湘潭地區負荷特性分析

程義明，羅滇生，蔡劍彪，許甜田，郭精人

（湖南大學 電氣與信息工程學院，長沙 410082）

電力負荷的發展具有很強的地區特性，不同地區負荷特性各不相同，地區負荷特性受諸多因素的影響，如：氣象條件、非統調電源、經濟發展水平、用電結構和電價水平等，對于不同地區負荷，很難用一種通用的數學模型對負荷的發展規律進行描述。因此，為提高短期負荷預測準確率，合理的安排企業檢修與輪休，有必要開展地區電網的負荷特性分析，實現負荷需求側管理，最大限度地錯峰與避峰，提高負荷率[1]，從而提高電網運行效益。

近年來已有較多文獻談到負荷特性分析來提高短期負荷預測準確率的問題。文獻[2]提出了負荷曲線的構筑方法，從行業用電的角度對負荷曲線特性進行了分析。文獻[3]主要分析了廣州電網受氣象負荷的影響。這些文獻僅僅是從負荷曲線的變化發展規律進行分析，并未有針對性的從影響負荷變化的各種內在因素進行定量的分析。筆者在對負荷預測的研究中，總結出地區負荷特性的影響因素主要有以下幾點：氣象條件、大用戶用電、非統調電源、節假日負荷變化、有序用電及電價政策等。本文從湘潭地區負荷特性出發，對上述各種影響因素進行量化分析，為提高短期負荷預測準確率提供依據。

1 湘潭地區負荷特性

湘潭地區負荷主要包括鋼鐵、冶金、水泥、礦產、機械等工業負荷，工業用電量占全市一半以上，具有十分典型的工業負荷特性。

2010年湘潭地區全社會用電量為94.97億kWh，第一產業占5.48%，第二產業占86.88%，第三產業占7.64%。圖1為湘潭地區“十一五”期間年負荷曲線。

圖1 湘潭地區年負荷曲線

從圖中可以看到，“十一五”期間，湘潭地區電力負荷呈穩步上升的趨勢。2008年下半年到2009年上半年由于受全球金融危機的影響，負荷較前一年同期增長緩慢甚至有所下降。各年負荷呈季節性變化趨勢較為明顯，冬夏兩季負荷水平較高，春秋負荷水平較低；最大負荷出現在夏季8月，最低負荷一般出現在4月或10月。

2 地區負荷特性影響因素分析

2.1 夏季降溫負荷的影響

2.1.1 夏季降溫負荷的計算

在諸多影響因素中，氣象條件是影響負荷變化的最重要的因素，尤其是近年來隨著人民生活水平的提高，空調等降溫取暖家用電器的增加，氣象敏感性負荷占地區負荷的比重越來越大，其中氣溫是氣象敏感負荷變化的直接因素。

本文采用基準負荷比較法，利用負荷曲線來推算降溫負荷。其基本思想為：以4月和10月工作日負荷曲線的平均值為夏季基礎負荷，其計算公式如式1所示，夏季日負荷曲線與基礎負荷曲線之差即為該日降溫負荷曲線。

式中：P基礎為夏季基礎負荷，N4，N10分別為4月和10月的工作日天數，P4,d，P10,d分別為4月和10月的日負荷。

由于湘潭鋼鐵公司和湖南鐵合金集團有限公司等大用戶用電負荷占湘潭地區負荷比重較大，而該類負荷主要是跟隨生產計劃變化而變化，基本不受氣象因素影響，所以為了較為精確的推算降溫負荷值，計算中剔除了大用戶負荷。

表1為采用該方法推算湘潭地區2008年—2010年夏季各月最大降溫負荷；表2統計了降溫負荷；占地區負荷的比重。

表1 2008—2010年年最大降溫負荷占年最大負荷對比

表2 2008—2010年年最大降溫負荷與年最大負荷

從表1和表2的統計可以看到，6月份由于氣溫不是很高，所以降溫負荷不大，但是波動較大。7月—9月降溫負荷較大，且降溫負荷的增長速度超過地區負荷的增長速度，所占比重也逐年增加。

2.1.2 降溫負荷與氣溫的關系

在所有氣象因素對電力負荷的影響中，氣溫對負荷的影響最為明顯。以最高氣溫為例，分析2010年夏季最高氣溫與最大負荷之間的關系，圖2為2010年7月—9月最高氣溫與日最大負荷標幺曲線對比，二者相關系數為0.89，說明最高溫度與負荷變化的有著較強的相關性。

圖2 湘潭2010年7—9月最大負荷與最高氣溫標幺曲線對比

當氣溫低于30℃時，可認為降溫負荷隨溫度的升高自然增長，無氣溫累積效應，統計2010年7月—9月最高氣溫在25～30℃時，各溫度下最大降溫負荷平均值的變化情況，如圖3所示。

圖3 氣溫在25～30℃之間最大降溫負荷的變化曲線

由圖3可見，當溫度低于25℃時，基本無空調負荷，地區的負荷基本不受氣溫變化影響；當最高溫度在25～30℃時，由于降溫設備開啟較少，湘潭地區的降溫負荷不大，最大降溫負荷一般在100 MW以內，期間隨著溫度的升高，負荷有平穩的增長趨勢，其趨勢線斜率為18.09，即溫度每上升1℃，最大負荷平均上升18.09 MW；當溫度到達30℃及以上時，空調負荷開始迅速增長，此時應當考慮有氣溫累積效應，分析時也應當從連續多氣溫逐漸變化情況進行選擇，不能單純以溫度為選擇對象而間隔的挑選日期來分析。圖4統計了2010年9月14日到9月18日最高氣溫由34.1℃上升到37.2℃最大降溫負荷的變化情況。

圖4 氣溫連續變化時最大降溫負荷的變化

隨著最高氣溫的逐漸升高，最大降溫負荷近似呈現線性增長，趨勢線斜率為56.79，即可以認為氣溫高于30℃時，最高氣溫每上升1℃時，最大降溫負荷平均上升56.79 MW。當氣溫在30℃以上持續高溫時，最大降溫負荷變化又會有不同，如圖5所示。

圖5 高溫累積效應下最大降溫負荷的變化

圖5統計了2010年8月9日—8月15日最高氣溫與最大降溫負荷的變化，該時段最高氣溫維持在37～38℃。雖然氣溫并未上升，由于溫度累積效應，降溫負荷卻一直在上升，直到450 MW左右才穩定，即達到了空調負荷飽和狀態。統計得出，在氣溫超過36℃且出現連續多日高溫時，高溫每持續一天，最大降溫負荷增加30 MW左右，直到飽和。

2.2 大用戶用電影響

湘潭鋼鐵公司是大用戶用電的主要成分，年用電量為23.84億kWh，占湘潭地區網供電量78.55億kWh的30.35%，同時，由于湘潭鋼鐵公司是鋼鐵企業，負荷波動較大，所以在諸多大用戶中，湘潭地區負荷受其負荷的影響最大。

圖6為2010年4月12日—4月18日湘潭鋼鐵公司一周負荷曲線圖。湘潭鋼鐵公司生產方式為四班三倒連續性生產，可以看到，其日負荷曲線完全呈現沖擊性波動。目前，對于沖擊負荷還缺乏行之有效的調控手段，對湘潭地區負荷及負荷預測的影響相當大。

圖6 一周日負荷曲線

圖7為2010年10月9日與10月8日湘潭鋼鐵公司負荷對湘潭地區負荷預測的影響。由圖7可見，9日和8日湘潭鋼鐵公司負荷差值與湘潭地區負荷差值曲線變化基本一致，17：00湘潭鋼鐵公司負荷下降97 MW，同時湘潭地區負荷下降117 MW，湘潭地區負荷曲線走勢受湘潭鋼鐵公司負荷曲線影響相顯而易見。

圖7 湘鋼負荷對湘潭地區負荷的影響

2.3 節假日變化的影響

普通日情況下，湘潭地區電力負荷水平及變化趨勢具有一定的日周期性和周周期性，即工作日和周末的變化。在節假日，由于人們用電習慣以及部分企業放假停產，負荷水平及變化趨勢都會有所變化，而相同類型的節假日，負荷趨勢又會有相似的特點。以春節為例，圖8為2009年、2010年春節負荷曲線及2010年冬季某典型日日負荷曲線。

圖8 湘潭地區春節日負荷曲線

從圖8可以看到，春節期間負荷水平會有較大的降幅，2年春節的負荷趨勢基本一致，所以在做節假日負荷預測時，可以參考歷年相同節日的日負荷曲線，把握其變化規律，有助于提高負荷預測準確率。文獻[4]對節假日負荷預測提出了具體有效地方法。

2.4 非統調電源的影響

非統調電源主要包括并網小水電、分布式電源以及大企業自備電廠，該類發電機組發電不受統調支配，其發電的多少直接影響到網供負荷的變化，尤其是在我國南方，小水電資源非常豐富，其特點是容量小，數量多，較分散，發電隨機性強，對地區負荷預測的影響非常大。

湘潭地區小水電資源不太豐富，分布式電源也較少，全市水電裝機容量為40.7 MW，其中水府廟電站機組容量為30 MW，自備發電裝機容量為250.5 MW，其中湘潭鋼鐵公司自備電廠裝機容量為164 MW，這2家是影響本地區負荷的主要非統調電源。水府廟電站為徑流式水電站，日發電出力較為平穩，24 h出力基本不變，并且由于湖南省調部門對小水電實行執行率考核，所以其實際發電一般按照前一日上報的發電計劃，對負荷預測的影響較小。湘潭鋼鐵公司自備電廠一般處于滿發狀態，波動在150～160 MW之間，對地區負荷曲線的走勢影響較小。

2.5 有序用電的影響

有序用電是指通過法律、行政、經濟、技術等手段，加強用電管理，改變用戶用電方式，采取錯峰、避峰、輪休、讓電、負控限電等一系列措施，避免無計劃拉閘限電，規范用電秩序，將季節性、時段性電力供需矛盾給社會和企業帶來的不利影響降至最低程度[5]。2011年隨著全省經濟的持續增長，用電負荷持續攀升，最大負荷和日電量成同比增長趨勢，同時由于全省電煤供應持續緊張，因缺煤、故障停機及受煤炭質量影響限制，火力發電出力下降，加之天氣干旱，水電出力不足，2011年3月—5月執行有序用電共50天。圖9為有序用電與正常日負荷曲線對比圖，可以看到有序用電期間負荷水平下降的同時，還改變了日負荷曲線形狀，削減了日高峰負荷，提高了日負荷率。5月4日的日負荷率為92.97%，而5月17日的日負荷率為87.37%。在有序用電方案執行期間，應當嚴格執行省調下達的有序用電任務，重點加強對大用戶、高耗能企業的用電管理，保證電網的安全穩定運行。

圖9 有序用電與正常日負荷曲線對比

2.6 電價政策的影響

電價對負荷特性的影響包括電價水平影響和電價結構影響2方面。電價水平影響涉及因素較為復雜，如：經濟發展水平、全社會物價指數、各類用戶對電價的承受能力等，電價結構對負荷特性的影響主要是峰谷電價方面，對負荷曲線的影響主要體現在電價結構的變化上。例如：2011年1月份，湖南省政府取消了湖南鐵合金集團有限公司優惠電價政策，統一按湖南省目錄電價用電。1月1日起湖南鐵合金集團有限公司便嚴格按尖峰、高峰、腰荷、低谷時段安排生產，最高負荷100 MW左右，最低負荷20 MW左右。圖10為電價變化前后湖南鐵合金集團有限公司用電負荷曲線圖。

圖10 電價變化前后湖鐵用電負荷曲線對比

2011年6月起，國家發展與改革委員會對湖南省電價進行了調整，暫停執行上網側峰谷分時電價、上網側豐枯季節電價以及銷售側豐枯季節電價，適當調整銷售側峰谷分時電價，高峰時段在平時段電價基礎上平均上浮0.02元/kWh，由于商業用電價格和居民生活用電價格不作調整，這部分差價主要由企業用戶承擔，因而此次電價的調整勢必會引起一些企業大用戶用電方式及用電量的變化，同時會對地區負荷曲線特性產生一定的影響，因此在負荷預測工作中需密切關注企業用電的變化。

3 對負荷預測的建議

通過上文的分析可知，湘潭地區的負荷特性受多種因素影響，負荷曲線變化波動較大，各種因素的影響程度不同，因此，在開展負荷預測時應注意以下幾點：

（1）及時了解湘潭鋼鐵公司生產計劃，最好是督促其每日做出次日用電計劃。其他大用戶如果有較大生產計劃的改變，負荷預測時也要加以考慮。

（2）及時關注天氣的變化，尤其是在夏冬兩季，預測時參考2.1.1分析的結果，同時要考慮氣象敏感負荷的增長因素。

（3）當特殊節假日來臨時，可以參考前一年同類型節日負荷曲線特點，同時要考慮負荷水平的增長和天氣等因素的變化.

（4）對小水電應該對比在豐水期、平水期和枯水期的發電區別，同時關注降雨對發電的影響，另外可以參考文獻[6]提出的預測方法，先對地區用電負荷進行預測，然后減去小水電發電負荷，得到網供負荷。

（5）當電價政策發生調整時，重點關注各個大用戶的用電情況，分析對比電價調整前后負荷曲線的變化，以此對負荷預測結果進行修正。

4 結束語

本文通過對湘潭地區負荷特性及各類影響因素的深入研究，較為全面地量化分析了各因素的影響程度。對降溫負荷的推算、年最大降溫負荷的確定，能為制定氣象條件變化很大時的負荷調控措施提供科學依據，對大用戶的影響分析，有利于把握負荷曲線的變化規律，提高負荷預測準確率。

［1］駱正義，貝宇，李如琦，等.桂林電網負荷特性分析及探討 [J].廣西電力，2007，30(6)：49-51.

［2］陶莉，肖晶，周魏，等.負荷特性分析方法的研究[J].電力需求側管理，2003，5(4)：30-32.

［3］陳健，劉明波，樊亞亮，等.廣州電網負荷特性分析[J].電力系統及其自動化學報，2009，21(3)：78-83.

［4］所麗，丁恰，韓新陽.基于模糊推理的節假日負荷預測[J].中國電力，2009，42(11)：66-69.

［5］陳海燕，劉新才.有序用電工作的精細化管理過程[J].電力需求側管理，2010，12(3)：30-33.

［6］徐瑋，羅欣，劉梅，等.用于小水電地區負荷預測的兩階段還原法[J].電網技術，2009，33(8)：88-92.