呂 豐,裴秀高,王 勇

(上海電力學(xué)院電力與自動(dòng)化工程學(xué)院,上海 200090)

負(fù)荷預(yù)測(cè)是在滿足一定精度的條件下,依據(jù)歷年的負(fù)荷數(shù)據(jù),利用不同的預(yù)測(cè)方法,推測(cè)近期或者中遠(yuǎn)期負(fù)荷的情況.在當(dāng)前電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)中,負(fù)荷預(yù)測(cè)的結(jié)果已成為經(jīng)濟(jì)調(diào)度和電網(wǎng)規(guī)劃的必要依據(jù).

本文主要分析了上海地區(qū)近期影響負(fù)荷預(yù)測(cè)的因素,根據(jù) 2000～2008年的負(fù)荷數(shù)據(jù),選取不同的預(yù)測(cè)方法對(duì)中長(zhǎng)期負(fù)荷情況進(jìn)行預(yù)測(cè),并針對(duì)地區(qū)特點(diǎn),提出了提高負(fù)荷預(yù)測(cè)和應(yīng)對(duì)本地區(qū)電網(wǎng)嚴(yán)峻形勢(shì)的對(duì)策和建議.

1 上海電網(wǎng)概況及負(fù)荷特性

1.1 上海電網(wǎng)概況

截止 2009年 8月底,上海電網(wǎng)共有 500 kV變電站 7座(不含外高橋二廠和石洞口二廠),500/220 kV聯(lián)絡(luò)變壓器 23臺(tái),變電容量 19 500 MVA,500 kV線路 30條(含省際聯(lián)絡(luò)線及直流線路),交流線總長(zhǎng)度約為 708 km,直流線總長(zhǎng)度約為 2 095 km.220 kV變電站 100座,變電容量為41 290 MVA,其中電業(yè)站 87座(包括羅山、石港、衛(wèi)東和文祥 4座開關(guān)站)、變電容量 35 920MVA,用戶站 13座、變電容量 5 370 MVA.220 kV運(yùn)行線路 296條,總長(zhǎng)度約為 3 183 km.

1.2 地區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷特性

上海電網(wǎng)的負(fù)荷特性已越來(lái)越呈現(xiàn)出國(guó)際大都市電網(wǎng)的用電特征,氣溫變化成為影響負(fù)荷曲線的主要決定因素.夏季用電高峰的日最高負(fù)荷一般出現(xiàn)在中午前后,但午峰和燈峰之間的曲線日趨平坦,個(gè)別以住宅為主的地區(qū)日最高負(fù)荷已經(jīng)出現(xiàn)在夜間燈峰時(shí)段.空調(diào)降溫負(fù)荷的不斷增加與所占比重的不斷提高,已成為近期上海用電負(fù)荷特性變化的一個(gè)主要特征.

截止到 2009年 8月 31日,上海電網(wǎng)在 7月20日 13:10出現(xiàn)歷史最高負(fù)荷 2.379 9×107kW,同比增長(zhǎng) 6.09%,當(dāng)日用電量達(dá) 4.766 6×108kW?h,最高發(fā)電出力為 15 056MW.

上海電力負(fù)荷情況除了與氣溫變化有關(guān)外,還受很多因素的影響.

2 影響近期電力需求的主要因素

2.1 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行環(huán)境

2009年下半年,經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境逐漸好轉(zhuǎn),全球經(jīng)濟(jì)衰退有所緩和,同時(shí)在中央一系列“保增長(zhǎng)、拉內(nèi)需”政策的作用下,全國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)向好.但上海經(jīng)濟(jì)的發(fā)展仍然存在很多制約因素:上海產(chǎn)業(yè)尤其是工業(yè)雖開始逐步復(fù)蘇,但未來(lái)發(fā)展面臨很多困難;外貿(mào)出口形勢(shì)同樣不容樂觀,上海外貿(mào)的依賴度較高,金融危機(jī)使外資紛紛回流,導(dǎo)致上海利用外資的增速大幅放緩;此外,固定資產(chǎn)投資難以大幅回升,民間投資和產(chǎn)業(yè)投資跟進(jìn)乏力;消費(fèi)拉動(dòng)不會(huì)出現(xiàn)大幅度增長(zhǎng).

在眾多利好因素和制約因素的雙重交織影響下,預(yù)計(jì) 2010年上海經(jīng)濟(jì)將進(jìn)入平穩(wěn)增長(zhǎng)期,但未來(lái)幾年將處于一個(gè)低增長(zhǎng)時(shí)期.

2.2 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整

上海第三產(chǎn)業(yè)比重在 2006年略微超過第二產(chǎn)業(yè)之后,一直徘徊不前,服務(wù)經(jīng)濟(jì)的能力和水平的提升力度嚴(yán)重不足.隨著工業(yè)生產(chǎn)的逐步恢復(fù),2009年上半年第三產(chǎn)業(yè)比重回調(diào)至 57.7%,如果工業(yè)保持目前的恢復(fù)態(tài)勢(shì),2010年第三產(chǎn)業(yè)比重有可能回調(diào)至以往的水平.因此,短期內(nèi)第二、第三產(chǎn)業(yè)共同支撐上海經(jīng)濟(jì)發(fā)展的格局不可能有根本改變.

2.3 重點(diǎn)行業(yè)發(fā)展

幾大重點(diǎn)行業(yè)雖出現(xiàn)好轉(zhuǎn)跡象,但增長(zhǎng)有限,預(yù)計(jì) 2009年幾大重點(diǎn)行業(yè)的發(fā)展與 2008年的水平持平或略低,處于緩慢復(fù)蘇階段,2010～2011年將有較快的發(fā)展速度.其變化使用電量總體持平甚至回調(diào),2010～2011年后將逐步增加.幾大重點(diǎn)行業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)為:

(1)精品鋼材制造業(yè)發(fā)展形勢(shì)不容樂觀;

(2)成套設(shè)備制造業(yè)持續(xù)增長(zhǎng);

(3)電子信息產(chǎn)品制造業(yè)回暖跡象明顯;

(4)汽車制造業(yè)開始進(jìn)入上升通道;

(5)化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)持續(xù)低迷.

2.4 節(jié)能降耗舉措

上海市政府召開了 2009年節(jié)能減排工作會(huì)議,并制定了詳細(xì)的實(shí)施細(xì)則,要完成萬(wàn)元 GDP能耗“十一五”期間再降 20%的硬指標(biāo).對(duì)高耗能、高污染、低效益的企業(yè)和生產(chǎn)線很可能亮紅牌,對(duì)鋼鐵、化工、建材等重點(diǎn)行業(yè)更加嚴(yán)格執(zhí)行產(chǎn)品能耗標(biāo)準(zhǔn),對(duì)嚴(yán)重超過單耗標(biāo)準(zhǔn)且屬于淘汰落后的工藝、設(shè)備、產(chǎn)品,則采取限期整改或?qū)嵭胁顒e電價(jià)等辦法,加大結(jié)構(gòu)調(diào)整力度.這一系列的舉措會(huì)對(duì)上海未來(lái)幾年用電量水平產(chǎn)生負(fù)面影響.

2.5 其他影響因素

(1)氣候 上海電網(wǎng)的夏季用電負(fù)荷與氣溫變化關(guān)系密切.據(jù)測(cè)算,2009年夏季,上?？照{(diào)降溫負(fù)荷已經(jīng)超過 107kW,約占電網(wǎng)最高用電負(fù)荷的 42%.上海電網(wǎng)的夏季用電負(fù)荷受氣溫影響較大,若夏季出現(xiàn)持續(xù)高溫,則空調(diào)降溫負(fù)荷將會(huì)導(dǎo)致全網(wǎng)用電最高負(fù)荷大幅攀升.

(2)電力需求側(cè)管理 由于上海產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,“三產(chǎn)”和城鄉(xiāng)生活用電比重的增加,使需求側(cè)管理工作中可用于調(diào)節(jié)峰谷差的負(fù)荷資源日趨減少;連續(xù)性生產(chǎn)企業(yè)、高端精尖企業(yè)和商辦樓宇的增多,對(duì)供電連續(xù)性和電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高;第三產(chǎn)業(yè)和城鄉(xiāng)生活用電的增加,使負(fù)荷峰谷差不斷增大,用電負(fù)荷率在 85%左右徘徊.

(3)世博會(huì)經(jīng)濟(jì) 世博會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響主要集中在舉辦城市所在的區(qū)域,拉動(dòng)的主要產(chǎn)業(yè)集中在受益于前期投資的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和建筑行業(yè),以及受益于當(dāng)期消費(fèi)帶動(dòng)的商業(yè)、餐飲、服務(wù)等行業(yè).其中,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和建筑行業(yè)與用電量的相關(guān)度最高.鑒于目前世博投資的高峰期已過,2010～2011年的投資對(duì)電力消費(fèi)的拉動(dòng)將明顯減弱;而消費(fèi)服務(wù)業(yè)與用電量相關(guān)度較低,其用電量的增速將低于產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)速度,但仍將保持在一個(gè)較高的增長(zhǎng)水平.

(4)碳關(guān)稅 就是在征收“正?！标P(guān)稅外,對(duì)高耗能的產(chǎn)品再征收特別的二氧化碳排放稅.隨著競(jìng)爭(zhēng)格局的轉(zhuǎn)化,會(huì)吸引資本逐漸由低效高耗行業(yè)向高效低耗行業(yè)轉(zhuǎn)移,這種投資轉(zhuǎn)移會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,短期內(nèi)會(huì)對(duì)用電量有負(fù)面影響,長(zhǎng)期來(lái)看則有利有弊.

(5)風(fēng)電大規(guī)模發(fā)展 2010年上海電網(wǎng)規(guī)劃風(fēng)力發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到 310 MW,約占全市總裝機(jī)容量的 2%左右.由于風(fēng)機(jī)發(fā)電具有間歇性和波動(dòng)性,風(fēng)電機(jī)組接入系統(tǒng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生一定影響,但風(fēng)電規(guī)劃裝機(jī)規(guī)模控制及規(guī)劃水平與上海市電網(wǎng)裝機(jī)總?cè)萘肯鄥f(xié)調(diào),不會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定產(chǎn)生明顯影響.

3 上海電力中期負(fù)荷預(yù)測(cè)常用算法

電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法很多,常用的有單耗法、電力彈性系數(shù)法、空間負(fù)荷密度法、比例系數(shù)法、回歸分析法、時(shí)間序列法、灰色預(yù)測(cè)法等,文獻(xiàn)[1]至文獻(xiàn)[9]對(duì)各種方法和模型的理論及應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)介紹.本文根據(jù)上海地區(qū)的特點(diǎn),即根據(jù)影響電力負(fù)荷的主要因素,選取幾種方法對(duì)未來(lái)兩年負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè).

3.1 平均增長(zhǎng)率法

(1)1995～2002年,上海電網(wǎng)最高用電負(fù)荷年均增長(zhǎng) 8.54%.

(2)1996～2002年,上海電網(wǎng)最高用電負(fù)荷年均增長(zhǎng) 9.14%[10].

(3)2002～2009年,上海電網(wǎng)平均負(fù)荷增長(zhǎng)率按 9.66%計(jì)算.

(4)考慮至 2010年上海電網(wǎng)最高用電負(fù)荷年平均增長(zhǎng)率為 8.54%～9.66%,則 2010年上海最高用電負(fù)荷為 2.38×107～2.61×107kW,2011年為 2.38×107～2.796×107kW.

3.2 最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)

2009年最大負(fù)荷為 2.379 9×107kW.根據(jù)近年來(lái)統(tǒng)調(diào)最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)的變動(dòng)趨勢(shì),預(yù)測(cè)未來(lái)兩年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)均為 4 800 h,而最大負(fù)荷分別為 2.356×107kW和 2.521×107kW.

3.3 多種模型預(yù)測(cè)法

采用逐步回歸模型、灰色模型[11]、模糊模型及組合模型[12]等負(fù)荷預(yù)測(cè)方法計(jì)算出至 2011年上海的最高用電負(fù)荷為 2.5×107～2.75×107kW.根據(jù)上海的實(shí)際情況,將采用遞階算法的綜合模型作為預(yù)測(cè)結(jié)果,則 2010年和 2011年上海的最高用電負(fù)荷為 2.55×107～2.7×107kW.

4 上海用電量需求預(yù)測(cè)

4.1 上海與部分發(fā)達(dá)國(guó)家用電量比較

文獻(xiàn)[13]通過對(duì)日本經(jīng)濟(jì)發(fā)展 3個(gè)階段的分析,認(rèn)為隨著上海產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,許多污染嚴(yán)重、耗能大、附加值低的產(chǎn)業(yè)已被淘汰,新的工業(yè)體系正在建立,化工、冶金及裝備型工業(yè)仍將繼續(xù)發(fā)展,這與東京 20世紀(jì) 70到 80年代的發(fā)展過程具有一定的相似之處.將 2010年上海的用電指標(biāo)與部分發(fā)達(dá)國(guó)家城市的用電水平進(jìn)行比較可知,2010年上海人均用電水平將基本達(dá)到 1998年?yáng)|京的人均用電水平,而 2010年上海中心城區(qū)的人均用電水平將與 2000年美國(guó)紐約市的人均用電水平接近.

4.2 根據(jù)宏觀經(jīng)濟(jì)走勢(shì)預(yù)測(cè)用電量

(1)一元回歸法 全社會(huì)用電量和地區(qū)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)之間存在線性關(guān)系,在兩者之間建立一元線性回歸模型:全社會(huì)用電量 =a×上海市 GDP總量 +b(其中 a,b為一元線性回歸模型的系數(shù)).用 2000～2008年的數(shù)據(jù)確定一元線性回歸模型中的系數(shù) a=0.062 7,b=262.2,相關(guān)性檢驗(yàn)系數(shù) R2=0.991 6.相關(guān)性檢驗(yàn)系數(shù) R2接近于 1,說明上海地區(qū)全社會(huì)用電量和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值之間具有較高的相關(guān)性.用回歸分析法對(duì)未來(lái)上海地區(qū)的全社會(huì)用電量進(jìn)行預(yù)測(cè),2010年和2011年全社會(huì)的用電量分別為 1.264×1011kW?h和 1.344×1011kW?h.

(2)產(chǎn)值單耗法 根據(jù)上海歷年單位產(chǎn)值的電量消耗水平和上海市 GDP單耗下降的要求,運(yùn)用產(chǎn)值單耗法預(yù)測(cè)上海市 2010年和 2011年全社會(huì)用電量分別為 1.224×1011kW?h和 1.269×1011kW?h.

4.3 根據(jù)重點(diǎn)行業(yè)增長(zhǎng)預(yù)測(cè)用電量

根據(jù) 2000～2008年上海用電量占前 5位的重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)(黑色金屬冶煉及壓延業(yè)、通用及專業(yè)設(shè)備制造業(yè)、交通運(yùn)輸電氣電子設(shè)備制造業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)、橡膠和塑料制品業(yè))的用電量及其占全社會(huì)用電量的比重,預(yù)測(cè)2010年和 2011年 5大重點(diǎn)行業(yè)的用電量分別為3.7×1010kW?h和 3.81×1010kW?h,全社會(huì)總用電量分別為 1.122×1011kW?h和 1.154×1011kW?h.

5 電力負(fù)荷預(yù)測(cè)實(shí)例

文獻(xiàn)[14]分析了臨汾市和扶?？h兩地區(qū)電網(wǎng)在提高負(fù)荷預(yù)測(cè)精度工作上取得的成功經(jīng)驗(yàn),這些經(jīng)驗(yàn)在上海地區(qū)是可以借鑒的.

(1)成立負(fù)荷預(yù)測(cè)工作小組 健全組織機(jī)構(gòu),充實(shí)負(fù)荷預(yù)測(cè)人員的技術(shù)力量,對(duì)用電市場(chǎng)及負(fù)荷情況作深入細(xì)致的調(diào)查,掌握負(fù)荷第一手資料,為負(fù)荷預(yù)測(cè)奠定基礎(chǔ).

(2)加強(qiáng)電網(wǎng)設(shè)備檢修的計(jì)劃性 降低設(shè)備臨修率,為短期負(fù)荷預(yù)測(cè)工作提供良好的預(yù)測(cè)環(huán)境.

(3)做好用戶管理 有利于了解客戶負(fù)荷特點(diǎn),并能及時(shí)了解負(fù)荷的變化趨勢(shì),有利于調(diào)度部門進(jìn)行預(yù)測(cè)工作.

(4)開發(fā)并優(yōu)化電力負(fù)荷預(yù)測(cè)軟件 將各個(gè)影響電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的因素納入地區(qū)負(fù)荷預(yù)測(cè)軟件模塊.由華東電力調(diào)度交易中心承擔(dān)的《華東電網(wǎng)考慮氣象因子的負(fù)荷預(yù)測(cè)軟件開發(fā)》項(xiàng)目已研制完成并順利投運(yùn),填補(bǔ)了華東電網(wǎng)缺少獨(dú)立負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)的空白.

6 結(jié) 論

(1)應(yīng)加強(qiáng)本地支撐電源的建設(shè),根據(jù)上海電網(wǎng)的實(shí)際情況,合理控制受電比例,留有充足的備用容量,提高電網(wǎng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力;

(2)建設(shè)大容量的市外受電通道并確保足夠的市外電源能力,積極爭(zhēng)取皖電東送特高壓交流通道的建設(shè),爭(zhēng)取早日建成投產(chǎn);

(3)隨著市外來(lái)電的進(jìn)一步增加,上海電網(wǎng)調(diào)峰壓力逐步增大,建議新建的電源項(xiàng)目均須擁有一定的調(diào)峰能力,市外來(lái)電也要具備一定的調(diào)峰能力;

(4)優(yōu)化電力客戶的用電模式,建立需求側(cè)管理的長(zhǎng)效機(jī)制,由行政干預(yù)逐步轉(zhuǎn)向通過市場(chǎng)杠桿引導(dǎo)電力客戶自覺參與需求側(cè)管理,形成科學(xué)用電、合理用電和經(jīng)濟(jì)用電的良好風(fēng)氣,使有限的電力資源能發(fā)揮出更大的效益.

[1]張晨曦.電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)有效方法的分析與評(píng)價(jià)[J].應(yīng)用技術(shù),2009,(4):139-140.

[2]宗慧敏.電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)[J].四川電力技術(shù),2009,32(1):37-39.

[3]牛東曉.電力負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京:中國(guó)電力出版社,1998:23-275.

[4]謝潔樹.電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法研究 [J].絕緣材料,2008,41(4):69-70.

[5]王東.回歸算法在電力負(fù)荷預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].儀器儀表用戶,2009,6(21):42-43.

[6]陳張潮,顧潔.模糊理論在上海浦東新區(qū)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐,1995,(1):63-68.

[7]周泉,鮑燕,牛艷君.電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法及應(yīng)用實(shí)例分析[J].湖北電力,2008,32(2):88-90.

[8]王勇,黃國(guó)興,彭道剛.帶反饋的多元線性回歸法在電力負(fù)荷預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件,2008,25(1):82-84.

[9]田樹仁.地區(qū)電力負(fù)荷中期預(yù)測(cè)方法分析比較與應(yīng)用[J].河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2004,(4):1-3.

[10]WANG Zhi-pei.Prospects of Shanghai city network in 21st century[J].Electricity,2000,11(4):14-20.

[11]張莉,吉培榮,杜愛華,等.中長(zhǎng)期電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的幾種灰色預(yù)測(cè)模型的比較及應(yīng)用[J].三峽大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009,31(3):41-45.

[12]黃宗彬.組合預(yù)測(cè)方法在電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].電氣開關(guān),2009,47(5):64-66.

[13]夏涼,陳克生.上海電力需求預(yù)測(cè)與城市發(fā)展[J].規(guī)劃師,2007,23(11):39-41.

[14]彭杰,劉軍.桑植縣電網(wǎng)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)[J].廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2009,7(3):22-26.