氣象因素對江蘇夏季高峰負荷的影響研究

管益斌 ，陳 哲 ，李 強 ，周建華 ，陳文浩

(1.江蘇電力調度控制中心，江蘇 南京 210024；2.江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇 南京 211103)

準確的負荷預測是制定發供電計劃、安排經濟調度、進行安全評估的基礎。在眾多影響負荷預測準確性的因素中，溫度、濕度等氣象因素是比較重要的方面。因此，詳細研究溫度、濕度等氣象因素與負荷，尤其是夏季峰荷之間的關系顯得尤為重要。

文獻[1]以南京市夏、冬季節為研究對象，從多個方面分析了導致負荷快速增長的氣溫與負荷之間的關系。文獻[2]以山東省近幾年的負荷和用電量數據為基礎，在分析了各種氣象因素對負荷和用電量的影響后，得出了影響較大的因素是氣溫的結論。文獻[3]分析了夏季氣象條件中地區空調負荷與日最高氣溫、日平均濕度之間的關系，劃分了影響空調負荷變化的溫度敏感區，得出了敏感區內氣溫是影響空調負荷關鍵因素的結論。文獻[4]以浙江省多年的用電量和氣溫數據為基礎，從中分離出與氣溫敏感的氣溫電量，分析了電量與氣溫的相關關系，重點研究了氣溫電量隨氣溫變化的規律，最后提出了完善與改進相關模型的幾點建議。文獻[5]利用華東電網省市氣象觀測資料和歷史負荷進行分析，找到了影響電網氣象負荷的關鍵氣象因子，并建立了相關模型。通過對典型日估算的省市氣象負荷與模型擬合負荷進行印證，并據此推導出華東全網氣象負荷與關鍵氣象因子的擬合關系。文獻[6]引入了生物氣象學中的實感溫度、溫濕指數、寒濕指數、舒適度指數4個指標來綜合衡量氣象因素對電力負荷的影響。并以重慶市區為例，分析了各綜合指數與負荷的關系，繪制出觀測年內的電力負荷與綜合指數的關系曲線。文獻[7]分析了福州市居民用電情況和負荷曲線的特點，對最高負荷與各氣象因素進行相關分析，著重分析了居民日負荷與氣溫的關系并計算了單位溫升效應。文獻[8]通過同一區域的曲線比較說明了引入各氣象指數的合理性，通過不同區域的曲線比較說明了不同區域的負荷與氣象指數關系的差異，并提出網格化建立負荷預測模型的必要性。文獻[9]指出南昌市電力負荷量對氣候變化的響應主要表現在夏季極端高溫和冬季極端低溫對電力負荷的波動量的影響。

1 溫度和濕度特性分析

1.1 溫度特性分析

江蘇地處長江下游，屬于溫帶向亞熱帶的過渡性氣候。全省各地平均氣溫介于13～16℃，由東北向西南逐漸增高。7月、8月份的氣溫多在25～35℃，極端最高氣溫可達38℃左右。全省經濟發達，空調負荷大，夏季高溫天氣對居民生產生活用電負荷影響顯著。江蘇南北跨度大，各地區氣溫存在一定的差別，有必要按照地市區域來研究溫度與負荷的關系，從而確保研究結果能夠反映實際情況。以南京為例，近兩年（2010年、2011年）的夏季日最高溫度變化情況如圖1所示。

圖1 近兩年南京夏季日最高溫度變化情況

由圖1可以看出，夏季高峰負荷期間，南京最高溫度波動比較劇烈，波動范圍主要集中在20～35℃這一區間范圍內，最高溫度差值高達20℃。為全面分析江蘇夏季高溫天氣特性，有必要對夏季的高溫天數（日最高氣溫超過35℃的天數）進行統計分析。近兩年江蘇各地區高溫天數統計如圖2所示。

圖2 近兩年江蘇各地區高溫天數統計

由圖2可以看出，與2011年相比，2010年江蘇夏季高溫天數較多，且呈現南多北少的格局，即長江沿岸的蘇州、南通、無錫、泰州、無錫、鎮江、揚州和南京的夏季高溫天數較多，江蘇北部地區的徐州、連云港、宿遷、淮南和鹽城地區高溫天數較少，該現象表明溫度對江蘇各地區負荷的影響程度具有一定的差異性。

1.2 濕度特性分析

在一定溫度下，固定體積的空氣里含有的水汽越少，則空氣越干燥；水汽越多，則空氣越潮濕。空氣潮濕的程度，可用相對濕度（RH）表示。RH是指空氣實際所含水蒸汽密度和同溫下飽和水蒸氣密度的百分比值。通常，從6月中旬到7月上旬前后，江蘇處于梅雨季節。持續連綿的陰雨、氣溫高、濕度大是梅雨季節的主要特征。持續的潮濕悶熱天氣使得濕度對江蘇的負荷影響較大。近兩年（2010年、2011年）南京夏季日最高RH的變化情況如圖3所示。

圖3 近兩年南京夏季日最高相對濕度變化情況

由圖3看出，6月中旬到7月上旬前后，梅雨季節期間南京地區的相對濕度在75%及以上。結合圖1和圖3：梅雨季節期間，江蘇通常不會出現夏季日最高溫度天氣。為弄清楚夏季江蘇濕度分布情況，將江蘇各地市濕度情況看作一個樣本進行統計分析，各個濕度區間的累積概率分布如圖4所示。可以看出：近兩年迎峰度夏期間，江蘇全省有超過80%天數的濕度大于60%。

圖4 近兩年江蘇濕度狀況的累積概率分布

2 負荷特性分析

江蘇各個地市夏季最高負荷與最高溫度的相關程度較高。隨著溫度的增加，負荷呈現增長趨勢，但負荷也并不完全依照溫度的變化而變化，具有明顯的滯后和累積效應。近兩年（2010年、2011年）夏季期間南京日最高負荷如圖5所示。

圖5 近兩年南京夏季日最高負荷變化情況

由圖5可以看出，夏季高峰負荷期間，負荷變動較大。僅南京地區，最高負荷范圍為4000～7000 MW，最大波動達3000 MW，這與電網空調負荷比例較高具有一定的關系。

3 負荷與溫度和濕度相關性分析

為方便分析，本文首先分別研究在溫度相對固定時，濕度對負荷的影響，以及在濕度相對固定時，溫度對負荷的影響，然后再根據統計結果得出負荷分別對溫度、濕度的敏感性。考慮到最高負荷與最大用電量通常發生在工作日，同時為避免負荷自身發生改變影響分析結果的準確性，因此，本文特意剔除了節假日、周末及天氣突變的影響。江蘇不同地區夏季氣溫和濕度存在較大的差異，為保證分析結果的有效性，需要分別針對江蘇13個地區進行分析。現以南京地區為例展開詳細的分析。

3.1 南京地區

以2010年迎峰度夏期間南京地區負荷和溫度、濕度歷史數據為樣本進行統計分析。

3.1.1 負荷與溫度之間關系

由統計數據可知，2010年迎峰度夏期間南京的主要氣候情況表現為：19～24℃區間樣本比較完整，24℃以上隨著溫度的升高，樣本分布逐步趨向低濕度區域。各濕度水平下（每個小區間視為一個濕度）負荷隨溫度的變化關系如圖6所示。

圖6 南京溫度與負荷之間關系

由圖6可以得出南京地區負荷隨溫度的變化關系：27～31℃區間，負荷與溫度之間的敏感性水平較低，稱之為弱敏感區；31～35℃區間隨溫度上升，負荷呈現較快增長態勢，稱之為強敏感區；35℃以上區間隨溫度上升，負荷對溫度的敏感性降低，稱之為過敏感區。由近兩年南京夏季濕度樣本概率分布的統計結果可知，迎峰度夏期間濕度大于60%的概率高于80%。此外，考慮到氣溫偏高情況下，南京通常不會出現80%以上的高濕度天氣。因此，選取60%～70%濕度為研究對象，采用插值擬合的方法得出溫度與負荷之間的關系，如圖7所示。

圖7 南京地區負荷與溫度的變化關系

對應的擬合結果如下：

式（1）中：x 為南京地區溫度值，f（x）為該溫度下對應的負荷值。根據對南京地區溫度與負荷之間關系的擬合結果，可以得出該地區溫度與負荷之間的關系。

（1）27～31℃為低敏感區，溫度每增長1℃，負荷增加120 MW左右；

（2）31～35℃為高敏感區，溫度每增長1℃，負荷增加200 MW左右；

（3）35℃以上為過敏感區，溫度每增長1℃，負荷增加100 MW左右。

3.1.2 負荷與濕度的變化關系

基于歷史統計數據，可以得到在各個溫度下（每個小區間視為一個溫度），負荷隨濕度的變化關系，如圖8所示。

圖8 南京濕度與負荷之間關系

由圖8可以看出，在不同的溫度下（每一個小區間視為一個溫度），負荷與濕度的關系不盡相同。當溫度在31℃左右，濕度在50%～70%區間時，濕度對負荷的影響非常明顯，具體表現為：在該區間內，負荷隨濕度的增加而穩步上升。當溫度進一步增加時，濕度呈下降趨勢，其對負荷的影響也逐步降低。總之，相比較于溫度，濕度對江蘇夏季峰荷的影響要小得多，且濕度與江蘇夏季峰荷之間的關系也不是很明顯。

3.2 江蘇全省

同理，對全省其他12個地區的歷史負荷和溫度濕度數據進行分析，可以得到：在氣象因素中，影響江蘇夏季峰荷的主要因素是溫度，而不是濕度。近兩年（2010年、2011年）江蘇省13個地區其溫度每上升1℃時的負荷變化值如表1所示。通過對全省13個地區的負荷對氣溫和濕度的敏感性分析可以看出：在27～31℃的低敏感區，溫度每增長1℃，江蘇全省負荷在2010年和2011年分別增加1150 MW和1300 MW左右；在31～35℃的高敏感區，溫度每增長1℃，負荷分別增加1750 MW和2000 MW左右；35℃以上的過敏感區，溫度每增長1℃，負荷分別增加850 MW和1000 MW左右。

若2012年溫度、濕度每單位變化引起的空調負荷波動比例與2011水平年一致，則預計2012年夏季，在27～31℃的低敏感區，溫度每增長1℃，江蘇全省負荷將增加1450 MW左右；在31～35℃的高敏感區，溫度每增長1℃，江蘇全省負荷將增加2200 MW左右；在35℃以上的過敏感區，溫度每增長1℃，江蘇全省負荷將增加1100 MW左右。預測2012年度最高負荷將達75000 MW，其中空調負荷約22000 MW。通過以上分析，可得到如下結論：（1）溫度是影響江蘇電網夏季高峰負荷的主導氣象因素，濕度對電網負荷的影響主要發生在梅雨季節。（2）夏季高溫期間，濕度與溫度具有一定的反向關聯性，溫度升高通常會伴隨濕度的降低。（3）空調負荷的使用越來越趨于穩定性和趨同性，當氣溫達到27℃左右，江蘇電網負荷與溫度關聯性變強。（4）迎峰度夏期間江蘇經常采用限電措施來保障電力有效供給，在一定程度上破壞氣溫、濕度等氣象指標與負荷之間的耦合關系，本次分析采用了還原后的數據，但分析結果仍可能存在一定偏差。

表1 溫度每上升1℃時的負荷變化值 MW

4 結束語

基于2010年、2011年夏季氣溫、濕度和負荷的歷史數據，江蘇省各地區夏季氣溫和濕度的變化特性，以及江蘇電網夏季負荷對溫度和濕度的敏感性，為進一步做好夏季負荷預測工作，在上述分析的基礎上，還需要繼續深入研究各種氣象因素在不同季節和不同時段對負荷的影響，構建更為準確、更加適合江蘇電網夏季負荷分析模型。由于天氣復雜多變，預報難度大，預報準確率有限，尤其是中長期天氣預報準確率不高。因此，今后仍需進一步加強與氣象臺的溝通交流，及時獲取準確的天氣變化信息。

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