（电力系统及其自动化专业论文）数据挖掘技术在负荷特性分析中的应用.pdf

垒幽 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h ep o w e rd e m a n dh a sb e e nd r i v e nb yf a s ti n c r e a s i n go f j i a n g s u se c o n o m i c t h ei x l 曲舢r do fs o c i a le l e c t r i c i t yc o n s n m p t i o na n di t sr i s e nr a t ah a sb e e nu p d a t e df o rs e v e r a l t i m e s ，i t sab i g c h a l l o a g ef o rp o w e rs u p p l yi no r d e r , t h ec o n f l i c tb 或w e e ns u p p l y i n ga n d d e m a n d i n gs i d ec e n t r a l i z e si nl a c k i n g - p o w e rt h r o u g hw h o l ey e a r , s p e c i a l l yi ns u m m e r w h i l eo n l y p a r t l yo rs e a s o n a ll a c k i n g - p o w e r i n2 0 0 2 i no r d e rt oh e l pa d m i n i s t r a t o r sm a k ed e c i s i o n sa n a l y z i n g t h el o g a l l n a dc h a r a c t e r i s t i c st h e nt a k i n gn e wa n de 历c i e n tm e a s u r e si sr e q u i r e da ss o o na sp o s s i b l e m a n yt y p e so fp o w e rd a t ai sn e e d e ds u c ha sl o a dw e a t h e re c o n o m i ca n ds oo n h o wt oh a n d l e t h e s el a r g es o r to f d a t af a s ta n dq u i c k l yi sap r o b l e mw h i c hi sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ee m e r g e n t i ns o m ef i e l d sm o r ea n dm o r em a t u r e dd a t am i n i n gt e c h n o l o g yh a se m e r g e di t sa d v a n t a g e s t o p r o m o t et h ee f f i c i e n ta n dr e l i a b i l i t yo fp o w e rs y s t e md a t am i n i n gt e c h n o l o g yw i l lb eu s e dm o r e w i d e l y t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to fl o c a le c o n o m ya n dp o w e rs u p p l yf i r s t l y t h e ni t a n a l y s e st h el o c a ll o a dc h a r a c t e r i s t i c s ，m a i n l yo nl o a d r a t eo fy e a r sa n dt y p i c a ld a i l yl o a dd a t ao r c u r v e ss ot h a tw ec a r lf i n dt h em a i ns p e c i a l t yo f t h el o c a ll o a d a f t e rt h a t ，t h er e l a t i v i t ya n a l y s i so nt e m p e r a t u r ei n c l u d i n ge c o n o m i cf a c t o r sa n d l o a dc h a r a c t e r i s t i c sc a r r i e so nb a s e do na p r i o r ia r i t h m e t i ew h i c hb e l o n g st od a t a m i n i n gt e c h n o l o g y f i n a l l yt h ep a p e ru s e df u z z yc l u s t e r sm e t h o da n a l y z i n gc o n s u m e r sl o a dc u r v e s t h e nr e s h a p et h ec u r v eo f t h ew h o l es o c i e t ya c c o r d i n gt h ec l u s t e r s c o m p a r e dt h e r e s h a p e dc u r v ew i t ht h et r u ec u r v ea n dm a k eac o n c l u s i o n k e yw o r d s ：p o w e rl o a d ，l o a dc u r v e s ，c h a r a e t a r i s t i c sa n a l y z i n g , t h er e l a t i v i t ya n a l y z i n g ，d a t a m i n i n g 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。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 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( 包括干u 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。 第一章绪论 1 1 问题的提出 第一章绪论 f l - 十世纪七十年代以来，全国持续面临缺电局面，电力负荷特性由于拉闸限电受到一 定程度的扭曲，同时在计划经济体制下，负荷特性分析及预测工作没有受到应有重视，更谈 不上对负荷调控方法的研究。进入“九五”以来，随着电力供需矛盾的缓解以及用电结构的 变化，各大电网负荷特性发生了很大的变化，负荷特性受发电出力制约的因素已经基本消除， 基本趋向正常的用电负荷特性。同时大部分地区电力销售由供不应求转变为播求不足，供需 矛盾相对缓和，发电量、售电量低速增长。购电比熏上升，购电成本增加，电网最大负荷持 续快速增长，峰谷差增大，负荷率逐年下降，电网备用容增大，高峰时段和枯水期电力供应 紧张，电网调峰困难，而欠电费数额却逐年增长。电网运营困难。这些给电网安全运行带来 很大威胁，也给电力市场分析预侧工作、规划计划工作和市场营销工作带来许多困难。另一 方面，随着我国电力市场的发展和电力技术水平的不断提高，负荷特性调研、分析和预测、 调控工作作为电力市场分析的一项基础工作，对于电力企业的经营和规划发展越来越重要， 需要大力加强研究。 电力负荷特性的研究一直是研究电力市场的一个重要课题。近几年来电力市场需求发生 了极大的变化，从原来计划经济下的供不应求到市场经济下的供需总体趋缓，再到目前新一轮 经济启动下又趋紧张，电力负荷特性已经发生了很大的变化。电网的最高负荷持续增长，峰谷 差进一步加大，电网的负荷率及利用小时呈现出逐步下降的趋势，给电网安全、经济运行带来 了困难。做好电力负荷特性的研究将为开拓电力市场、调整电源结构、跨区联网实现资源优 化等提供决策依据”j 。 1 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，如下图所示。 东南大学硕士学位论文 图卜l 以天为周期负荷变化图 从图中可以看出；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( 见下图) 、 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。 图卜2 以周为周期负荷变化图 ( 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。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。 另外，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 2 ：， 一墨二兰丝丝 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。 图卜3 典型夏日负荷曲线图 近几年以来，随着经济的高速发展和人民生活水平的提高，电力供需矛盾日益突出，特 别是高温季节峰期用电负荷尤为紧张。2 0 0 2 年，江苏省最大统调负荷达1 9 7 6 2 万k w ；2 0 0 3 年，江苏省最大统调负荷达2 2 1 5 4 万k w ，高峰时期负荷缺口近3 0 0 万k w t 2 l ；2 0 0 4 年，随着 经济的进一步增长，江苏全省在夏季高温季节的用电缺口达到9 0 0 万k w ，约占全省用电量 的1 3 。以江苏为例，在负荷缺口日益增加的同时，负荷的峰谷差进一步拉大，见表卜l ： 表卜1 江苏省电网电力负荷情况 单位：万k w 最小统调负荷 年份最大统调负荷最大峰谷差 1 9 9 8 芷1 1 0 5 7 6 3 2 2 4 7 3 3 1 9 9 9 芷1 3 6 0 6 7 5 5 2 6 0 5 4 2 0 0 0 芷1 4 8 4 3 9 0 8 1 5 7 6 2 2 0 0 1 芷1 6 3 2 6 9 7 0 6 6 6 2 2 0 0 2 年 1 9 7 6 2 1 2 1 2 7 6 4 2 2 0 0 3 年 2 2 1 5 4 1 3 8 4 3 8 3 1 1 1 9 9 8 年2 0 0 5 年期间，江苏全省的最大统调负荷增加了1 1 0 9 7 万k w ，增长率达到1 0 0 3 6 ，最低负荷增加7 5 2 1 万k w ，最大峰谷差增大了3 5 7 8 万k w 。考虑到江苏自2 0 0 1 年开始 实行有序用电，进行错峰填谷，实际上最大统调负荷更高，最低统调负荷将有所下降，峰谷 差进一步拉大。因此，如何充分挖掘低谷潜力，平衡用电负荷，缓解电力结构性矛盾，已成 为摆在电力工作者面前的重要课题。 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。从上图可以看出，夏季高温期间负荷星现出 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 3 东南大学硕士学位论文 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 荷和居民晚间照明负荷组成，并与部分工厂的生产负荷相迭加，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。如图卜4 图卜4 典型冬日负荷曲线 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间照明负荷组成，高于早峰负荷。 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，不仅要考虑农业早涝造成的影响，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。 1 3 负荷特性分析的意义 近年来，随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，降温及取暖电器的拥有率及使用 率逐年上升。而且这种增长趋势还会加快。统计资料表明，现在江苏省南京市居民每百户拥 有空调超过7 0 台。再计及商场、宾馆、写字楼、娱乐场所、机关学校及企事业单位的空调 容量，降温取暖负荷在总用电负荷中所占的比重越来越大。由于这些负荷一般构成用电峰荷。 气温已成为影响电力负荷的一个敏感因素，因此必须研究负荷随温度变化的规律，为提高 电力负荷的预测精度打下基础，以确保电力系统的安全、经济运行。同时加强电力需求侧管 理，运用各种措施减少电量消耗，降低了电网最大负荷。电力需求侧管理的目标就是要努力减 少用户在电网峰荷时段的电力需求，其根本措施就是使用户更有效地利用能源，即在满足同 4 第一章绪论 样能源服务的同时减少其用电量。通过对用户采用先进技术和高效设备提高终端用电效率。 减少电量消耗，取得节省电量的效果。峰荷期间运行的节电设备同时降低了电网最大负荷， 也获得节约电力减少系统装机容量的效益，既提升了对用户的服务水平，又提高了设备的能 效。 从上面的分析可以看出进行负荷特性分析的重要性，而且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有以下意义”： 一、对电力系统有利： ( 1 ) 节约国家对电力工业的基建投资； ( 2 ) 提高发电设备的热效率，降低燃料消耗，降低发电成本； ( 3 ) 充分利用水利资源，使之不发生弃水状况； ( 4 ) 增加电力系统运行的安全稳定性和提高供电质量； ( 5 ) 有利于电力设备的检修工作； 二、对广大用户有利： ( 1 ) 可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，从而使地方交通运输、供水供煤气等服务性行业、文化娱乐场所等的负荷 都能实现均衡化； 江苏省电力公司从1 9 9 5 年逐步推广冰蓄冷技术也取得了很多经验，1 9 9 8 年对6 个使用 冰蓄冷单位分析，装机下降率为2 8 ，年平均移峰率为5 4 7 ，三季度高温平均移峰率为5 8 。 在刺激和鼓励用户改变消费行为和用电方式、减少电量消耗和电力需求方面，还可以对用户 采取电价鼓励、折让鼓励、免费安装鼓励、借贷鼓励、节电设备租赁鼓励、节电特别奖励等 措施。总之，电力需求侧管理作为可持续发展能源战略的管理技术，完全可以为改善我省的负 荷特性做出应有的贡献。 1 4 国内外研究现状 电力系统负荷是一个周期性和随机性都较强的系统，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。作为评价电网负荷状况的主要指标之 一，与时间有关的静态负荷特性研究一直是电力科研人员的重要课题，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，对电力需求进行 预测。主要采用最大负荷，最大3 日平均负荷、平均电力负荷、负荷率、负荷曲线等指标对 负荷特性进行分析。 我国也很早就开展了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业生产 5 东南大学硕士学位论文 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广度和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 l 】 目前负荷特性分析的主要方法有： 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。 由于各地电力用电特性存在差异，针对不同的地区，必须根据自己的具体情况来进行需 求侧管理，通过研究、了解地区负荷特性来指导需求侧管理。于现有的负荷特性分析的指标， 由于是在对大区域、大电网负荷特性进行分析的基础上建立起来的，存在数据量大，新负荷 指标数量不断增多，分析复杂，对于市级电力企业进行负荷特性分析难度和工作量较大。和 需电量预测分析相比，负荷特性的分析比预测难度更大，目前存在的主要问题：一是目前缺 乏系统的负荷资料及负荷分析方法；二是各个行业典型负荷特性曲线的获取以及加工处理比 较困难；三是定量分析各种因素( 主要是自然因素和政策因素) 对整个社会负荷特性的影响 有一定难度，缺乏直观的表达手段。 当然还有其他一些问题：比如从负荷特性指标体系的建立情况看，负荷特性指标的建立 主要根据经验建立，其中部分指标能否真实反映负荷变化规律有待验证；负荷特性分析方法 主要以定性分析为主，辅以简单的定量分析，有效的定量分析方法较少。 1 5 论文研究的主要内容 本文主要通过研究分析市级负荷特性，建立市级负荷特性的指标和评价体系，探讨数据 挖掘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 ) 首先，对江苏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市级电力企业的负荷特性进行分析，将分析的结果 进行比较，运用决策树分析技术筛除变化较小，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 ) 简单介绍数据挖掘技术的现状和发展情况，指出负荷特性分析的一些基本特点， 并验证数据挖掘技术对负荷特性进行分析的可行性。 ( 3 ) 通过对市级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，运用数据挖掘技术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。 6 第一章绪论 ( 4 ) 将模糊聚类技术应用在负荷曲线分析中，与原有的分行业负荷特性分析方法不同， 以往常用的分行业方法是将全社会分为第一、第二、第三产业，而模糊聚类方法则是以聚类 规则为划分类的标准，并得到不同的负荷曲线；然后将模糊聚类分析得到的结果利用全社会 负荷曲线构筑方法拟合全社会负荷曲线并与实际曲线比较。 ( 5 ) 最后，总结本文的一些成果，并对未来深入研究仍需解决的问题做一个展望。 7 东南大学硕士学位论文 第二章负荷特性及其分析基础 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。进入“九五”以来，随着电力供需矛盾的缓解及用电结构的变化，全国各大电网的 负荷特性发生了很大变化，负荷特性受发电出力制约的因素已经基本消除，负荷特性趋于正 常的用电负荷特性。但是，各地区电网的最大负荷持续较快增长，峰谷差增大。负荷率下降， 高峰时段和枯水期电力供应紧张，电网调峰困难，给电网的安全运行带来一定的威胁，同时， “十五”以来，由于近年来经济的飞速发展，以0 3 年夏冬两季全国很多地区的拉闸限电为 代表的电荒，负荷特性又呈现新的变化。为了进一步加深对现阶段电力负荷特性的现状的了 解，必须把握负荷的变化规律和发展趋势。因此可以用以下方程来描述负荷： l = f i g d 尸，r ，p ，) ( 2 一1 ) 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。 为了研究负荷特性，建立统一的负荷特性指标体系，1 9 8 9 年由原能源部颁布的电力工 业生产统计指标解释，其中设计负荷特性的指标有最高负荷，最低负荷、平均负荷、负荷 曲线、负荷率、平均日负荷率、最小负荷率、月生产均衡率、年生产均衡率、最高负荷利用 小时、同时率、不同时率、尖峰负荷率等1 4 项指标。2 0 0 0 年国家电力公司对电力工业生 产统计指标解释进行了补充修改，增加了峰谷差率指标。 本章主要利用2 0 0 1 年国家电网公司确立的部分负荷特征指标对某市的负荷特性进行分 析，揭示改市负荷特性的规律，通过将分析的结果进行比较，运用决策树分析技术筛除变化 较小，不能反映负荷特性的指标，建立能较好反映改市电力企业负荷特性的指标体系。 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组件所组成，如电饭锅、白炽灯等就主要由电阻 组件构成，电容器主要由电容组件所组成，高频线圈、电磁铁和变压器主要由电感组件所组 成，各种不同的组件相互组合，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1 1 2 。表2 - 1 所示是几类工业用户用电设备比重的统计。 8 第二章负荷特性及其分析基础 表2 - i几类工业用户用电设备比重的统计 化工企业化工企业 机械加工 泌 中小企业纺织企业冶金企业 ( 化肥)( 电化)企业 异步电动机7 9 i 9 9 8 5 6 0 1 3 0 8 2 5 2 0 0 同步电动机 3 2 4 4 o 1 3 l o o 电热设备1 7 7 o 2 1 5 0 7 0 0 整流设备8 7 0 1 2 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同应的不相同。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i l j 。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。表2 2 列出了江苏省某市2 0 0 5 年不同行业用电所占当年总电量的百分比p 。 表2 - - 22 0 0 5 年江苏省某市不同行业用电量比重统计单位：万k w h 行业名称 2 0 0 5 正 所占百分比与2 0 0 4 年相比 全社会用电总计3 3 7 0 4 7 5 1 6 3 5 a 、全行业用电合计 3 1 2 3 3 3 39 2 6 7 1 5 9 4 第一产业 1 7 3 0 5o 5 1 - 4 6 4 6 第二产业2 8 8 5 1 9 68 5 6 0 1 6 1 3 第三产业2 2 0 8 3 26 5 5 2 4 6 9 b 、城乡居民生活用电合计 2 4 7 1 4 27 3 3 2 1 6 7 城镇居民1 0 5 0 9 l 3 1 2 2 3 4 0 乡村居民1 4 2 0 5 14 2 1 2 0 4 2 全行业用电分类 一、农、林、牧、渔业 1 7 3 0 50 5 1 - 4 6 4 6 二、工业2 8 6 5 4 7 4 8 5 0 2 1 5 9 5 i 轻工业8 5 5 6 7 52 5 3 9 一3 4 1 2 重工业2 0 0 9 7 9 9 5 9 6 3 2 6 7 7 从表中可以分析得到一定的负荷组成规律，即各类负荷所占总负荷的比重；首先，工业 负荷占有绝大部分的负荷百分比：城乡居民生活用电所占比例与第三产业相差无几。 此外，从表中可以得出，对工业负荷、城乡居民生活以及三产用电这三类负荷而言，它 们相比2 0 0 4 年周期增长的幅度都是比较大的，尤其是第三产业，增幅达到2 4 6 9 对其农 业用电负荷而言，负荷在系统总负荷的所占比例明显偏小，另外相比2 0 0 4 年同期农业负荷 减少了4 6 4 6 。说明在该地区工业和第三产业较发达。另外，由于农业负荷所占的比例较 小，对负荷的影响较小，故不作分析。 9 东南大学硕士学位论文 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。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【l “。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区排涝用电负荷的剧 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； 1 0 第二章负荷特性及其分析基础 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相对较小，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 主要的负荷特性指标 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。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u j 。各地区负荷特性分析预测所采 用的主要负荷特性指标见表2 - 3 。 表2 3 我国各地区负荷特性分析预测所采用的主要负荷特性指标 地区 负荷特性分析预测采用的主要指标 年最大负荷、域高负荷日负荷率、代表月平均日负荷率、月不均 华东衡系数、季不均衡系数、年平均日负荷率、年负荷率、最大负荷利用 小时数、年负荷曲线、最大负荷持续曲线 年最大负荷、年最大峰谷差、年平均日负荷率、年最大负荷利用 浙江 小时 年( 季) 最大负荷、年( 季) 最小负荷、年( 季) 平均负荷、年 ( 季) 最大峰谷差、年( 季) 平均峰谷差、年( 季) 平均日负荷率、 湖北 年平均日最小负荷率、月负荷率、最大负荷利用小时数、年负荷曲线、 日负荷曲线 年最大负荷、年负荷曲线、年最小负荷、年平均日负荷率、年平 北京 均日最小负荷率、年持续负荷曲线 年最大负荷、典型日负荷率、年平均日负荷率、年最小负荷率、 上海 月峰谷差率、年峰谷差率、年最大负荷利用小时数、典型日负荷曲线 东南大学硕士学位论文 年最大负荷、年最大负荷利用小时数、年平均日负荷率、年最大 南京峰谷差、年负荷曲线、周负荷曲线、日负荷曲线、最大负荷日负荷曲 线 年最大负荷、年最小负荷、年平均负荷、年最大日峰谷差率、年 福州 平均日峰谷差、年平均日负荷率、日平均峰谷差率、最大负荷利用小 时数、年负荷曲线、典型日负荷曲线、分行业冬夏负荷曲线 年最大负荷、年最大负荷利用小时数、年平均日负荷率、年平均 兰州 日最小负荷率、年平均峰谷差率、年最大峰谷差 长沙年最大负荷、典型日负荷率、典型日最小负荷率、季不均衡系数 年最大负荷、年最小负荷、年平均日负荷率，年平均最小日负荷 南宁 率、月平均峰谷差、分行业典型负荷曲线 年最大负荷、年最小负荷、年平均负荷、年平均日负荷率、年平 大连均峰谷差、年平均日峰谷差率、年最大峰谷差与年最大负荷的比率曲 线 为加深对全国负荷特性的了解，统一负荷特性指标。2 0 0 0 年3 月，国家电力公司组织各 网省电力公司全面、系统收集有关负荷特性数据，同时选取华东、浙江、湖北、四川四个电 网和北京、上海、福州、兰州、长沙、南宁、大连等八个城市进行负荷特性的重点调研和分 析，在此基础上，对我国的负荷特性进行了全面的分析。2 0 0 1 年国家电网公司对电力工 业生产统计指标解释中的指标进行了补充修改，增加了负荷差率等指标。由此建立了我国 进行负荷特性分析的指标体系。 一、日负荷特性 ( 典型) 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：日平均负荷与日最大负荷的百分比。 日最小负荷率：日最小负荷与日最大负荷比值。 典型日负荷曲线：典型日按时间顺序以小时整点负荷表示的负荷曲线。 日峰谷差：日最大负荷与日最小负荷之差。 日峰谷差率：日峰谷差与日最大负荷的百分比值。 二、周负荷特性 周负荷曲线：每周按时间顺序逐日最大负荷曲线。 三、月负荷特性 ( 1 ) 月最大( 小) 负荷：每月最大( 小) 负荷日的最大( 小) 负荷。 ( 2 ) 月平均日负荷：每月日平均负荷的平均值。 ( 3 ) 月平均日负荷率：每月日负荷率的平均值。 ( 4 ) 月负荷率：又称月不均衡率，每月平均日负荷与最大日负荷的比值。 ( 5 ) 月最小负荷率：每月日最小负荷率的最小值。 ( 6 ) 月最大峰谷差：每月日峰谷差的最大值。 ( 7 ) 月最大峰谷差率：每月日峰谷差率的最大值。 ( 8 ) 月平均日峰谷差：每月日峰谷差的平均值。 ( 9 ) 月平均日峰谷差率：每月日峰谷差率的平均值。 第二章负荷特性及其分析基础 四、年( 季) 负荷特性 ( 1 ) 年最大( 小) 负荷：全年各月最大( 小) 负荷的最大( 小) 值。 ( 2 ) 年平均日负荷：全年月平均日负荷的平均值。 ( 3 ) 年平均日负荷率：全年月平均日负荷率的平均值。 ( 4 ) 年平均月负荷率：全年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。 ( 5 ) 季负荷率：又称季不均衡系数，全年各月最大日的最大负荷之和的平均值与年最大负 荷的比值。 ( 6 ) 年负荷率：全年平均负荷与年最大负荷的比值。 ( 7 ) 年最小负荷率：全年日最小负荷率的最小值。 ( 8 ) 年最大峰谷差：全年日峰谷差的最大值。 ( 9 ) 年最大峰谷差率：全年日峰谷差率的最大值。 ( 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 4 负荷特性分析 2 4 1 最大( 小) 负荷分析 最大( 小) 负荷指标包括日最大( 小) 负荷、月最大( 小) 负荷、年最大( 小) 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。本节主要分析市级最大( 小) 负荷 的年变化情况、月变化情况及夏冬季负荷的横向比较。 2 0 0 0 年2 0 0 5 年江苏省某市最大负荷变化情况如图2 - i 所示。 i 二_ _ 二生墨杰璺荷j ： 至4 0 0 83 0 0 毪菪一一。j 鬃一。一一 。一一j 。0 卜 。z 0 0 。年z 0 0 t 年z o o z 年z 0 0 。年z 0 0 t 年。0 0 s 年 图2 - 12 0 0 0 年一2 0 0 5 年年最大负荷变化图 1 3 东南大学硕士学位论文 图2 - 22 0 0 0 年- 2 0 0 5 年年最小负荷变化图 从图2 - 1 和2 2 可以看出：( 1 ) 年最大负荷呈现出明显上升的趋势，从2 0 0 0 年的2 0 4 9 万k w 迅速上升至2 0 0 5 年的4 8 1 7 万k w ，年平均增长率达到1 8 9 9 ；( 2 ) 年最小负荷前三 年变化较小，从2 0 0 3 年开始急剧上升，年平均增长率为2 3 4 。 从对历年数据的分析可以得到：最大( 小) 负荷受季节的影响，星现出非常明显的季 节性变化。比如最低负荷往往出现在冬季，特别是春节期间，但由于人民生活水平的提高， 春节期间三产和居民负荷在近三年逐年增长；最大负荷一般出现在夏季，特别是出现在高温 季节。 2 4 2 平均负荷分析 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。 该市平均负荷2 0 0 5 年的日平均负荷曲线如图2 - 3 所示。 图2 - 32 0 0 5 年日平均负荷曲线图 从图2 - 3 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，日平均负荷比较 高的容易出现最大负荷。同时，日平均负荷的季节性也较明显。 1 4 第= 章负荷特性及其分析基础 图2 42 0 0 5 年月平均负荷变化图 由图2 - 4 可以看出，月平均负荷受季节影响较大，7 、8 月份的平均负荷明显要比其它月 份大。 图2 - 5 年平均负荷变化图 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。 2 4 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 毛3 1 日峰谷差，日峰谷差率 该市2 0 0 5 年日峰谷差和日峰谷差率的变化趋势如图2 - 6 和图2 7 。 东南大学硕士学位论文 e 三蔓鲚蓟 1 4 u 1 2 0 ，、1 0 0 羡8 0 磊6 0 幂4 0 2 0 0 l2 34 5 6 7 8 91 1 l1 3 31 5 51 7 71 9 92 2 12 4 3 天数 图2 - 62 0 0 5 年日峰谷差变化图 量誓一图2 - 72 0 0 5 年日峰谷差率变化图。 由图2 - 6 和图2 7 可以看出：( 1 ) 日峰谷差大多为5 0 9 0 万姗，日峰谷差率大多集中 在1 5 2 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 ) 在一 年中有少数几天峰谷差特别大，这主要因为该市地处沿海地区，夏季会有台风等天气，使得 峰谷差发生剧烈变化；( 3 ) 夏、冬季整体的峰谷差相对较高，说明空调负荷对峰谷差还是有 影响的，且影响