基于累積效應(yīng)溫度的煤改電臺區(qū)負(fù)荷分析與預(yù)測

汪立　劉鵲晨

摘 要：以天津市2018—2019年冬季的煤改電臺區(qū)逐日最大負(fù)荷數(shù)據(jù)和氣象因素為基礎(chǔ)，分析日最大電力負(fù)荷的變化規(guī)律。以天津市某村煤改電臺區(qū)為例，分析出日最低溫和最高溫是臺區(qū)日最大負(fù)荷的主要影響因子，提出基于累積效應(yīng)溫度的冬季煤改電臺區(qū)日最大負(fù)荷分析方法，通過二元回歸得到煤改電臺區(qū)日最大負(fù)荷的預(yù)測公式，以期為配電運(yùn)維單位和規(guī)劃設(shè)計(jì)單位提供參考。

關(guān)鍵詞：累積效應(yīng)溫度;煤改電;負(fù)荷分析;負(fù)荷預(yù)測

中圖分類號：F224? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號：1673-291X（2021）33-0119-03

煤改電工程是京津冀地區(qū)開展大氣污染防治工作、落實(shí)清潔能源替代的一項(xiàng)重要政治工程和民生工程。天津地區(qū)從2017—2019年，用三年時間完成了46萬戶居民的煤改電工程，實(shí)現(xiàn)天津地區(qū)冬季采暖無煤化。煤改電工程后天津電網(wǎng)冬季負(fù)荷屢創(chuàng)新高，主要原因是電采暖負(fù)荷攀升明顯。農(nóng)村配電網(wǎng)面臨煤改電負(fù)荷集中爆發(fā)式增長，給規(guī)劃、運(yùn)維、搶修等工作帶來更大挑戰(zhàn)。分析和預(yù)測冬季煤改電臺區(qū)負(fù)荷對保證煤改電地區(qū)配電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行、科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)有著重要價值。

學(xué)者對電力負(fù)荷和氣象因子的相關(guān)性做了大量研究。劉健等研究了氣候變化對江蘇省市區(qū)用電負(fù)荷的影響，得出高溫是城市夏季用電增加的重要影響因素[1]。段旭等通過構(gòu)造二元回歸預(yù)測方程，研究河北省供暖季天然氣負(fù)荷與氣溫關(guān)系[2]。何銀國等研究長沙電網(wǎng)空調(diào)負(fù)荷與氣溫相關(guān)性，計(jì)算出溫度每改變 1℃時空調(diào)負(fù)荷波動情況[3]。趙錫平等與別芳玫等研究了氣溫對負(fù)荷及用電量的影響分析，提出了負(fù)荷變化滯后溫度變化的“溫度累積效應(yīng)”，但未推導(dǎo)出“溫度累積效應(yīng)”如何在負(fù)荷預(yù)測中應(yīng)用[4～5]。李樂等通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出“煤改電”北京典型村每日最低氣溫與用戶負(fù)荷呈現(xiàn)明顯相關(guān)性，但是未能推導(dǎo)出負(fù)荷分析和預(yù)測公式[6]。本文利用天津地區(qū)某煤改電村2018—2019年冬季的煤改電臺區(qū)逐日最大負(fù)荷數(shù)據(jù)，分析了臺區(qū)日最大電力負(fù)荷與各氣象要素的相關(guān)性，得出日最低溫和最高溫是負(fù)荷相關(guān)系數(shù)最高的兩個因子。考慮到氣溫累積效應(yīng)對用電負(fù)荷的影響，提出使用累積效應(yīng)溫度對氣溫進(jìn)行修正，提高了預(yù)測的準(zhǔn)確率，最后通過多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，得到冬季煤改電臺區(qū)日最大負(fù)荷預(yù)測公式。本文算法預(yù)測精度比對比算法大為提高，是一種高精度的煤改電配電臺區(qū)負(fù)荷預(yù)測方法。

一、煤改電臺區(qū)日最大負(fù)荷和氣象因素的相關(guān)性分析

在非供暖季，煤改電臺區(qū)負(fù)荷和一般臺區(qū)負(fù)荷相同。進(jìn)入供暖季后，煤改電臺區(qū)增加的負(fù)荷主要是供暖負(fù)荷。天津市供暖期為每年的11月至次年3月，本文分析數(shù)據(jù)來源于天津地區(qū)某煤改電村2018年11月至2019年3月的煤改電臺區(qū)逐日最大負(fù)荷數(shù)據(jù)、臺區(qū)用戶數(shù)量、日最高溫度、日最低溫度、風(fēng)速以及天氣情況。戶均最大負(fù)荷與氣象因素的相關(guān)程度用卡爾皮爾遜相關(guān)系數(shù)r表示。

其中，Cov（X，Y）為X與Y的協(xié)方差，Var[X]為X的方差，Var[Y]為Y的方差。r≤1，當(dāng)r大于零時表示為正相關(guān);當(dāng)r小于零時表示為負(fù)相關(guān);r的絕對值越接近于1，代表兩個變量的相關(guān)程度越高。煤改電A臺區(qū)額定容量400kVA，給48戶煤改電農(nóng)村居民供電，根據(jù)2018—2019年冬季用電信息采集系統(tǒng)逐日最大負(fù)荷數(shù)據(jù)以及中央氣象臺天津地區(qū)日最高溫度、日最低溫度、風(fēng)速和天氣情況，通過相關(guān)系數(shù)公式計(jì)算各氣象因素與日最大負(fù)荷的相關(guān)程度，結(jié)果如下頁表1所示。

通過對冬季煤改電臺區(qū)負(fù)荷和氣象因素的相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)絕對值大于0.5可認(rèn)為相關(guān)性強(qiáng)。得出規(guī)律如下：一是臺區(qū)日最大負(fù)荷與當(dāng)日最高溫和最低溫相關(guān)性強(qiáng)且呈負(fù)相關(guān)，溫度越低臺區(qū)負(fù)荷越大，原因?yàn)榈蜏厍闆r下用戶會增加對取暖設(shè)備的使用，增加使用功率和使用時間。二是臺區(qū)日最大負(fù)荷與風(fēng)力相關(guān)性弱，可能因素為風(fēng)力主要影響戶外的體感溫度，對室內(nèi)體感溫度影響不大。三是臺區(qū)日最大負(fù)荷與是否為休息日相關(guān)性弱，節(jié)日放假對煤改電居民用戶用電負(fù)荷影響不大，可能因素為煤改電臺區(qū)的日最大負(fù)荷全部發(fā)生在每日17：00—20：00時間段，不論是工作日或休息日，居民均在家中正常用電。四是臺區(qū)日最大負(fù)荷與天氣因素（晴、多云、雪、雨、陰、霧霾）相關(guān)性弱，說明在負(fù)荷分析和預(yù)測時應(yīng)該重點(diǎn)考慮的氣象因素是最高溫和最低溫。

二、累積效應(yīng)溫度與冬季煤改電臺區(qū)負(fù)荷相關(guān)性分析

由于人體對氣溫的感覺存在慣性，持續(xù)高溫或低溫比某一天偶發(fā)性的高溫或低溫更容易引發(fā)夏季或冬季的負(fù)荷峰值，這種負(fù)荷變化滯后溫度變化的現(xiàn)象被稱為“溫度累積效應(yīng)”。本文針對“溫度累積效應(yīng)”提出累積效應(yīng)溫度Tadd，用來表示人類對歷史天氣的慣性感覺。

其中，Tn表示第n天的溫度值，Wn表示第n天的溫度權(quán)重系數(shù)，t表示累積效應(yīng)溫度的歷史累積天數(shù)。本文考慮累積效應(yīng)溫度衰減因素，即距離溫度時間越遠(yuǎn)的溫度權(quán)重系數(shù)越小，選取3日內(nèi)的溫度作為參考，設(shè)t=2，Wn=1，Wn-1=0.7，Wn-2=0.5。

通過計(jì)算累積效應(yīng)最高溫度與煤改電A臺區(qū)負(fù)荷相關(guān)性分析和累積效應(yīng)最低溫度與臺區(qū)負(fù)荷相關(guān)性分析，得到表2。可以看出，累積效應(yīng)溫度與臺區(qū)負(fù)荷相關(guān)性系數(shù)的絕對值更大，相關(guān)性更強(qiáng)。

三、煤改電臺區(qū)日最大負(fù)荷分析與預(yù)測

對天津市某村煤改電臺區(qū)日最大負(fù)荷與溫度進(jìn)行回歸分析，并得出六種算法下的日最大負(fù)荷預(yù)測公式及效果，具體見下頁表3。六種算法結(jié)果對比可以看出，基于累積效應(yīng)最高溫和最低溫的負(fù)荷預(yù)測算法具有最高的確定系數(shù)和最小的和方差、標(biāo)準(zhǔn)差。用該算法分析和預(yù)測該村其他煤改電臺區(qū)負(fù)荷，也得出相同結(jié)論。在400kVA煤改電臺區(qū)平均用戶數(shù)量在50戶的情況下，通過負(fù)荷預(yù)測公式可得在最高氣溫-10℃，最低氣溫-20℃的極端低溫情況下，臺區(qū)負(fù)荷也不超高200kVA，臺區(qū)負(fù)載率小于50%。

結(jié)語

本文研究分析了冬季日最低溫和最高溫是煤改電臺區(qū)日最大負(fù)荷的主要影響因子，提出基于累積效應(yīng)溫度的冬季煤改電臺區(qū)日最大負(fù)荷分析方法，通過二元回歸算法得到臺區(qū)日最大負(fù)荷的預(yù)測公式，本文算法預(yù)測精度與傳統(tǒng)的考慮最低溫或最高溫的算法預(yù)測精度相比有很大的提高。目前大部分煤改電臺區(qū)最大負(fù)載率在30%以下，通過負(fù)荷預(yù)測公式可知在-20℃的極端低溫情況下，部分臺區(qū)最大負(fù)載率也不會超過50%。因此，本文建議開展煤改電低壓線路聯(lián)絡(luò)改造，使長期輕載運(yùn)行的變壓器通過低壓聯(lián)絡(luò)將負(fù)荷集中供電，提升變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，降低變壓器損耗。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 劉健，陳星，彭恩志，周學(xué)東.氣候變化對江蘇省城市系統(tǒng)用電量變化趨勢的影響[J].長江流域資源與環(huán)境，2005，（5）：546-550.

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[4]? 趙錫平，宋岱，張國慶，等.山東省氣溫與最大負(fù)荷和用電量的關(guān)聯(lián)性分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004，（17）.

[5]? 別芳玫，陳夢，童雅芳，等.冬季氣溫對負(fù)荷及用電量的影響分析研究[J].湖北電力，2019，（2）.

[6]? 李樂，辛江.北京農(nóng)村“煤改電”用戶負(fù)荷分析及供電策略[J].中國電力企業(yè)管理，2017，（4）.

Abstract：Based on the daily maximum load data and meteorological factors in the coal to radio station area of Tianjin in the winter of 2018—2019，the variation law of daily maximum power load is analyzed. Taking a village in Tianjin as an example，it is analyzed that the daily minimum temperature and maximum temperature are the main influencing factors of the daily maximum load of the station area. An analysis method of the daily maximum load of the coal to radio area in winter based on the cumulative effect temperature is proposed，and the prediction formula of the daily maximum load of the coal to radio area is obtained through binary regression，The prediction formula can provide reference for distribution operation and maintenance units and planning and design units.

Key words：cumulative effect temperature;coal to electricity;load analysis;load forecasting

[責(zé)任編輯 曉 群]