魏 磊,張 琳，姜 寧，于廣亮

（西北電網(wǎng)有限公司，西安 710048）

0 引言

電網(wǎng)負荷特性的研究是提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性、進行電網(wǎng)電力電量平衡計算、電網(wǎng)調(diào)峰規(guī)劃及電源規(guī)劃的重要基礎(chǔ)[1-2]。

近年來，西北地區(qū)用電負荷增長較快，其中，高耗能行業(yè)用電是拉動全社會用電增長的主要因素、增長結(jié)構(gòu)并不合理、受國家宏觀調(diào)控影響因素較大。因此，有必要更深一步了解西北電網(wǎng)負荷特性，將負荷特性分析與預(yù)測有機結(jié)合起來，將對保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行具有較為重要的現(xiàn)實意義。

本文在整理、分析西北電網(wǎng)歷史負荷數(shù)據(jù)、電量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，給出了影響西北電網(wǎng)負荷特性的主要因素，并與中東部地區(qū)電網(wǎng)的用電情況進行了對比分析，最后對本研究進行了總結(jié)并提出了相關(guān)建議。

1 負荷特性分析

1.1 年負荷特性

1.1.1 年負荷曲線

圖1為1998—2009年陜甘青寧（陜西、甘肅、青海、寧夏）電網(wǎng)的年負荷曲線標幺值圖。

圖1 陜甘青寧電網(wǎng)年負荷曲線圖

從年負荷曲線可以看出，陜甘青寧電網(wǎng)各年的年最大負荷基本都出現(xiàn)在冬季11或12月份。各年的年負荷曲線總趨勢基本一致。夏季和冬季出現(xiàn)2個高峰，且冬季高峰大于夏季高峰。

需要說明的是：2007年，受西北地區(qū)夏季多雨，氣溫偏低影響，空調(diào)及農(nóng)灌負荷大幅下降，陜甘青寧電網(wǎng)夏季高峰沒有出現(xiàn)，僅在冬季出現(xiàn)一個高峰；2008年10月份—2009年5月份，受國際經(jīng)濟危機的影響，西北地區(qū)的高耗能行業(yè)不同程度停產(chǎn)，負荷大幅下跌，造成2008年冬季低谷及2009年前半年負荷較低。

1.1.2 年負荷特性指標

1998—2009年陜甘青寧電網(wǎng)年平均日負荷率、年平均月不均衡系數(shù)、季不均衡系數(shù)見圖2。

圖2 陜甘青寧電網(wǎng)年平均日負荷率、年平均月不均衡系數(shù)、季不均衡系數(shù)

西北地區(qū)年負荷特性指標總體較高，這與西北地區(qū)連續(xù)性生產(chǎn)的工業(yè)（主要為高耗能行業(yè)）用電比重較大相關(guān)。特別是2004年之后，西北地區(qū)高耗能行業(yè)發(fā)展迅速，其用電量占全社會用電量的比重較大，西北地區(qū)的用電負荷水平較平穩(wěn)，其年平均日負荷率、年平均月不均衡系數(shù)較2004年之前有所上升。

受經(jīng)濟危機影響，2009年西北地區(qū)負荷波動較大，電網(wǎng)年平均日負荷率、年平均月不均衡系數(shù)和季不均衡系數(shù)均有所下降，尤其季不均衡系數(shù)下降明顯。

1.2 日負荷特性

1.2.1 典型日負荷曲線

圖3和圖4分別為陜甘青寧電網(wǎng)夏季和冬季典型日負荷曲線標幺值圖。

從圖中看出，西北地區(qū)各年的夏季和冬季典型日負荷曲線差別不大。日負荷均有早、晚2個高峰，晚高峰高于早高峰，早高峰一般出現(xiàn)在上午11點，夏季日最大負荷均出現(xiàn)在晚上9點。冬季日最大負荷均出現(xiàn)在晚上7點。

由于西北地區(qū)季寒冷，居民采暖負荷較大，冬季日負荷的早、晚高峰相差較大。

由于夏季降溫負荷在一天中的分布較冬季采暖負荷更均衡一些，因而夏季典型日的日負荷率及日最小負荷率一般高于冬季。1998—2009年夏季和冬季典型日的日負荷率和日最小負荷率均呈總體上升態(tài)勢，夏季日負荷率平均為0.879，日最小負荷率平均為0.782；冬季日負荷率平均為0.867，日最小負荷率平均為0.770。

圖3 陜甘青寧電網(wǎng)夏季典型日負荷曲線圖

圖4 陜甘青寧電網(wǎng)冬季典型日負荷曲線圖

1.2.2 小時負荷統(tǒng)計特性

以2009年為例，陜甘青寧電網(wǎng)小時負荷統(tǒng)計特性如圖5所示。

圖5 2009年陜甘青寧電網(wǎng)小時負荷特性圖

從統(tǒng)計結(jié)果可知：最大值序列和均值序列變化趨勢基本一致，說明陜甘青寧電網(wǎng)負荷變化較為平穩(wěn)；凌晨5點左右負荷為全天最低，之后負荷開始上升，在上午11點左右達到第一個高峰，然后略有下降，晚上7—9點達到最高負荷，然后出現(xiàn)明顯下降；圖中最下面的曲線為極差負荷，即最大負荷減去最小負荷。從圖中看到，陜甘青寧地區(qū)總體極差負荷差別不大。上午11點—傍晚18點負荷變化較大，說明這些時點的負荷受外界影響較大，如空調(diào)負荷、取暖負荷等。

1.3 新疆電網(wǎng)對西北電網(wǎng)負荷特性的影響

根據(jù)規(guī)劃，2010年新疆電網(wǎng)將實現(xiàn)與西北主網(wǎng)（陜甘青寧電網(wǎng)）聯(lián)網(wǎng)，形成西北（陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆）電網(wǎng)，在此將對新疆電網(wǎng)對西北電網(wǎng)負荷特性的影響進行分析。

1.3.1 年負荷特性

以2009年為例，陜甘青寧電網(wǎng)與西北電網(wǎng)的年負荷曲線的標幺值對比情況如圖6所示。

圖6 2009年陜甘青寧電網(wǎng)和西北電網(wǎng)年負荷曲線對比圖

從圖6可以看出，新疆電網(wǎng)負荷并入陜甘青寧電網(wǎng)后，對電網(wǎng)的負荷特性影響不大，整體與陜甘青寧電網(wǎng)的年負荷曲線變化趨勢相同，由于新疆電網(wǎng)夏季高峰負荷的疊加，西北電網(wǎng)的夏季高峰更為明顯。

表1為2008年、2009年陜甘青寧電網(wǎng)、新疆電網(wǎng)、西北電網(wǎng)的年負荷特性指標對比。

從年負荷特性指標對比情況來看，新疆電網(wǎng)年負荷特性指標整體要比陜甘青寧電網(wǎng)略低，但其并入陜甘青寧電網(wǎng)后，對西北地區(qū)負荷特性指標基本沒有影響。

表1 年負荷特性指標對比表

1.3.2 日負荷特性

圖7和圖8分別為2009年陜甘青寧電網(wǎng)和西北電網(wǎng)的夏季和冬季典型日負荷曲線標幺值對比圖。

圖7 陜甘青寧與西北電網(wǎng)夏季典型日負荷曲線對比圖

圖8 陜甘青寧與西北電網(wǎng)冬季典型日負荷曲線對比圖

從典型日負荷曲線對比圖可以看到，新疆電網(wǎng)并入陜甘青寧電網(wǎng)后，陜甘青寧電網(wǎng)和西北電網(wǎng)的夏/冬季典型日負荷曲線變化趨勢一致，日負荷特性基本沒有改變。

2 用電結(jié)構(gòu)分析

表2為西北地區(qū)行業(yè)用電及居民生活用電占全社會用電比例情況的統(tǒng)計。

從西北地區(qū)用電結(jié)構(gòu)統(tǒng)計結(jié)果來看，第二產(chǎn)業(yè)用電占全社會用電比重較大，將近80%，是拉動全社會用電增長的主要因素；第一產(chǎn)業(yè)用電比重占全社會用電比例較小，5%左右，近年整體略有下降；第三產(chǎn)業(yè)用電占全社會用電比重較小，8%左右，近年整體略有上升；城鄉(xiāng)居民生活用電占全社會用電比重也較小，7%左右，近年整體略有上升；新疆地區(qū)的第二產(chǎn)業(yè)占全社會用電比例（70%左右）低于陜甘青寧四省區(qū)，但呈逐年上升趨勢，用電結(jié)構(gòu)趨向于陜甘青寧四省區(qū)的用電結(jié)構(gòu)。

表2 西北地區(qū)年用電結(jié)構(gòu)情況

3 影響負荷特性的主要因素分析

經(jīng)濟發(fā)展水平與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是影響電力負荷特性和電力消費結(jié)構(gòu)最直接、最重要的因素。

3.1 經(jīng)濟發(fā)展水平影響

表3所示為西北地區(qū)GDP與全社會用電量增速狀況。從表3可以看出，當(dāng)經(jīng)濟增長保持快速增長，電力增速也保持相應(yīng)增長；當(dāng)經(jīng)濟形式發(fā)生變化時，電力需求也產(chǎn)生相應(yīng)變化，經(jīng)濟增長放緩時，電力增長速度大幅下降，遠低于經(jīng)濟發(fā)展速度。

表3 西北地區(qū)GDP與全社會用電量增速表

3.2 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響

第一產(chǎn)業(yè)（農(nóng)業(yè)）用電在年內(nèi)是不均衡的，其用電比重，特別是農(nóng)業(yè)排灌用電對負荷特性的影響較大，農(nóng)業(yè)排灌用電季節(jié)性很強，而且受天然降水量的影響。一般來說，第一產(chǎn)業(yè)用電比重越大，特別是農(nóng)業(yè)排灌負荷越大的地區(qū)，月不均衡系數(shù)就會變低，但西北地區(qū)第一產(chǎn)業(yè)用電比重所占比例較小，5%左右，對負荷特性的影響不大，但也是形成西北部分省區(qū)年負荷曲線中春季小高峰、夏季高峰的一個主要因素。

第二產(chǎn)業(yè)用電戶中，電鋁工業(yè)、有色金屬工業(yè)冶煉業(yè)、黑色金屬工業(yè)冶煉業(yè)、化學(xué)工業(yè)等是連續(xù)用電行業(yè)，其必須在一晝夜不斷的均衡供電，這類負荷幾乎不受任何外來因素的影響，僅僅與用戶本身的用電設(shè)備使用情況有關(guān)。西北地區(qū)的第二產(chǎn)業(yè)中以這種連續(xù)用電的高耗能行業(yè)為主，這也是形成西北地區(qū)日負荷率、月不均衡系數(shù)以及季不均衡系數(shù)等負荷特性指標較高的原因。

第三產(chǎn)業(yè)負荷特性與其行業(yè)特性密切相關(guān)，具有高峰負荷持續(xù)時間短、受季節(jié)、氣候影響大的特點。西北地區(qū)第三產(chǎn)業(yè)所占比重較低，對負荷特性影響不大。

近年來，西北地區(qū)城鄉(xiāng)居民用電穩(wěn)中略有升高，對負荷特性的影響，主要體現(xiàn)在晚間居民集中用電，電視、空調(diào)等家用電負荷的用電、形成日用電高峰負荷。但在全社會用電比重中所占比例依然不大，但隨著人民生活水平的提高，消費觀念的轉(zhuǎn)變，政府推行家電下鄉(xiāng)政策等，越來越多的家用電器普及到城鄉(xiāng)居民家，城鄉(xiāng)居民用電比重將會持續(xù)增加。

4 與中東部地區(qū)電網(wǎng)對比分析

西北地區(qū)與中東部地區(qū)在經(jīng)濟發(fā)展水平、電力供需結(jié)構(gòu)，城鄉(xiāng)居民生活水平等方面存在較大差別，因此也形成了其在負荷特性方面的差異[3-7]。下面以華東電網(wǎng)為例，將西北地區(qū)與中東部地區(qū)電網(wǎng)進行對比分析。

4.1 負荷特性的差異

圖9為西北電網(wǎng)與華東電網(wǎng)年負荷曲線標幺值對比圖，由圖可知：

1）西北電網(wǎng)比華東電網(wǎng)的年負荷曲線要平緩；

2）兩地區(qū)電網(wǎng)的年負荷曲線均出現(xiàn)夏季和冬季兩個高峰，不同的是，西北地區(qū)冬季高峰明顯大于夏季高峰，而華東地區(qū)是夏季高峰明顯大于冬季高峰。

圖9 西北電網(wǎng)與華東電網(wǎng)年負荷曲線對比圖

這主要由地區(qū)氣候，人民生活習(xí)慣不同造成的。西北各省區(qū)夏季氣候普遍較為涼爽，空調(diào)負荷較低，冬季寒冷，取暖負荷較高；而華東地區(qū)夏季氣候炎熱，空調(diào)負荷很高，但冬季普遍沒有取暖裝置，取暖負荷較低。這也就是形成兩地區(qū)高峰負荷出現(xiàn)時間明顯不同的原因。

表4為2005年西北電網(wǎng)與華東電網(wǎng)年負荷特性指標的對比。

表4 2005年西北電網(wǎng)與華東電網(wǎng)年負荷特性指標對比表

由對比結(jié)果可知：

1）西北電網(wǎng)的年平均日負荷率低于華東電網(wǎng)，也即西北電網(wǎng)每月最大負荷日的負荷率要低于華東電網(wǎng)；

2）西北電網(wǎng)的年平均月不均衡系數(shù)和季不均衡系數(shù)均高于華東電網(wǎng)，說明西北電網(wǎng)在每月內(nèi)和年內(nèi)的用電均比華東電網(wǎng)均衡，與西北地區(qū)連續(xù)性用電行業(yè)所占比重較大相關(guān)。

4.2 用電結(jié)構(gòu)的差異

西北地區(qū)第一產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)所占比重較小，第二產(chǎn)業(yè)約占全社會用電量的80%左右，而高耗能行業(yè)在第二產(chǎn)業(yè)中占主導(dǎo)地位，但其受國家宏觀政策影響較大，承受市場變化的能力相對較弱。但近年，受經(jīng)濟發(fā)展慣性和國家扶持西部大開發(fā)政策的影響，除2008年底至2009年上半年，西北地區(qū)高耗能行業(yè)受國際經(jīng)濟危機發(fā)展下降外，基本發(fā)展持續(xù)良好，負荷特性較平緩。

華東地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達，第三產(chǎn)業(yè)和居民生活用電比例持續(xù)上升，均已超過10%；占比重較大的第二產(chǎn)業(yè)中也以輕工業(yè)為主，并隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，第二產(chǎn)業(yè)比例本身也呈緩慢下降趨勢。目前，華東地區(qū)負荷特性受第三產(chǎn)業(yè)和居民生活用的影響日益加大，負荷峰谷差較大。

表5為2008年和2009年西北地區(qū)與華東地區(qū)全社會用電量、單位GDP用電量以及人均用電量的對比表，可以看到，西北地區(qū)和華東地區(qū)單位GDP用電量均有下降趨勢，但西北地區(qū)高于華東地區(qū)；兩區(qū)域人均用電量均呈增長趨勢，西北地區(qū)低于華東地區(qū)。這與西北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平、人民生活水平落后于華東地區(qū)，西北地區(qū)用電結(jié)構(gòu)劣于華東地區(qū)密切相關(guān)。

表5 西北地區(qū)與華東地區(qū)用電情況對比表

但是，隨著西北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，西北地區(qū)第三產(chǎn)業(yè)和居民生活用電增速將會加快，第二產(chǎn)業(yè)用電量增速將會隨著大比重的重工業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整而減緩，西北地區(qū)的負荷特性將會發(fā)生變化，預(yù)計未來將與中東部地區(qū)現(xiàn)階段的負荷特性相接近。

5 結(jié)論與建議

5.1 主要結(jié)論

1）西北地區(qū)高耗能行業(yè)所占比重較大，特別是2002年之后，高耗能行業(yè)快速發(fā)展，工業(yè)結(jié)構(gòu)中重工業(yè)比重上升，電網(wǎng)負荷基本保持以15%以上的增長速度快速增長，負荷曲線較平緩，負荷特性趨于良好。

2）西北電網(wǎng)負荷特性受高耗能行業(yè)的影響較大，而其受國家政策及外部環(huán)境的制約明顯，如2008—2009年上半年的經(jīng)濟危機，造成西北電網(wǎng)負荷大幅下跌，電網(wǎng)月平均日負荷率下、月不均衡系數(shù)和季不均衡系數(shù)均有所下降。

3）受用電結(jié)構(gòu)和氣候的影響，西北電網(wǎng)年負荷曲線中有冬季和夏季兩個高峰，且冬季高峰高于夏季高峰。

4）新疆電網(wǎng)的負荷特性與陜甘青寧電網(wǎng)的負荷特性相似，其并入陜甘青寧電網(wǎng)后，西北電網(wǎng)整體負荷特性基本不受影響。

5）西北電網(wǎng)與華東電網(wǎng)在負荷特性方面存在較大差異，主要是由經(jīng)濟發(fā)展水平、電力供需結(jié)構(gòu)，城鄉(xiāng)居民生活水平等方面存在較大差別引起的。

6）隨著西北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，西北地區(qū)第三產(chǎn)業(yè)和居民生活用電增速將會加快，第二產(chǎn)業(yè)用電量增速將會隨著大比重的重工業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整而減緩，西北地區(qū)的負荷特性將會發(fā)生變化，預(yù)計未來將與中東部地區(qū)現(xiàn)階段的負荷特性相接近。

5.2 建議

1）加強需求側(cè)管理，改善負荷特性。隨著西北地區(qū)人民生活水平和城鎮(zhèn)化率的提高，預(yù)計未來電網(wǎng)呈現(xiàn)負荷率下降、峰谷差率提高的趨勢。從改善負荷特性的角度看，應(yīng)加強需求側(cè)管理，引導(dǎo)社會節(jié)約用電、合理用電，從而達到減緩電力需求增長、優(yōu)化負荷曲線和負荷特性指標的目的，這也有利于提高全網(wǎng)的綜合經(jīng)濟效益、提高電網(wǎng)運行的安全、穩(wěn)定性。

2）加強對典型行業(yè)負荷特性的調(diào)研，尤其是西北地區(qū)高耗能行業(yè)的跟蹤分析，進一步摸清各個行業(yè)的負荷變化特點，提高對典型行業(yè)負荷特性的把握程度，從而為分析預(yù)測電網(wǎng)負荷奠定基礎(chǔ)。

3）開展電力系統(tǒng)負荷特性研究，定期滾動更新，為進一步提高電力規(guī)劃工作的科學(xué)性、電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性、電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度的合理性以及電力營銷和需求側(cè)管理工作等積累經(jīng)驗基礎(chǔ)。

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