程原理来构造和设计的系统， 它拥有领域内专家的知识和经验，通过启发式知识的推理做出智能决策。负荷受许 多因素的影响，虽然借助预测人员的丰富经验与判断能力是有益的，如在节假日， 重大社会活动和突发事件的情况下，专家启发知识可起到重要的作用，但是预测知 4 华北电力大学工程硕士学位论文 识规则的形成及知识库的建立是存在难度的，知识更新复杂，知识库的可维护性差。 特别是许多复杂的、不确定性和随机性的因素的存在，需要进行相应的不确定性知 识表达和推理，因此专家系统是存在局限性的。目前该研究方向与模糊理论 1 6 1 7 、神经网络 1 8 结合在一起，优势互补，可得到更好的发挥。 6 模糊数学法 模糊集理论是介于逻辑计算和数值计算之间的一种数学工具，形式上利用规则 进行逻辑推理，但其逻辑取值可以在0 与1 之间连续变化，采用数值的方法进行处 理 1 9 2 0 。模糊集理论适合描述广泛存在的不确定性，同时具有强大的非线性映 射能力，能够在任意精度上一致逼近任何定义在一个致密集上的非线性函数，并且 能够从大量的数据中提取它们的相似性，这些特点正是进行短期负荷预测所需要的 而其它方法所欠缺的优势所在。在实际应用中，单纯的模糊方法对于负荷预测，精 度往往不尽如人意，这主要是由于模糊理论缺乏学习能力，这一点对不断变化的电 力负荷来说，是极其不利的。 7 小波分析 小波分析是上个世纪数学研究中的最杰出的代表 2 1 。它吸取了现代分析学中 的泛函分析、数值分析、f o u r i e r 分析、样条分析、调和分析等众多分支的精华， 受到了科学界、工程界的广泛关注，并且在信号处理、图像处理、模式识别、地震 预报等十几个学科领域得到应用。在负荷预测中，通过选择合适的小波，对不同性 质的负荷进行分类，从而可以针对某种性质的负荷，根据其规律采用相应的预测方 法，对分解出的序列分别进行预测，再将预测得到的序列进行重构，得到负荷的预 测结果。由于重构可能造成误差的累加，因此对各小波系数序列的预测精度要求较 高，这也增加了模型的复杂性。 1 3 本文所做的工作 本文从电力系统负荷的基本特性出发，通过对比各种负荷预测方法的特点，对 基于遗传算法和人工神经网络的短期负荷预测模型进行了深入的研究。具体来说， 所做的主要工作包括以下几个方面： 1 负荷特性分析。明确负荷的内在特性，明确了在电力市场环境下短期负荷 预测中，为提高预测精度，应该引入的对弹性负荷影响的因素电价； 2 介绍了神经网络的基本原理和网络结构。详细介绍了神经网络的网络特征， 电价预测方法，以及其在电价预测中的优缺点。 3 介绍了遗传算法的基本原理，针对遗传算法容易陷入局部最优解的缺陷给 出了改进的措施，并在遗传算法的发展方向中指出，遗传算法与其他的人工智能算 法结合将会更大地发挥遗传算法的优势。 5 华北电力大学工程硕士学位论文 4 提出了神经网络和遗传算法相结合的遗传神经网络。将遗传算法应用于神 经网络，可以优化神经网络的网络结构，初始权值和阀值，从而大大提高神经网络 的收敛速度和预测精度。 5 将预测模型应用到本供电局的电价预测上，介绍了实际的负荷数据，电价 数据和天气情况等输入因子的数据预处理及归一化问题，这样可以增强网络的预测 能力。最后结果证明了遗传神经网络的有效性及精确性，可以应用于本地区电网的 短期负荷预测。 6 对本文进行了总结，并指出了其中一些需要改进的地方。 6 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章乌海地区电力市场分析 本章结合本文研究的内容，对乌海地区电力市场作了一些简要地分析和介绍，主要介绍了 乌海地区电网概况、电力市场供需情况、电力市场特征等，为后续章节的研究打下了基础。 2 1 乌海地区电网概况 乌海电网位于内蒙古自治区电网的最西端，是内蒙古电网的重要组成部分，电 网覆盖范围为乌海市及周边鄂尔多斯及阿拉善地区。目前，地区电网最高电压等级 为5 0 0 千伏，通过达乌( 达拉特一乌海) 5 0 0 千伏双回线路与蒙西电网连接，地区 主网为2 2 0 千伏双环网结构。 乌海地区现有2 2 0 千伏变电站7 座，变电容量为1 9 5 万千伏安，1 1 0 千伏变电 站1 2 座，变电容量为8 4 万千伏安。地区发电装机容量2 6 0 万千瓦，全部为火力发 电，其中统调发电厂3 座、装机容量1 9 9 万千瓦，最大单机容量3 3 万千瓦，企业 自备电厂7 座、装机容量6 1 万千瓦，最大单机容量1 5 万千瓦。2 0 0 6 年地区最大发 电负荷为1 8 5 万千瓦，统调机组利用小时数为7 0 0 0 小时。 乌海地区用电结构中以工业用电占据主要地位，2 0 0 6 年乌海地区全社会用电量 总计完成7 5 8 6 亿千瓦时，其中第一产业报告期完成用电量2 8 8 5 万千瓦时，占 o 3 8 ；第二产业报告期完成用电量7 3 5 2 亿千瓦时，占比例9 6 9 1 ；第三产业报 告期完成用电量0 9 5 亿千瓦时，占比例1 2 5 ；城乡居民生活用电合计1 1 1 亿千 瓦时，占比例1 4 6 。工业电量中重工业的比例占到9 5 ，轻工业用电量占5 。2 0 0 6 年地区最大供电负荷为1 0 3 6 万千瓦，平均供电负荷7 1 3 万千瓦，平均供电负荷 率9 0 5 。 2 1 1 乌海地区电源建设及电网结构状况 乌海地区从1 9 7 6 年到1 9 9 2 年共1 6 年问，发电设备装机容量变化不大，仅有 乌达电厂1 1 2 万千瓦和乌达矿务局矸石电厂的0 9 万千瓦的装机水平。“八五 时期即1 9 9 0 年一1 9 9 5 年间，为开发华北电力市场，蒙西电网电源建设速度加快， 其中乌海地区在此期间建成了海勃湾电厂2 1 0 万千瓦机组，到1 9 9 5 年末装机容量 达到3 2 万千瓦；“九五”期间( 1 9 9 6 2 0 0 0 年) ，受国家紧缩建设项目政策影响， 电源建设速度开始放缓，五年间没有新机组投产；“十五 之后，伴随着以重工 业的发展带动经济的快速增长，电源建设逐步升温，2 0 0 卜2 0 0 4 年间，建成投产海 勃湾电厂二期2 2 0 万千瓦机组和乌海热电2 1 5 万千瓦机组，2 0 0 5 年是乌海地 区新增机组投产最集中、最大的年份，分别有华电乌达热电2 1 5 万千瓦、蒙华泰 7 华北电力大学工程硕士学位论文 2 2 0 万千瓦、海电三期2 3 3 万千瓦机组在年内投产，乌海电网供应能力有了质 的提高。 与此同时，伴随着地区经济的发展，地方企业的自备电源建设也进入新的发展 时期。1 9 9 5 年到2 0 0 0 年，矸石电厂1 2 万千瓦机组、西水公司3 o 6 万千瓦机组、 海化公司1 2 万千瓦机组、蒙西水泥3 o 6 万千瓦相继投运。2 0 0 卜2 0 0 6 年问，又 分别有大漠2 2 5 万千瓦机组、千钢公司3 0 6 万千瓦机组、蒙西水泥2 1 2 万千瓦机组，以及君正公司两台1 5 万千瓦机组均陆续投运，乌达电厂由公用转为 海吉氯碱公司自备电厂。2 0 0 6 年末地区全口径装机容量达到2 6 0 万千瓦，其中企业 自备电厂装机规模达到6 l 万千瓦，与“十五 之前相比，“十五后的企业自备电 厂的发展特点是规划规模大、单机容量大、电压等级高。 2 0 0 7 年，乌海电网2 2 0 千伏主网架状况变化较大，一方面五福2 2 0 千伏变电站 由宁夏电网倒回蒙西网、接入5 0 0 千伏吉兰泰运行，另一方面卧龙岗2 2 0 千伏输变 电工程投运后，地区主网结构对发电厂的依赖进一步减弱，网架配置更为经济合理。 年内受国家节能减排政策影响，先后关停海勃湾电厂2 1 0 万千瓦机组及乌海热电 2 1 5 万千瓦机组，新投发电设备有北方公司蒙西电厂2 3 0 万千瓦机组，乌海电 网统调装机容量达2 3 6 万千瓦。 2 0 0 7 年，乌海电网2 2 0 千伏输变电工程在建项目较多，其中新建祥和2 2 0 千伏 工程一期1 8 万千伏安主变、扩建黄河、宝山及卧龙岗变电站各一台1 8 万千伏安主 变。但是在各项工程投产前，电网2 2 0 千伏变电容量总体上比较紧张。 2 1 。2 乌海电网可供电力分析 由于外送电力受限，按地区电网自备电厂自发自用方式考虑，按夏季和冬季供 热两种工况进行电力平衡分析区域电网内部可供电力。剔除机组正常检修及非停因 素，考虑厂用电量，夏季最大备用3 5 万千瓦，最小可供容量1 3 0 5 万千瓦；冬季 最大备用2 0 万千瓦，最小可供容量1 6 3 5 万千瓦。如下表2 一l 所示： 表2 1 乌海电网区域内可供发电出力 单位：万千瓦 电厂名称装机最大厂用最大备用容量最小可供容量 容量可调 出力 海勃湾电厂 10 61 0 61 0 5冬季2 0夏季9 5 5 ，冬季9 3 5 华电乌达热电 3 03 03 夏季1 5夏季15 ，冬季3 0 华能乌海热电 4 04 0 4夏季2 0夏季2 0 ，冬季4 0 华能蒙西电厂 6 0 6 0606 0 合计2 3 62 3 62 3 5冬2 0 ，夏3 5 夏季1 3 0 5 ，冬季1 6 3 5 华北电力大学工程硕士学位论文 乌海地区主要供电源为2 2 0 千伏变电站，共6 座，合计容量1 6 2 万千伏安，考 虑功率因数0 9 1 0 9 5 ，目前地区最大可供负荷为1 3 1 万千瓦。如下表2 2 所示： 表2 2 乌海电网区域内可供变电容量单位：万千伏安、万千瓦 变电站名称伊和变黄河变五福变顺达变 宝山变卧龙岗变合计 变电容量 2 43 0 3 0 3 0 3 01 81 6 2 功率因数 o 9 5 o 9 20 9 2o 9 2o 9 20 9 lo 9 2 最大可供有 2 0 2 42 42 42 41 51 3 1 功负荷 2 2 乌海地区电力市场供需分析 乌海地区属资源型工业城市，1 9 9 8 年之前用电量以煤炭开采、水泥制造、小焦 化冶炼等工业为主。1 9 9 4 年，伴随着海勃湾电厂的投产，乌海电网从宁夏电网接回 蒙西电网运行，但是多年来地方用电量一直维持在较低的水平。 乌海地区于1 9 9 8 年8 月被内蒙古自治区批准建设高耗能工业园区，地区丰富 的矿产资源、便利的交通条件和低廉的高耗能优惠电价吸引了大批全国各地的投资 商进入乌海从事高耗能企业的建设和生产。从2 0 0 1 年起，随着国家西部大开发政 策深入实施，国民经济得到了快速的发展，各项基础设施建设规模大幅增加，同时 国外及国内其他地区对高耗能产业发展的限制和治理，导致了高耗能企业数量减少 并逐渐转移到中西部地区，从而再次促进了国内高耗能市场转暖，乌海地区高耗能 工业园区建设也进入了旺盛期。 受此影响，鸟海电业局报装的高耗能用户从1 9 9 8 年为1 2 户、容量1 5 万千伏 安，增至2 0 0 6 年年底的7 8 户、1 3 4 万千伏安，与此同时，地区最大供电负荷从1 9 9 8 年的1 6 万千瓦猛增到2 0 0 6 年的1 0 3 万千瓦，年供电量从1 9 9 8 年的1 2 7 亿千瓦时 增长到2 0 0 6 年的6 2 5 亿千瓦时，8 年内的供电负荷和供售电量年均增幅达到了2 0 以上，快速的负荷增长带动了电网建设的飞跃式发展，乌海电网主网架由1 1 0 千伏 提升至5 0 0 干伏，变电容量由4 0 万千伏安增至2 5 9 5 万千伏安。 在电力需求不断增加的同时，由于地区内电源建设的滞后，“十五”期间地区 电力供需形势发生了巨大的变化。2 0 0 0 年，乌海地区统调装机容量为3 1 2 万千瓦， 受国家对电源建设项目控制因素影响，1 9 9 4 年一2 0 0 1 年七年的时间内，地区内没 有新增发电机组投产，2 0 0 1 年一2 0 0 2 年期间，地区内仅有蒙华乌海热电2 1 5 万 千瓦供热机组投产，但是在这个期间正值乌海地区负荷增长最快的时期。2 0 0 1 年地 区负荷突破3 0 万千瓦，加上周边鄂尔多斯、阿拉善盟工业园区的陆续启动，地区 9 华北电力大学工程硕士学位论文 有功无功负荷均不能就地平衡，只能通过2 2 0 千伏海临线远距离输送，随之带来的 影响是系统电压长时间处于低位下限运行，乌海地区成为蒙西电网最早的缺电和限 电地区。 2 0 0 3 年，海厂二期2 2 0 万千瓦机组在1 月份相继投产，但是很快即被飞速增 长的高耗能负荷消化，电压低的问题仍旧突出。2 0 0 3 年地区需求电力已经达到1 0 0 万千瓦，但受电源容量不足所限，当年最大供电负荷仅达到4 0 万千瓦，电力缺口 达到6 0 万千瓦。 快速增长的电力需求为电网建设带来了巨大的机会，2 0 0 0 年，乌海只有伊和一 座2 2 0 千伏变电站，主网电压等级为1 1 0 千伏，全局变电容量仅有5 3 9 9 5 万千伏 安。2 0 0 1 年l l o 千伏西来峰变电站的投产、2 0 0 2 年2 2 0 千伏伊和变扩建、同年2 2 0 千伏顺达变和黄河变的投产以及西来峰扩建，使乌海电业局的变电容量猛增到 1 0 6 7 2 万千伏安，两年时间实现翻番，同时系统主网实现2 2 0 千伏双环网供电，为 地方快速增长的负荷需要提供了有力保障。 2 0 0 2 年9 月份，为缓解地区紧张的供电形势，乌海开始通过1 1 0 千伏顺柳线向 宁夏购电，当年购入宁夏电量6 8 0 7 万千瓦时；2 0 0 3 年7 月第二条向宁夏购电通道 2 2 0 千伏正黄线建成投产，当年购宁夏电量8 0 1 9 9 万千瓦时，极大地满足了地方新 增负荷的需求。2 0 0 4 年1 月份，乌海5 0 0 千伏变电站的投产彻底解决了地区电压问 题，但电源容量不足仍是限制地方电力发展的瓶颈。2 0 0 4 年9 月第三条向宁夏购电 通道2 2 0 千伏落福线建成投产，进一步缓解了乌海及周边地区旺盛的电力需求，2 0 0 2 年至2 0 0 6 年，乌海地区累计购入宁夏电量5 7 5 2 亿千瓦时。 2 0 0 4 年年底，乌海地区电力需求和电力缺口达到最大，分别为1 5 0 万千瓦和 8 0 万千瓦。电网侧，随着2 0 0 3 年宝山变、2 0 0 4 年的五福变投产，乌海的变电容量 达到2 3 3 9 7 5 万千伏安，较2 0 0 3 年又实现翻番。 2 0 0 5 年是“十五的最后一年，也是地区电力供需变化最为复杂的一年。一方 面，高耗能产品市场经过2 0 0 3 年下半年到2 0 0 4 年期间的过度膨胀产能已经饱和， 市场需求以及产品价格从2 0 0 4 年下半年开始逐渐下降，同时2 0 0 2 至2 0 0 5 年期间 发电机组长时间满负荷运行造成的设备缺陷数量和非停次数增加、新机组由于设备 订货紧张不能按时投产，另一方面年国家针对2 0 0 3 2 0 0 4 年部分行业中出现的不 正常的过热现象于2 0 0 5 年年初开始实施包括调整电价、环保治理、准入门槛提高、 规模限制、税率调整等强有力的宏观调控政策，在2 0 0 5 年上半年地方的经济发展 中得到了明显的体现：大批高耗能企业由于成本增加、售价下降和环保不达标而被 迫关停，电力需求第一次出现负增长。2 0 0 5 年又是大批新机组集中投产的时期，全 年共投产新机容量达到1 3 6 万千瓦( 其中上半年5 0 万千瓦、下半年8 6 万千瓦) ， 随着需求侧的持续萎缩，乌海地区在7 月份达到用电供需的基本平衡，到年底出现 供大于求的局面。 1 0 华北电力大学工程硕士学位论文 “十五期间，是乌海地区电力发展的最好时期，电力供需情况整体上呈现出 需求快速增长，电源建设滞后于电网建设的局面。在此期间，乌海的电网建设规模 实现了跨越式的增长，变电容量实现翻两番、统调机组容量实现翻四番，地区最大 供电负荷和电力需求也达到了较高的水平，在此期间，通过增加省间购电、积极的 电源和电网建设，缓解了快速增长的电力需求，也在末期结束了较为严重的缺电局 面。但是地方产业结构的过分单一化严重影响和制约经济和电力需求的持续健康发 展。乌海地区1 9 9 6 年一2 0 0 6 年供需情况如下表2 3 及2 4 所示： 表2 3 乌海地区1 9 9 6 年一2 0 0 6 年供需情况表 单位：万千瓦、万千瓦时、小时、万千伏安 1 9 9 6 内容 2 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 4 2 0 0 52 0 0 6 2 0 0 0 统调电源容量 3 1 23 1 23 1 2 3 2 77 4 26 31 9 91 9 9 发电设备平均 5 2 0 06 0 0 06 3 0 0 6 5 0 06 8 0 0 7 0 0 07 2 0 06 6 0 0 利用小时 变电容量4 5 5 4 5 45 41 0 71 0 82 3 42 3 92 6 1 最大供电负荷 1 5 2 82 83 1 13 5 54 36 9 58 9 9 1 0 3 6 电力需求1 5 3 0 3 54 05 01 0 01 5 01 2 01 2 0 电力缺口 o71 02 06 08 03 0 o 省问交换 0006 8 0 78 0 1 91 8 2 5 7 2 0 8 5 88 7 2 7 8 958 表2 4 乌海地区2 0 0 0 一2 0 0 6 年期间负荷情况表 单位：万千瓦时、万千瓦、 内容 2 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 5 2 0 0 6 1 6 3 7 61 8 8 2 12 4 6 8 63 6 5 3 44 6 9 2 15 3 5 2 3 6 2 5 0 6 供电量 514 4849 供电量同比增幅 1 5 4 41 4 93 1 1 94 7 9 5 2 8 4 4 1 4 0 7 1 6 7 8 地区最大供电负荷2 83 1 13 5 54 36 9 58 9 9 1 0 3 6 地区平均供电负荷1 8 7 2 1 52 8 24 1 75 3 66 1 17 1 3 地区平均最大供电负 2 6 52 8 5 3 1 53 96 2 57 58 8 荷 负荷率 8 88 88 68 68 6 5 8 8 58 9 2 华北电力大学工程硕士学位论文 2 3 乌海电网用电现状分析 截止2 0 0 6 年底，乌海电网全社会用电量实现7 5 8 6 亿千瓦时，较1 9 9 6 年的1 1 6 亿千瓦时增加了6 4 2 6 亿千瓦时，十年累计增长幅度高达5 5 3 9 6 、平均增幅2 0 4 ， 增幅居自治区前列。 2 0 0 6 年乌海电网第一、二、三产业及城乡居民生活用电量占全社会用电量比重 分别为：0 3 8 、9 6 9 1 、1 2 5 、1 4 6 ，占全社会用电量比重同比增减幅度为： 一o 0 7 、o 3 、一o 2 、一o 0 2 ；2 0 0 6 年乌海电网全社会用电量同比增长1 8 3 1 ， 三次产业及城乡居民生活用电量同比增减幅度为：o 7 9 、1 8 1 4 、2 7 7 、1 5 3 8 。 三次产业中，第二产业用电比重同蒙西电网情况接近，远高于全国用电结构中第二 产业所占比重，而且第二产业所占比重呈继续增长的态势。第二产业中工业用电同 比增长1 7 7 6 ，占第二产业总用电量的9 9 7 4 。2 0 0 6 年乌海电网全社会用电量比 上年增加1 1 7 4 亿千瓦时，其中第二产业用电量增加1 1 5 8 亿千瓦时，工业用电量 增加1 0 0 8 亿千瓦时。 近年来乌海电网用电量的高速增长主要依赖于工业用电的高速增长。 1 9 9 6 2 0 0 0 年间，乌海电网年均用电量增长速度为1 2 1 2 、高于自治区平均 增速2 0 7 个百分点。自2 0 0 1 年开始，乌海电网全社会用电量增长速度明显加快， 2 0 0 1 2 0 0 6 年间平均用电增长速度为2 7 0 6 ，高于自治区平均增速3 1 1 个百分点， 其中2 0 0 1 、2 0 0 2 、2 0 0 3 年三年中更是分别达到了3 1 4 9 、3 7 3 9 、3 7 2 4 的高增 幅。如下表2 5 、2 6 、2 7 和图2 1 所示。 表2 51 9 9 6 2 0 0 6 年乌海电网电力需求及增长速度( 1 )单位：万千瓦时、 全社会 全社会用电 年份第一产业第二产业第三产业居民生活 量 用电量 增幅 1 9 9 6 年 1 1 5 9 7 82 3 9 01 0 4 6 8 04 2 8 54 6 2 31 2 3 1 9 9 7 年 1 2 7 3 8 42 4 8 61 1 5 5 9 44 2 9 35 0 119 8 1 9 9 8 年 1 4 1 6 6 6 2 9 5 0 1 2 8 7 2 94 5 5 35 4 3 411 2 1 9 9 9 年1 5 9 9 5 52 4 0 91 4 6 7 5 65 0 8 35 7