重慶中長期負荷特性分析及預測

秦浩庭，劉 燕，肖 漢，鄭 蕩(.西南電力設計院，四川 成都 600；. 四川電力職業技術學院，四川 成都 6007)

重慶中長期負荷特性分析及預測

秦浩庭1，劉 燕2，肖 漢1，鄭 蕩1
(1.西南電力設計院，四川 成都 610021；2. 四川電力職業技術學院，四川 成都 610072)

分析了重慶電網歷史負荷特性，研究了影響重慶負荷特性的主要因素，通過對重慶電網分產業負荷特性調研收資，掌握了重慶各產業及行業的綜合負荷特性。研究了重慶氣溫與負荷變化的相關性，采用基礎負荷對比法提取了重慶溫度敏感負荷曲線。根據重慶未來用電結構的發展趨勢，采用行業負荷曲線重構法，量化預測了全社會綜合日負荷特性，定性預測了年負荷特性發展趨勢。

負荷特性；影響因素；曲線重構；中長期預測

0 研究的背景

負荷特性研究是電力規劃中電力電量平衡和電源建設空間測算的基礎。受客觀條件制約，重慶目前仍缺乏對全網負荷特性系統、全面的分析研究。負荷特性的研究是重慶“十三五”電力規劃的重要先行工作和重要的設計依據。基于對歷史負荷特性的詳細分析，對分產業(行業)負荷特性、空調負荷特性的詳細調研，提出負荷特性的主要影響因素及發展趨勢，為全網電力規劃提出了必要的依據。

1 重慶歷史負荷特性及影響因素分析

1.1 歷史負荷特性分析

1.1.1 年負荷特性分析

重慶電網年內最大負荷一般出現在7～9月。主要原因是夏季氣候炎熱，持續的高溫及旱情將導致降溫負荷及農灌負荷持續上升。年內第二高峰一般出現在12月或1月，主要原因在于企業年底加緊生產和冬季取暖負荷增加等；年內最小負荷一般出現在春季4、5月份。

1.1.2 日負荷特性分析

重慶電網夏季早高峰一般出現在11～13點，近年來部分年份夏季早高峰出現在13～15點，晚高峰出現在20～22點左右，最小負荷出現在早晨5～7點左右。冬季早高峰一般出現在11～12點，晚高峰出現在18～20點，最小負荷出現在凌晨4～6點左右，重慶歷史負荷特性主要指標見表1。

表1 重慶電網歷史負荷特性

1.2 負荷特性影響因素分析

從重慶電網多年的運行經驗來看，用電結構、產業(或行業)用電特性[1，2]、氣溫是影響其負荷特性的主要因素，可作本次工作的主要分析對象。

1.2.1 重慶用電結構分析

重慶“十五”至“十二五”期間全市經濟運行勢態良好，工業經濟穩步增長，表現為以第二產業用電為主導的用電結構。但隨著工業化進程的深入和產業結構的逐步調整，第二產業用電比重呈逐步下降趨勢，第三產業和居民生活用電則穩步增長。重慶歷史用電結構變化情況見表2。

表2 重慶用電結構變化情況 單位/100 GWh

1.2.2 行業典型用電特性分析

重慶第一產業用電比重極小，對負荷特性影響基本可忽略，第二產業用電主要為工業用電負荷，第三產業主要用電商業負荷。因此分產業的負荷特性研究，可進一步轉化為對工業、商業、居民生活用電特性研究。

(1)工業負荷特性分析

① 傳統高能耗行業

重慶傳統高能耗行業主要為冶煉、石化、建材制造等。通常為三班24小時工作制。年負荷曲線相對平穩，其中冶煉、化工等產業的各月最大負荷有緩慢遞增的趨勢，但增幅不大，建材制造生產的負荷水平在全年基本持平。高耗能行業日負荷曲線十分平緩，夏冬兩季日負荷率及最小日負荷率均較高，夏季典型日的負荷率通常高于冬季。這部分負荷在全社會負荷中主要擔任基荷部分，其用電量占比較大，對全網負荷曲線起“拉平”效應。重慶主要高耗能作業日負荷特性參數見表3。

表3 重慶主要高耗能行業日負荷特性參數

② 戰略新興行業

此類企業多數為一班制或兩班制生產，少數企業為三班制生產，由于對市場的依賴使得這類行業用電量變化呈現出明顯的市場導向的周期性，全年波動較大。日負荷特性上兩班制企業顯現出明顯的晝夜變化特點，如汽車制造業最低負荷時段出現在凌晨5～7點，最大負荷出現在上午10～12點；而三班制企業則24小時生產，全天負荷曲線相對平緩。總體來說，這類負荷的日峰谷差較大，日負荷率值較低，對全社會負荷特性呈“削尖”效應。重慶主要新興行業日負荷特性參數見表4。

表4 重慶主要新興行業日負荷特性參數

(2)商業用電

對重慶典型商圈的綜合用電特性調研分析，可知其年負荷特性表現出極強的時間性和季節性。而這種變化主要是這類用電部門越來越廣泛地采用空調、電梯、制冷設備之類的與氣候敏感電器所致。日負荷特性方面，高峰與平段負荷較高，低谷時段負荷很低，峰谷差極大，負荷率較低，與溫度變化關系密切。典型的商業體從 9 點開始負荷急劇增加，大概在 11 ～13點左右達到峰值，隨后一直在高峰運行，直到 20～21 點左右急劇下降。高峰與平段持續時間長，峰谷差極大，日負荷率較低。全社會負荷曲線起到“挖谷平峰”，即加大峰谷差，但拉平峰段負荷的效應。

(3)居民生活用電

對重慶典型社區的用電特性調研分析，其年負荷特性受季節性影響較強，夏季降溫負荷對重慶居民用電負荷影響較大，居民夏季負荷水平普遍高于冬季負荷水平。這種變化主要是居民廣泛地采用空調、制冷設備之類的與氣候敏感電器所致。日負荷特性方面：重慶居民生活用電一般會出現兩個高峰，即早(次)高峰、晚高峰。峰谷差較大，對全社會負荷曲線的“削尖”效應明顯。

1.2.3 氣溫敏感負荷分析

重慶是長江沿岸四大“火爐”城市之一，近年來空調負荷在地區負荷中比重日益增大。

(1)夏季降溫負荷

再采用基礎負荷對比法估算夏季降溫負荷，考察重慶歷史氣溫變化情況， 春季3月下旬～ 4 月上旬氣溫通常在15 ℃～25 ℃之間，秋季10月下旬～11月上旬氣溫通常在15 ℃～23 ℃之間，上述時段的天氣涼爽，基本無空調降溫負荷，因此可以選作基礎負荷曲線。

設春季、秋季典型日負荷曲線的負荷值分別用Psp·h、Pau·h表示，則用于計算夏季降溫負荷的基礎負荷可表示Psu·h·base為

Psu·h·base=∑w=nw=1Psp·h+∑w=nw=1Pau·h2n

式中，n為春、秋季代表性工作日天數；h=1, 2 ……24，代表24 小時。上述方法已消除了負荷自然增長的影響，故夏季工作日的負荷Psu·h與無降溫基礎負荷Psu·h·base的差值可以作為當天降溫負荷曲線，峰值即為當天最大降溫負荷。

初步估算(結果見表5)表明，重慶電網“十二五”期夏季最大降溫負荷均在5 000 MW以上，2012年因氣溫、經濟等多種原因經歷了小幅回落后，2013年迅猛回升，達到約6 000 MW。降溫負荷曲線峰谷差較大，平均負荷率約為0.71～0.72，最小負荷率約為0.32～0.33，可以判斷夏季降溫負荷是加大重慶全網電力負荷峰谷差的重要因素。“十二五”期夏季典型日降溫負荷計算曲線見圖1。

表5 “十二五”期最大降溫負荷估算 單位/10 MW

圖1 “十二五”期夏季典型日降溫負荷曲線

(2)冬季取暖負荷

分析思路與夏季基本一致，經計算，重慶冬季最大負荷與最低溫度相關系數約 -0.46，即呈現一定的負相關性。計算表明重慶電網“十二五”期冬季最大取暖負荷均在2 000 MW以上， 2013年超過2 500 MW左右。此外，降溫負荷曲線峰谷差較大，平均負荷率約為0.65～0.70，最小負荷率約為0.23～0.3，因此可以判斷冬季取暖負荷也是加大全網電力負荷峰谷差的重要因素。“十二五”期冬季典型日降溫負荷計算曲線見圖2。

圖2 重“十二五”期夏季典型日降溫負荷曲線

2 負荷特性預測

負荷特性的預測分為日負荷特性預測和年負荷特性預測兩部分。日負荷特性考慮采用基于分行業負荷曲線重構的方式，對于不同用電結構分情景進行定量分析；年負荷特性通過對歷史特性的分析總結，宏觀定性的預測其發展趨勢。

2.1 基于行業負荷曲線重構的日負荷特性預測

以分產業負荷特性作為切入點，結合全社會用電結構的變化趨勢，通過產業負荷曲線重構的方式，預測全社會綜合負荷特性的發展趨勢。基于行業負荷曲線重構的日負荷特性預測方法流程圖見圖3。

圖3 基于行業負荷曲線重構的日負荷特性預測流程

2.1.1 用電結構預測

結合重慶近年用電增長和產業用電結構發展趨勢，對重慶2020年、2030年分產業用電結構預測見圖4。

圖4 重慶中長期用電結構預測

2.1.2 全網綜合負荷曲線拆解

根據前述產業用電特性的研究結論，全網綜合負荷曲線按產業可拆解為二產、三產用電曲線和居民生活用電曲線，其中二產用電曲線可進一步拆解為傳統高耗能負荷和其他二產負荷曲線。具體步驟如下。

(2)求取全網第三產業、居民生活負荷有名值曲線。設第三產業典型日用電量為Qc。則第三產業典型日最大負荷Pc-max、典型日t時刻負荷可由如下方式求取，居民生活負荷有名值曲線求取方法相同。

(3)求取第二產業負荷特性曲線。由全社會負荷有名值曲線減去第三產業和居民生活有名值負荷曲線后，得到第二產業綜合負荷有名值曲線，再進行標幺化即可得到第二產業負荷特性曲線。

通過負荷曲線分解，得到“十二五”期重慶各行業的典型負荷曲線，各類行業綜合負荷曲線主要日負荷特性指標見表6。

表6 重慶分產業日負荷特性指標

2.1.3 基于曲線重構的日負荷特性預測

結合未來用電結構的變化趨勢，采用曲線重構的方式預測未來的全社會負荷特性曲線，曲線重構的步驟與2.1.2節分解的步驟正好相反，區別僅在于采用2.1.1節預測的用電結構。采用此方法，只需靈活修正未來分產業用電比例和分產業負荷特性，即可迅速得到未來全網綜合負荷曲線。

針對前述用電結構情形，采用曲線重構法分別預測2020年、2030年日負荷曲線，結果見圖5，日負荷特性指標見表7。計算可知，在不同的用電結構下全網綜合負荷特性曲線特性呈現出一定的區別。其中用電結構情形一中第二產業及高電耗行業占比最高，其綜合負荷特性相對平直，在此“拉平”效應下其負荷曲線的“峰谷差”相對較小，可以預見在此負荷特性下系統的調峰壓力相對較小；反之用電結構情形三中負荷曲線的“峰谷差”相對較大，可以預見在此負荷特性下系統的調峰壓力相對較大。

表7 重慶負荷特性指標預測

2.2 年負荷特性分析預測

隨著重慶市社會經濟發展及產業結構逐步調整升級成效顯著，傳統高能耗產業用電量增速明顯放緩，戰略性新興產業快速發展，用電量穩步增長。第三產業用電比重穩步上升，居民生活水平不斷提高，家用電器加大普及。反應在年用電趨勢上，工業比重將緩慢下降將對年負荷特性呈“削尖”作用，但考慮到重慶近年來逐年夏季夏季降溫負荷在經歷了一個高速增長時期后將逐步趨于飽和，而冬季取暖負荷及其他家用電器使用的比例提高逐年增加。預計重慶年負荷特性將逐步向著“雙高峰”的方向發展，這對年負荷特性的發展又起到一定的“拉平”作用。重慶電網季不均衡系數與第二產業用電的變化趨勢見圖6。

圖5 2020年、2030年夏季、冬季典型日負荷曲線

圖6 重慶電網季不均衡系數與第二產業用電的變化趨勢

圖7 重慶中長期年負荷特性曲線

綜合近年來年負荷特性的變化情況，預計“十三五”期隨著重慶戰略新興產業的布局逐步完成，年負荷特性相對平穩，ρ值變化不大。2020年以后，隨著經濟結構調整的逐步深入，第二產業用電的進一步降低，用電結構調整的累積效應將逐步明顯，ρ值略有下降趨勢。其中2020年ρ值約0.8左右，2030年ρ值約0.79左右。預測的重慶電網年負荷曲線見圖7。

3 結 論

(1)用電結構、產業(或行業)用電特性、氣溫是影響重慶負荷特性的主要因素，有以下5點。

①用電結構方面，重慶電網目前仍以第二產業用電為主導、居民生活用電和第三產業用電次之。隨工業化進程的深入和產業結構的逐步調整，二產用電比重呈逐步下降趨勢，三產和居民生活用電比重穩步上升。

②產業用電特性方面：重慶第二產業用電中傳統高能耗行業日負荷率值較高，這部分負荷在全社會負荷中擔任基荷部分，其對全社會負荷曲線起“拉平”效應。戰略新興產業和傳統輕工業基本為非連續性生產企業，這類負荷的日峰谷差較大，日負荷率值較低，對全社會負荷特性呈“削尖”效應。商業負荷特性表現出極強的時間性和季節性，峰谷差極大，負荷率較低，但峰段負荷持續時間較長且相對平穩。對全社會負荷曲線起到“挖谷平峰”，即加大峰谷差，但拉平峰段負荷的效應。居民用電負荷與人口密度、氣候變化、居民生活水平及生活習慣有關，日負荷特性基本上與人們的日常生活規律相一致，一般會出現雙高峰，全天峰谷差較大。總體而言，居民生活用電峰谷變化對全社會負荷曲線的“削尖”效應明顯。

③氣溫方面，重慶夏季最大負荷與氣溫具有較強的相關性，在溫度26 ℃～37 ℃左右，電力負荷對溫度的敏感度較高，在此區間負荷與溫度擬合曲線基本呈同步增長，溫度每升高1 ℃，負荷增加約408 MW；“十二五”期夏季降溫負荷占比已達到全網負荷40%以上，降溫負荷曲線峰谷差較大，平均負荷率低，是加大重慶全網電力負荷峰谷差的重要因素。

(2)采用基于行業負荷曲線重構的日負荷特性預測方法，結合未來用電結構的變化趨勢，可有效預測未來的全社會日負荷特性曲線。經預測，2020年夏季γ值約為0.81～0.83、β值約為0.59～0.62，冬季γ值約為0.79～0.81、β值約為0.56～0.59；2030年夏季γ值約為0.79～0.81、β值約為0.56～0.69，冬季γ值約為0.76～0.79、β值約為0.50～0.56。

(3)“十三五”期隨著重慶戰略新興產業的布局逐步完成，年負荷特性相對平穩，ρ值變化不大。2020年以后，隨著經濟結構調整的逐步深入，第二產業用電的進一步降低，用電結構調整的累積效應將逐步明顯，年負荷率將降低，ρ值略有下降趨勢。其中2020年ρ值約0.8左右，2030年ρ值約0.79左右。

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Load characteristics of Chongqing power grid in history are analyzed and the main factors influencing the load characteristics of Chongqing are studied. Through the investigation and research, the load characteristics of the industries are extracted. The correlation of temperature and load is studied，and the temperature sensitive load curves are extracted with the foundation load comparing method. According to the future development trend of the electricity consumption structure of Chongqing, the development trend of synthetic daily load characteristics is forecasted with the method of industry load curve reconstruction, and the development trend of yearly load characteristics is qualitatively forecasted.

load characteristics; influencing factors; curve reconstruction; medium and long-term forecast

TM714

A

1003-6954(2015)02-0045-06

2014-11-28)

秦浩庭(1981)，工程師，研究方向為電力系統規劃。