（工商管理专业论文）负荷特性分析预测与需求侧管理研究.pdf

华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 摘要 随着我国经济的快速发展 电力能源严重紧缺 在电厂建设投资资金有限的情 况下实旖电力需求侧管理 d g m 相关措施是解决电网高峰负荷压力大的一种途径 本文研究了在电力需求侧管理的设计中 对系统负荷避行预测以确定d s m 实施的负 荷形状目标 选取指标体系建模对系统负荷进行分析以确定d s m 措施实施对象 同 时在此基础上进行峰谷分时电价优化的研究 并以某省需求侧管理实际数据进行实 证 提出了相关建议及解决方案 关键词 需求侧管理 负荷 负荷预测 峰谷分时电价 a b s t r a c t w i t ht h eh i g hs p e e dd e v e l o p m e n to fc h i n ae c o n o m y t h es h o r t a g eo fe l e c t r i cp o w e r b e c o m e sm o r ea n dm o r es e r i o u s i ti saf i n ea p p r o a c ht oa c t u a l i z et h ed e m a n ds i d e m a n a g e m e n t d s m t ol e s s e nt h ep r e s s u r eo fp e a kl o a dp e r i o du n d e rt h es i t u a t i o nt h a t t h e r ea r el i m i t a b l ef i n a n c i n gf o re l e c t r i c i t yb u i l d t h ep a p e rd i s c u s s e sh o wt of o r e c a s tt h e s y s t e ml o a dt om a k es u r et h el o a ds h a p ei nt h ed s md e s i g n b ye s t a b l i s h i n gai n d e x s y s t e m t h ep a p e ra n a l y s e st h es y s t e ml o a dt oc o n f i r mt h eo b j e c t st oe x e c u t ed s m a n d t h ep a p e ra l s om a k er e s e a r c ho nb u i l d i n gas c i e n t i f i cm o d e lt oo p t i m i z et h et i m e v a r y i n g p r i c ef o rp e a ka n db o t t o ml o a d a n dg i v ee x a m p l e so fap r o v i n c et op r o v et h er e s e a r c h a n df i n ds o l u t i o nt o 也e s ep r o b l e r m w a n gq i m a s t e ro f b u s i n e s sm a n a g e m e n t d i r e c t e db yp r o f d o n gj u n k e yw o r d s d e m a n ds i d em a n a g e m e n t l o a d l o a df o r e c a s t t i m e v a r y i n g p r i e ef o rp e a ka n db o t t o ml o a d 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 摘要 随着我国经济的快速发展 电力能源严重紧缺 在电厂建设投资资金有限的情 况下实拖电力需求侧管理 d s m 相关措施是解决电网高峰负荷压力大的一种途径 本文研究了在电力需求侧管理的设计中 对系统负荷进行预测以确定d s m 实旅的负 荷形状目标 选取指标体系建模对系统负荷进行分析以确定d s m 措施实施对象 同 时在此基础上进行峰谷分时电价优化的研究 并以某省需求侧管理实际数据进行实 证 提出了相关建议及解决方案 关键词 需求侧管理 负荷 负荷预测 峰谷分时电价 a b s t r a c t w i t ht h eh i g hs p e e dd e v e l o p m e n to fc h i n ae c o n o m y t h es h o r t a g eo fe l e c t r i cp o w e r b e c o m e sm o r ea n dm o r es e r i o u s ni saf i n ea p p r o a c ht oa c t u a l i z et h ed e m a n ds i d e m a n a g e m e n t d s m t ol e s s e nt h ep r e s s u r eo fp e a kl o a dp e r i o du n d e rt h es i t u a t i o nt h a t t h e r ea r el i m i t a b l ef i n a n c i n gf o re l e c t r i c i t yb u i l d t h ep a p e rd i s c u s s e sh o wt of o r e c a s tt h e s y s t e ml o a dt om a k es u r et h el o a ds h a p ei nt h ed s md e s i g n b ye s t a b l i s h i n gai n d e x s y s t e m t h ep a p e ra n a l y s e st h es y s t e ml o a dt oc o n f i r mt h eo b j e c t st oe x e c u t ed s m a n d t h ep a p e ra l s om a k er e s e a r c ho nb u i l d i n gas c i e n t i f i cm o d e lt oo p t i m i z et h et i m e v a r y i n g p r i c ef o rp e a ka n db o t t o ml o a d a n dg i v ee x a m p l e so fap r o v i n c et op r o v et h er e s e a r c h a n df i n ds o l u t i o nt ot h e s ep r o b i e r m w a n gq i m a s t e ro f b u s i n e s sm a n a g e m e n t d i r e c t e db yp r o f d o n gj u n k e yw o r d s d e m a n ds i d em a n a g e m e n t l o a d l o a df o r e c a s t t i m e v a r y i n g p r i e ef o rp e a ka n db o t t o ml o a d 声明 本人郑重声明 此处所提交的工商管理硕士学位论文 负荷特性分析预测与 需求侧管理研究 是本人在华北电力大学攻读工商管理硕士学位期间 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 立孟 日 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 蓝 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 第一章引言 1 1 需求侧管理理论概述 需求侧管理 是英文 d e m a n ds i d em a n a g e m e n t 的翻译 缩写为d s m 是指 通过采取有效的激励措旌 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 力工业与国民经济协调发展的一项系统工程 需求侧管理是以电力公司作为供应侧 以电力用户作为需求侧 采取行政和财 政的手段 以负荷管理为中心 达到削峰填谷 提高能效的目的 是综合资源规划 i r p 的一部分 1 2 我国电力需求侧管理现状的分析 我国的电力需求侧管理开始于二十世纪八十年代末 起初的工作仅局限于节约 用电 计划用电和合理用电方面 到九十年代末 才进入到以 转移高峰负荷 为 中心的电力需求侧管理的实质性阶段 这个阶段的工作重点 开始向强化负荷管理 移峰填谷 开拓低谷电力市场方面转移 可以说 在实施电力需求侧管理工作中 总结出了许多好的经验和做法 但从总体上看 电力需求侧管理工作还处于起步阶 段 问题和困难很多 目前我国实施需求侧管理方面还存在政策不够协调 缺乏管理 手段和相关法律支持 社会认识不足 经济杠杆不够完善等问题 以及认为需求侧 管理就等于计划用电 拉闸限电 需求侧管理只是电力部门的任务等观念误区 随 着经济的快速发展 近年来电力供需紧张状况进一步加剧 解决缺电问题 一方面要 十分重视电源 电网建设 优化资源配置 保证电力供应 另一方面 要高度重视电 力需求侧管理工作 1 3 我国电力需求侧管理的必要性 从近年来的电力持续负荷统计来看 全国9 5 以上的高峰负荷年累计持续时间 只有几十个小时 采用增加调峰发电装机的方法来满足这部分高峰负荷很不经济 在这种情况下 加强需求侧管理工作 既是缓解当前电力供需矛盾 做好电力供应的 必要手段 也是保障电力系统安全运行的重要举措 更是提高能效 促进我国电力工 业健康 持续发展的长远战略 在加快电源建设 增加供给的同时 必须将需求侧 管理提升到与电力供应同等重要的地位 供给与需求要两手抓 两手都要硬 综合规 划供需双方资源 优化配置电力资源 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 1 4 课题研究的内容和意义 1 4 1 课题研究的内容 本课题是研究对一个规定的电力市场 如何选取负荷指标 对市场内的各类用 电负荷进行分析 并在此基础上实施适合具体情况的峰谷分时电价 达到需求测管 理进行负荷控制的目标 本论文介绍了需求侧管理的负荷特性分析和负荷预测的基 本方法 并对如何实现峰谷分时电价的优化进行了分析研究 1 4 2 课题研究的意义 进入二十一世纪 随着我国经济的飞速发展 能源供给出现短缺 在电能方面 如何实现削峰填谷 降低电力高峰负荷 提高负荷率 成为电力需求侧管理的首要 任务 本文拟通过对电力负荷特性分析预测方法和需求侧管理手段进行研究 探索改 变负荷特性 提高电力负荷率 以达到电力能源的健康 可持续发展 负荷特性分析和预测是负荷管理的基础 只有认识和分析电力负荷的现状 预 测未来负荷趋势 才能找到负荷管理工作的切入点 寻找切实可行的管理办法 峰谷分时电价是转移高峰负荷 移峰填谷的有效办法 但具体如何实施 怎样 根据负荷特性进行峰谷时段电价的调整和优化 都具有重要意义 2 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 第二章电力需求侧管理负荷分析和预测的理论 2 1 负荷的概念 负荷可分为发电负荷 供电负荷及用电负荷 发电负荷是指发电厂或电力系统 在某一瞬间实际承担的发电工作负载 亦即某一瞬间的发电实际出力 供电负荷是 指供电企业 供电地区或电力网在某一瞬间实际承担的供电工作负载 它是发电厂 上网负荷再加 减 互馈负荷后的功率数 用电负荷指用电对象 如地区 用户 车间 工序 工艺 机台等 消耗的电功率 在实施d s m 步骤中分析确定负荷形状 目标 主要分析在未来年份用电负荷的预测值 这种分析最好使用全社会的负荷 但在数据有限的情况下可以使用网调数据 然后对比系统内的装机容量和未来装 机计划 装机容量不足部分可作为负荷削减目标 2 2 负荷特性分析的理论 为了确定负荷形状目标需要对供电负荷进行分析 同时 要确定能满足负荷形 状目标的用电终端则需要分析各类用户的用电负荷 为了描述负荷的特性需选取一 系列指标 以下对这些指标的概念进行介绍 平均负荷 指某一时间内瞬问负荷的平均值 即负荷时间数列平均数 表明发 供 用电设备在报告期内达到的平均生产能力和用电设备的平均开动能力 负荷曲线 各发电厂 供电地区或电力系统所承担的有功或无功负荷 随着时 间的不断交化 将纪录的数列绘制成图形来表示 称为负荷曲线 纵轴表示负荷 横轴表示时间 负荷的种类很多 按时间分类 有日负荷曲线和年负荷曲线等 按 用电性质分类 有商业负荷曲线 工业负荷曲线和居民生活负荷曲线等 典型日负荷蓝线 典型日按时间顺序以小时整点 发 供 甩电 负荷表示的 负荷曲线 标示出一天内每小时的负荷值 反映一天内负荷动态 年负荷曲线 按全年中逐月 发 供电 最大负荷绘制的曲线 标示出一年内 每月的最高负荷值 观察一年内各月负荷动态 峰谷差 在有功日负荷曲线图上 最高负荷称高峰 最低负荷称低谷 平均负 荷至最高负荷之间负荷 称尖峰负荷 即峰荷 平均负荷至最低负荷之间负荷 称 腰部负荷 即腰荷 最低负荷以下部分 称基本负荷 即基荷 最高负荷与最低负 荷之差 称峰谷差 本论文中为了描述年负荷曲线的特征 在年负荷曲线上最大负 荷值与其上最小负荷值之差也定义为峰谷差 以表示一年中各个月份最高负荷的差 异 负荷率 指平均负荷与最高负荷的比率 说明负荷的差异程度 负荷率数值越 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 大 表明生产均衡 设备能力利用率高 2 3 负荷预测的理论 电力系统是一个运行高度统一的大系统 由于电能不能大量储存 其生产和消 费必须同时进行 因此预知负荷的需求对于电力系统运行具有十分重要的意义 负 荷预测是能量管理系统及配网管理系统的重要组成部分 电力系统规划和运行调度 的依据 也是电力市场化商业运营必需的基本内容 长期以来 负荷预测在实际生产 运行中并没有得到应有的重视 随着电力市场化的进行 各个电力公司之间的交易 更加频繁 这就对负荷预测提出了更高的要求 电力系统负荷预测对于电力企业有 着重大的意义 预测水平已经成为一个电力企业的管理是否走向现代化的显著标志 之一 2 3 1 负荷预测的概念 电力负荷有两方面的含义 一方面是指电力工业的服务对象 包括使用电力的 部门 机关 企事业单位 工厂 农村 车间 学校以及各种各样的用电设备 另 一方面是指上述各用电单位 用电部门或用电设备使用电力和电量的具体数量 电 力负荷预测中的负荷概念 是指国民经济整体或部门或地区对电力和电量硝费的历 史情况及未来的变化发展趋势 电力负荷预测就是在正确的理论指导下 在调查研究掌握大量翔实的资料的基 础上 运用可靠的方法和手段对电力负荷的发展趋势做出科学合理的推断 2 3 2 负荷预测的意义 负荷预测是电力系统运行和规划的依据 准确的负荷预测有利于提高电力系统 运行的经济性和可靠性 需求侧管理的主要目标是用户电力和电量的节约 为了完 成综合资源的规划 i r p 实施需求侧管理 d s m 以采取技术 经济 行政等手 段 改变用户的用电方式 这主要通过负荷整形技术来实现 负荷整形技术基本有 3 种 削峰 填谷 移峰填谷 电力负荷预测是从已知的经济 社会发展和电力需 求情况出发 通过对历史数据的分析和研究 对电力需求作出预先的估计和推测 根据这些预测结果 可以针对性地采取技术措施 如进行可中断负荷控制 增添低 谷用电设备 采用蓄冷蓄热技术等 改变电力需求在时序上的分布 将用户的电力 需求从电网高峰期削减 转移或增加电网低谷期的用电 以期提高系统运行的经济 性和可靠性 在规划的电网中 还可以减少新增装机容量和节省电力建设投资 从 而降低预期的供电成本 电力系统中长期负荷预测工作直接影响电力规划 生产和运行等工作 是电力 4 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 科学研究的重要课题之一 与超短期 短期电力负荷预测工作相比 中长期电力负 荷预测研究 更能与电力工程项目建设周期相适应 更好地为输变电工程建设计划 和配电计划 电价研究及其他与电力发展有关的经济研究提供依据 电力负荷预测 是计划用电管理 合理安排电网运行方式和制定机组检修计划的前提 是对发电 输电和电能分配等工作进行合理安排的必要前提 它对电网的安全 经济运行具有 重要意义 也是电网营销决策时必须考虑的因素 它的重要性表现在几个方面 i 负荷预测工作是电力系统增容规划的基础 负荷预测包括两个方面 即 对未来需求量 电力 的预测和对未来用电量 电能 的预测 前者用来决定发电设 备的容量 以及相应的输电和配电的容量 后者则决定了应当安装何种类型的发 电容量 由此可见负荷预测不但是电力系统本身增容规划所必不可少的 同时 也是筹措建设资金和正确购置设备必须具有的信息 这些都涉及了电网的成本效 益分析 有助于减少新增装机容量和节省电力建设投资 从而降低预期的供电成 本 除此以外 对于确定未来燃料 或其他能源 的需求量而言 用电量的预测也 是极为重要的因素 2 准确的负荷预测有利于进行市场营销分析 采取适合的营销策略组合 负荷预测通过对历史数据的分析 找出负荷发展的趋势 特点和用电结构的变化 趋势 如不同行业的负荷增长率差异等 在制定目标市场战略时更有针对性 同 时在负荷预测时充分考虑了国民经济的增长 宏观经济政策等不确定因素等 这 些也都是营销战略规划中要考虑的 3 准确的负荷预测有利于电网采取正确的运行方式 电网可以根据短期的 负荷预测来确定合适开机方式 减小运行成本 特别是缺电的情况下 借助短期 的负荷预测技术可以确定是否需要向网外购电 购多少电 或是否需要采取负荷 控制措施 控制量以及怎么控制等 这些都是影响电网的安全运行的重要因素 2 3 3 负荷预测的分类 负荷预测按不同的分类标准可以作以下几种不同的划分 按时间划分负荷预测可以分为长期 中期 短期 超短期以及节日预测 负荷 的长期预测一般指1 0 年以上并以年为单位的预测 中期预测指5 年左右并以年为单 位的预测 它们的意义在于帮助决定电网的规划 增容和改建 是电力规划部门的重 要工作之一 负荷的短期预测则是指一年以内并以月为单位的负荷预测 还指以周 天 小时为单位的负荷预测 通常预测未来一个月 未来一周 未来一天的负荷指 标 也预测未来一天2 4 h 中的负荷 其意义在于帮助安排发电计划 降低备用容量 超短期负荷预测指未来l h 未来0 5 h 甚至未来l o m i n 的预测 其意义在于可对电 网进行计算机的在线控制 实现发电容量的合理调度 满足给定的运行要求 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 按预测内容分类 负荷预测可以分为城市民用负荷 商业负荷 农村负荷 工 业负荷以及其它负荷的预测 按特性分类根据负荷预测表示的不同特性 常常又分为最高负荷 最低负荷 平均负荷 负荷峰谷差 高峰负荷平均 低谷负荷平均 平段负荷平均 全网负荷 母线负荷 负荷率等类型的负荷预测 以满足供电 用电部门管理工作的需要 2 3 4 负荷预测的方法 负荷预测的方法有很多种 用的比较多的有回归分析法 趋势预测方法 时间 序列预测法 常用的还有概率预测法 弹性系数法 产值单耗法 专家系统预测法 等 随着负荷预测技术的发展 近年来又出现了人工神经网络方法 模糊聚类法 小波分析 优选组合预测等 这些方法都有各自的优缺点 在预测中要针对当地的 实际情况采取相应的预测方法 根据本论文实证部分的实际情况 采用了三种不同 的预测方法 电力弹性系数法 灰色预测法和口值预测法 电力弹性预测法 k 选用此方法的原因 一为实证项目所在的供电局提供的弹性系数 r l d r l v i 矿 d 规划水平年国内生产总值用电单耗平均增长率 v 国内生产 总值增长率 历史统计数据是结合了产值单耗数据的 应用此方法指标综合性较强 二为项目所在地的电力需求激增主要是由经济发展过热引起的 弹性系数和产值单 耗都是反映经济发展与电力发展相互影响的指标 应用此方法与经济结合比较紧 密 1 电力负荷的增长与国民经济的发展有着密切的关系 一般可用下列经验 公式可表示 y a 2 1 式中y 用电量或用电负荷 x 国民经济指标值 a b 一一常数 对式 卜1 两边取对数 得 l n y l n a p l n x 对上式两边求导数 可得 6 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 塑也 8 y x 当电力负荷 电力或电量 和国民经济指标的变化符合式 2 1 时 它们的 增长率之比为一常数1 3 此常数1 3 称为电力弹性系数 2 当电力弹性系数是描述电力生产 发电负荷或发电量 增长速度与国民 经济增长速度之间的关系时 称为电力生产弹性系数 其一般定义式为 电力生产弹性系数 言奁羞嘉徽 当电力弹性系数是描述电力消费 用电负荷或用电量 增长速度与国民经济增 长速度之间的关系时 称为电力消费弹性系数 其一般定义式为 电力消费弹性系数 喜召差煮禚 3 预测原理 分析以往的电力弹性系数和国内生产总值 预测规划年的电力弹性系数 和和 国内生产总值年均增长率吼 根据电力弹性系数的定义测算出电力生产或消费的年 均增长率口 用数学公式表示为口 届 利用下列公式预测出规划期所需的电力 和电量 形 呒 1 舰 2 2 其中形 规划期需要的电力 万k w h 睨一一基年的实际发电量 万k w h 芦 规划期采用的电力生产弹性系数 规划期预计的国民生产总值年均增长率 t 基年至规划年间隔的年数 利用 2 2 式预测出的规划期某年需要的发电量 通过下式算出相应的电力需要 量 c 毒 其中只一一需预测的规划年的发电负荷 万千瓦 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 彬 预测出规划年的发电量 万千瓦 规划期采用的发电负荷利用的小时数 灰色预测法 灰色系统理论自8 0 年代由我国学者提出以来 已在各个领域得到广泛应用 特 别是在电力负荷预测中取得了一定的成绩 是灰色数学在电力系统应用的典型实 例 g i 1 1 灰色模型在中长期电力负荷预测领域内属于经典方法 得到国内外专 家普遍认可 特别适用于那些时间短 数据波动不大 单调递增速度平缓的预测问 题 灰色预测模型要求数据非负 建模原理 给定一数据序列 x 协 x o x 经过一次累加得 x x 设x j 满足一阶单变量常微分方程 型d t 饿i 其中d 为常系数 视为对系统的常定输入 上式的解为 x j x 一口s t e a r r o 詈 对等间隔取样的离散值则为 巧i 1 爿一u e 一 兰 灰色建模的途径就是对累加序列值通过最小二乘来估计常数a o m 1 1 灰色建模的步骤如下 1 对原始数据 进行累加生成 即将同一数据列前f 项元素累加后生成新数 据列 工卜 x 2 构造数据矩阵b 和数据向量 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 b 一i 1 x 卜x m 一圭 茹 工 一三 x 一 x i x 2 0 蚝0 7 3 求逆阵 曰7 b 1 及b 7 y 4 利用最小二乘法求参数口和 求参公式为 6 幻 c 曰 占 1 曰7 y 5 将所得参数口和甜代入得响应 拟合值 方程为 一与 二t 昙 6 利用累减计算还原 即 x 吐1 i 2 3 疗 7 模型检验 残差检验 关联度检验 后验差检验 残差检验 辞 一r 式中 口 第f 个残差 工 初始序列的第f 个数据 x 第 个数据拟合值 一般用相对误差来检验 计算公式为 o 关联度检验 首先计算关联系数 计算公式为 9 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 上式中 当2 糌 a 为残差砰的绝对值 a m 为a 中的最小者 a 为 中的最大者 p 为常效 视具体情况而定 一般取o 5 左右 计算关联度 公式如下 r 三窆磊 疗缶 根据实际情况选定一个关联度的门槛值来判定是否符合要求 后验差检验 步骤如下 a 计算初始系列的均方差墨 墨 击静奶2墨2 1 者蕃 班妒 2 其中 三窆i l b 计算残差s 的均方差岛 足 v 州i 百 o 8 0 2 1 o 足2 v 州百 其中 三薯辞 c 计算方差比值 即后验差 c 量 s d 计算小概率 h p 一予i o 9 5 o 8 0 0 7 0 o 6 5 勉强合格 0 6 5 不合格 盯值预测法 灰色系统理论是研究解决灰色系统分析 建模 预测 决策和控制的理论 是 我国著名学者 华中理工大学邓聚龙教授于8 0 年初提出来 由于电力系统处在整个 社会经济的大环境下 受到多方面不确定性因素影响 因此多年来 灰色系统理论 在电力系统中长负荷预测中的应用受到了广泛的关注 但是由于电力系统负荷存在 突变性 波动性的特点 使得g m 1 i 模型预测的结果不理想 同时 灰色建模 时并没能考虑经济发展水平对负荷发展的影响 面电力负荷并非独立发展 其发展 水平 速度受国民经济各方面因素的制约 单纯地进行负荷预测而不考虑经济的发 展水平必然会导致预测结果的不理想 通过关联度分析可知 电力系统年用电量变 化与国民经济的发展有密切关系 通过用电量国民经济发展的关系分析 可以较为 准确地预测未来的用电需求情况 鉴于这种情况 提出基于灰色理论的口值预测法 即考虑负荷发展的趋势性 又考虑了经济发展水平的影响 这里令口 1 7 1 r 其中g d p 国内生产总值 以不变价格计算 万元 形 基年用电量 万k w h 可以看出 对盯进行无量化处理 其值的大小正比于产值单耗的倒数 从国际 经验看来 随着经济的发展 第一产业的产值单耗会逐渐下降 但是下降的空间不 会很大 第二产业中随着高科技 新技术的应用和先进管理方法采用 产值单耗将 会有很大的下降 特别是对于调研当地而言 工业比重所占比重很大 这种趋势将 会很明显 而第三产业发展很快 由于第三产业相对而言是低能耗的 因此第三产 业的产值单耗也是下降的 综合以上分析可以看出 随着经济的发展 产值单耗将 会呈下降的趋势 而口值则上升 并且口值系列总的来看不会上下波动 无突变 其变化趋势比较能符合灰色建模的机理 从调研当地这几年的数据即能看出这个特 点 口值预测法的步骤如下 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 1 利用g d p 与本年度用电量的数值来构造口值序列 2 结合相应的数据处理技术 利用灰色模型对未来口值进行预测 3 根据相应年份的g d p 发展水平 预测 规划而得 利用预测得到的a 值反推 该年的需电量 可以看出 口值预测法兼顾了负荷发展的规律性和当前经济的发展水平 能 达到比较满意的负荷预测结果 并且可以根据规划的经济发展速度进行修正 进 一步保证其结果的理想 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 第三章负荷特性分析和负荷预测实证分析 3 1某省负荷特性分析实证分析 3 1 1 日负荷曲线分析 图3 一l 四季典型日负荷曲线 从上图可以看出如下特点 a 夏季日负荷曲线由于受到降温负荷的影响 峰谷差率大于冬 春季日负 荷曲线 b 夏 秋季日负荷曲线最高负荷出现在早高峰 1 0 0 0 1 3 0 0 之间 冬 春季负荷曲线最大负荷通常出现在晚高峰 1 8 0 0 2 2 0 0 之间 3 1 2 周 月负荷蓝线分析 周负荷曲线反映一周内日最大负荷的变化 由于存在周末与工作臼用电负荷的 差别 日最高负荷存在以周为周期的波动 但是 由于负荷还受气候等因素影响 特别是近年来由于夏季空调负荷的增加 气温的变化对负荷的影响更大了 超过了 周末与工作日用电负荷的差别 使电网在夏季周负荷波动规律不明显了 图3 2 3 3 列出某省电网2 0 0 4 年7 1 2 月的月负荷曲线 7 月份日最大负荷 变化非常大 主要是受气候的影响 1 2 月份日最大负荷变化不大 可以看出负荷以 周为周期的变化 1 3 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 图3 22 0 0 4 年7 月负荷曲线 图3 32 0 0 4 年1 2 月负荷曲线 3 1 3 年负荷曲线分析 年负荷曲线表示一年内逐月最高负荷的变化 横坐标为1 2 个月份 纵坐标为 负荷 图3 4 为某省电网2 0 0 4 年年负荷曲线 图3 4 某省电网2 0 0 4 年年负荷曲线 1 4 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 该曲线显示 全年最大负荷一般出现在6 9 月份 全年仅有一个夏季高峰 这是由空调负荷大量增加引起的 春 冬季负荷较低 这是由于该省电力采暖负荷 很小 图3 52 0 0 0 2 0 0 4 年最大负荷增长 从最大负荷增长情况来看 2 0 0 0 2 0 0 4 年最大负荷年均增长1 7 6 0 比用电 量增速高1 8 8 个百分点 年最大峰谷差逐年增大 3 1 4 影响负荷特性主要因素分析 影响负荷特性变化的因素错综复杂 主要有 产业结构 需求侧管理 气温 电力供应等 1 产业结构调整对负荷特性的影响 某省经济发展正处在工业化中期阶段 第二 第三产业比重持续上升 经济结 构由轻工业为主体向轻重工业并重迈进 在重工业化初期 由于连续生产的重工业 发展较快 负荷率水平相对较高 峰谷差较小 随着第三产业和居民生活用电比重 的提高 日负荷曲线波动将增大 负荷率水平将趋于下降 系统峰谷差增大 2 需求侧管理对负荷特性的影响 需求侧管理目前采取的主要措施是推行峰谷电价政策 峰谷电价政策对不同行 业的用电将产生不同的影响 其影响程度取决于生产过程 电能占生产成本的比例 等因素 近期该省冶炼 建材等高耗能行业发展较快 这些行业的用电成本占总成 本比重较大 因此峰谷电价的执行将抑制全省高峰负荷增长 同时拉高负荷率 其 它需求侧措施的实施力度和范围目前还比较局限 因此近期对全网负荷特性的影响 作用并不明显 3 气温对负荷特性的影响 气温对负荷特性的影响主要体现在夏季降温负荷上 近年来随着人民生活水平 1 5 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 的提高和气温的升高 居民空调拥有量快速增长 空调器的普及使夏季空调负荷急 剧上升 使全省尖峰负荷问题更加突出 4 电力供应对负荷特性的影响 由于全省电力供需情况近几年都比较紧张 因此大力开展了避峰错峰 移峰填 谷 有时甚至拉闸限电等措施削减了日高峰负荷 提高日负荷率 3 2电力负荷预测实证分析 3 2 1 弹性系数法预测指标及预测结果 通过调研 根据最新的规划资料结合国家电力工业 十一五 规划的相关指 标制定以下负荷预测指标 表3 i2 0 0 4 2 0 1 0 预测指标 高方案中方案低方案 2 0 0 3 年实际用电量 亿 3 3 53 3 53 3 5 k w h 电力弹性系数 o 9 80 9o 8 g i p 年均增长率 1 1 51 l1 0 5 年均利用小时数 h 5 2 0 5 5 2 0 55 2 0 5 表3 22 0 1 卜2 0 1 5 预测指标 高方案中方案低方案 2 0 0 3 年实际发电量 亿 3 3 53 3 53 3 5 k w h 电力弹性系数 o 9 60 8 5o 7 0 6 d p 年均增长率 1 09 59 o 年均利用小时数 h 5 2 5 55 2 5 5 5 2 5 5 表3 32 0 1 6 2 0 2 0 预测指标 高方案中方案低方案 l2 0 0 3 年实际发电量 亿 3 3 53 3 53 3 5 1 6 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 k w h 电力弹性系数 0 9 3o 80 6 g d p 年均增长率 8 58 7 5 年均利用小时数 h 5 2 4 25 2 4 2 5 2 4 2 数据来源 调研数据整理 根据 2 2 的弹性系数预测原理计算得到下表 表3 4 全社会需电量预测结果 弹性系数法 单位 亿千瓦时 年份 2 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 72 0 0 82 0 0 92 0 1 02 0 1 52 0 2 0 3 7 2 7 高方案 4 1 4 7 64 6 1 5 15 1 3 5 25 7 1 3 96 3 5 7 97 0 7 4 41 1 1 8 7 81 6 3 6 6 3 0 3 6 8 i 中方案 4 0 4 6 14 4 4 6 74 8 8 6 95 3 7 0 75 9 0 2 46 4 8 6 89 5 6 4 31 3 0 4 2 6 3 6 3 i 低方案 3 9 9 0 94 3 8 6 04 8 2 0 25 2 9 7 45 8 2 1 96 3 9 8 27 9 9 6 89 9 6 5 5 4 3 2 2 灰色模型有关检验及预测结果 表3 5 全社会用电原始数据单位 亿千瓦时 年份 1 9 9 11 9 9 21 9 9 31 9 9 41 9 9 51 9 9 61 9 9 7 全社会用电量8 5 9 8 9 1 1 9 5 1 3 4 1 5 0 41 6 6 11 7 7 4 年份 1 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 2 2 0 0 3 全社会用电量 1 9 1 32 0 5 12 3 6 62 5 3 32 8 4 93 3 5 注 数据自1 9 9 1 年作了口径调整 为了使模型的检验准确又不至于太繁琐 我们选用最近十年的数据作为本模 型的基础数据 取1 9 9 4 年的t l 以后各年分别为2 3 1 0 可以求得g m 1 1 的类加值如下 硪 爿f 1 3 4 并 1 r f l x l 1 3 4 1 5 0 4 2 8 4 4 x j l z 1 z o 2 8 4 4 1 6 5 1 4 5 0 5 1 7 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 矩阵b 为 b x j l x 1 墨o l 4 5 0 5 1 7 7 4 6 2 7 9 爿j 1 x 二l 盖j 6 2 7 9 1 9 1 3 8 1 9 2 x l x l r 8 1 9 2 2 0 5 1 1 0 2 4 3 x j l 爿 1 工 o 1 0 2 4 3 2 3 6 6 1 2 6 0 9 碰1 j 1 艇o l1 2 6 0 9 2 5 3 3 1 5 1 4 2 月 x l j o 1 5 1 4 2 2 8 4 9 1 7 9 9 1 础 艇1 z 譬l 1 7 9 9 1 3 3 5 2 1 3 4 1 x 1 刊 x 4 d x 州 x 6 0 x 1 刊 工i 一2 0 9 2 3 6 7 4 5 5 3 9 2 7 2 3 5 5 9 2 1 7 5 1 1 4 2 6 1 3 8 7 5 5 1 6 5 6 6 5 1 9 6 6 6 向量y 为 x 0 x p 硝 x 礤 x 一1 o 1 5 0 4 1 6 6 1 1 7 7 4 1 9 1 3 2 0 5 1 2 3 6 6 2 5 3 3 2 8 4 9 3 3 5 根据式 1 8 l 1 l l i l l 融融融融融融融融陋 l 一2 1 2 1 2 l 一2 l 一2 l 一2 l 一2 1 2 1 2 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 u r o 0 9 1 6 1 1 1 3 4 1 8j d i c 占7 b 1 曰7 y 求d 得 2 0 9 2 3 6 7 4 5 5 3 9 2 7 2 3 5 5 9 2 1 7 5 1 1 4 2 6 1 3 8 7 5 5 1 6 5 6 6 5 1 9 6 6 6 2 0 9 2 3 6 7 4 5 5 3 9 2 7 2 3 5 5 9 2 1 7 5 1 1 4 2 6 1 3 8 7 5 5 1 6 5 6 6 5 1 9 6 6 6 2 0 9 2 3 6 7 4 5 5 3 9 2 7 2 3 5 5 9 2 1 7 5 1 1 4 2 6 1 3 8 7 5 5 1 6 5 6 6 5 1 9 6 6 6 1 5 0 4 1 6 6 1 1 7 7 4 1 9 1 3 2 0 5 1 2 3 6 6 2 5 3 3 2 8 4 9 3 3 5 即占 一0 0 9 1 6d 1 3 4 1 8 取x x f 1 3 4 代入公式 膏 1 七 1 x 1 1 一乌e 融 罢 整理后得 口口 酱 b n 一粤 础 娶 1 5 9 8 6 1 9 m t 一1 4 6 4 6 1 9 1 0 8 la j a 由此模型迸一步推算可获得j 1 1 的模型见表3 6 根据掣1 一嘏且取曼 1 童 o 1 3 4 将数据做还原处理可得掣 的模型值见下表 为了提高精度 使预测结果更具有可靠性 还可对g m 1 1 模型进行残差修正 建立相应的误差修正模型 表3 6计算结果 t 掣1 膏 o 一o 日 一 i 占 一厂l 18 5 8 5 8 505 4 6 23 9 8 4 81 16 2 89 8 91 7 3 81 1 9 2 36 2 3 1 41 1 1 6 61 1 9 5 7 8 41 3 3 48 6 4 11 3 3 6 11 3 4 0 3 95 8 5 51 1 2 2 5 213 7 0 31 5 0 4 1 3 3 7l8 8 3 l l i i 1 l 1 i l l l i 1 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 613 9 9 6 9 1 7 7 21 6 6 1 1 1 15 6 4 71 6 9 6 9 5 1 9 1 3 91 7 7 4 13 9 98 5 3 82 0 15 7 6 2 1 8 6 31 9 i 3 2 7 3 32 l 8 7 92 3 5 7 6 9 2 0 7 4 32 0 5 12 3 33 13 1 02 7 2 4 4 22 4 0 5 2 2 3 6 63 9 21 5 4 1 12 9 8 2 2 32 5 7 8 1 2 5 3 34 5 13 6 5 1 23 2 4 0 0 43 0 1 4 82 8 4 9 1 6 5 81 2 3 1 1 33 5 4 1 5 23 4 6 3 43 3 5 1 1 3 47 5 6 1 残差检验结果 最大相对误差7 8 7 高于5 说明个别精度不高 2 关联度检验结果 r 0 6 6 是满足p 0 5 时检验标准r o 6 通 过关联度检验 3 后验差检验结果 当c 0 3 5 时满足精度要求 而c o 2 1 4 0 3 5 所以 所得g m 1 1 通过后验差检验 小误差概率为 p 弛一司 o 6 7 4 s 0 6 7 4 s 2 3 8 2 6 由表卜2 9 中k 一副的值可见 其中各项均满足k 一到 负荷曲线上最高峰点处于峰时段的可能性为1 0 0 最低谷点处于峰时段的可能 性为0 负荷曲线上最低谷点处于谷时段的可能性为1 0 0 最高峰点处于谷时段的可能 性为0 负荷曲线上其余各点处于峰时段和谷时段的可能性采用半梯形隶属函数来确 定 由于该方法只需确定负荷曲线上各点相对于最高峰点与最低谷点的可比性 与 其具体数值无关 所以为了便于计算 只采用了隶属函数的线性部分 其中采用偏小 型半梯形隶属函数来确定负荷曲线上各点处于谷时段的可能性 采用偏大型隶属函 数来确定各点处于峰时段的可能性 如下图所示 图中a 点和b 点分别为负荷曲线 上的最低谷点和最高峰点 x 为负荷曲线上的各点 a x 为点x 处于峰 谷 时段 的可能性 以百分比表示 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 oaxb a i b x b a 图4 1 偏小型半梯形分布函数 0axb a x f f i x a b 图4 2 偏大型半梯形分布函数 以上方法从理论上确定了一天中各时点处于各时段的概率 考虑到峰谷时段的 可用性 要求时段划分不能太分散 因此要在上述算法得出的结论的基础上进行人 为调整 使其既能体现电网负荷特性 又便于应用 4 2 3 3 峰谷分时电价优化的用户响应度模型的研制 实施峰谷分时电价后 电力用户会出于节省电费支出的目的 根据所实施的峰 谷分时电价 调整用电时间 尽量避峰用电 同时增加用电设备 提高低谷时段电 力的使用量 不同类型的用户 由于其用电特性不同 这种调整潜力和调整的主观 意愿也不同 这种用户对某一峰谷分时电价的实施 所作出调整的幅度 就叫做峰 谷分时电价的用户响应度 般来说 用户对峰谷分时电价的响应程度与其用电方式 负荷特性 行业特 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 点 包括生产班制 工艺流程 生产计划 产品产值单耗 主要耗能产品的性能 等有关 其中影响最大的就是用户的日负荷特性 即用户用电量在不同时段的分布 本文中假设 a k 为峰 谷电价比 b k 为峰 谷电量比 c k 为峰 平电价比 在峰谷分时电价测算时 要保证电力公司与用户的双方利益 则根据电力公司 全年收支平衡原则 实施峰谷分时电价前后的电费收益相等 由峰谷分时电价的 电价结构推导得到 毛 南 上式的推导过程如下 设 p 为不实施峰谷分时电价时 某用户的单一电度电价 p 为实施峰谷分时电价后 该用户的高峰时段电价 p 为实施峰谷分时电价后 该用户的平时段电价 p 为实施峰谷分时电价后 该用户的低谷时段电价 q 为该用户的高峰和低谷时段用电量 q l 为该用户的高峰时段用电量 a1 为高峰时段电价上浮比例 a2 为低谷时段电价下浮比例 则 根据以上定义有 k l p p 答 1 o1 1 一o2 k 2q 1 q q 1 k 3 p 峰 p 十 1 ol 其中 p p 4 1 4 2 4 3 4 4 华北电力大学工商管理硕士专业学位论文 p 峰 p 1 8i p p 1 一o2 设 实施峰谷分时电价前的高峰和低谷时段电费和为m o 实施峰谷分时电价后的高峰和低谷时段电费和为m l 则 m o p q m l p 1 o1 q l p 1 一o2 q q 1 根据电力公司收支平衡原则 有 m o m 1 则 q 1 a1 q l 1 82 q 一 1 一o2 q 1 可得 q q 1 ol o2 o2 又由 式 4 3 可得 q q t 1 k 2 k 2 式 4 4 可得 o1 k 3 1 式 4 2 可得 2 k l k 3 k l 4 5 4 6 4 7 4 8 4 9 4 1 0 4 1 1 4 1 2 4 1 3 将以上各式中得出的o1 a2 的计算公式带入式 4 1 0 则式 4 1 得证 由 式 4 1 绘出的峰谷分时电价调节曲线如下 3 0 华j b 电力大学工商管理硕士专业学位论文 1 i 21 31 41 5i6 7 1 图4 3 峰谷分