史 靜， 周 琪， 談 健，楊俊義， 李 琥， 朱 磊

(1. 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，江蘇 南京 210008；2. 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司，江蘇 南京 210024)

0 引言

江蘇省經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，最高調(diào)度負(fù)荷已超過1億千瓦，僅次于廣東省。江蘇最高負(fù)荷一般發(fā)生在夏季，夏季空調(diào)負(fù)荷特性對于負(fù)荷高峰、電網(wǎng)規(guī)劃、需求響應(yīng)等工作有較大的影響。隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展以及人們對舒適度要求的進(jìn)一步提高，夏季負(fù)荷中空調(diào)負(fù)荷的占比日益加大[1]，因此對江蘇夏季空調(diào)負(fù)荷的研究至關(guān)重要。

文獻(xiàn)[2—5]分別研究了湖南、西北、廣東等地的負(fù)荷特性，對于負(fù)荷的構(gòu)成及典型負(fù)荷日的負(fù)荷特性進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[6—7]介紹了張家界、重慶的夏季負(fù)荷特性，不同地區(qū)的負(fù)荷結(jié)構(gòu)差異較大，夏季空調(diào)負(fù)荷特性差別明顯。文獻(xiàn)[8—9]研究了江蘇夏季空調(diào)負(fù)荷，但是年代較遠(yuǎn)，分別為2005年和2006年，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化，負(fù)荷構(gòu)成有較大變化。文獻(xiàn)[10]研究了江蘇省無錫市的負(fù)荷特性，文獻(xiàn)[11—12]研究了江蘇全省在春節(jié)期間的負(fù)荷特性。蘇南、蘇中、蘇北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不一，用電結(jié)構(gòu)差異較大，某一地區(qū)的負(fù)荷特性難以代表全省的負(fù)荷特性，近年尚未有文獻(xiàn)對江蘇全省的夏季負(fù)荷特性進(jìn)行研究。

本文以近年江蘇實際負(fù)荷數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，使用基準(zhǔn)負(fù)荷比較法，選取春秋夏季典型周作為研究對象，對夏季空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行了深入研究，量化夏季空調(diào)負(fù)荷及電量，并分別對工作日及休息日的空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行與溫度的敏感性分析。最后給出了江蘇夏季空調(diào)負(fù)荷的研究結(jié)論，對于后續(xù)夏季負(fù)荷預(yù)測的進(jìn)一步研究具有重要意義。

1 基準(zhǔn)負(fù)荷比較法

基準(zhǔn)負(fù)荷比較法的流程如圖1所示。

圖1 基準(zhǔn)負(fù)荷比較法Fig.1 The process of basic load comparison

(1) 選擇春季和秋季的典型日；

(2) 設(shè)春季典型日負(fù)荷曲線(絕對值)為P1，設(shè)秋季典型日負(fù)荷曲線為P3，將春、秋季典型日負(fù)荷曲線取平均作為當(dāng)年的基礎(chǔ)負(fù)荷曲線：

(1)

(3) 將P2曲線減去基礎(chǔ)負(fù)荷曲線，即為夏季降溫負(fù)荷曲線：

P=P2-PB

(2)

(4) 步驟(3)中的最大值即為最大降溫負(fù)荷；

(5) 對(3)中得到的每一天的降溫負(fù)荷曲線進(jìn)行積分得到日空調(diào)電量，對所有日求和，得到夏季的空調(diào)電量。

2 降溫負(fù)荷及降溫電量的計算

2.1 典型日的選取

一般認(rèn)為4月或10月溫度低于20 ℃的某天不含空調(diào)負(fù)荷，將其作為春季或秋季典型日，該方法選取到的典型日具有較大的隨機(jī)性，對降溫負(fù)荷及電量的分析帶來較大偏差。本文采用平均溫度作為溫度指標(biāo)，定量研究其與日最大負(fù)荷和日電量的關(guān)系，從而為典型日的選取提供依據(jù)。

圖2、圖3中均呈現(xiàn)二次曲線的形狀，在曲線對稱軸左邊，日最大負(fù)荷與日電量為負(fù)相關(guān)關(guān)系；在對稱軸右邊，日最大負(fù)荷與日電量為正相關(guān)關(guān)系。二次擬合曲線的對稱軸處的溫度認(rèn)為不含空調(diào)負(fù)荷。2015—2016年日最大負(fù)荷曲線對稱軸為13.6 ℃，日電量曲線對稱軸為13.0 ℃。通過散點圖及擬合曲線的對稱軸可知，溫度在14 ℃左右時可以認(rèn)為沒有空調(diào)負(fù)荷。

圖2 2015—2016年日平均溫度與最高負(fù)荷散點圖Fig.2 The scatter plot of maximum load and average temperature in 2005 and 2006 year

圖3 2015—2016年日平均溫度與電量散點圖Fig.3 The scatter plot of daily power and average temperature in 2005 and 2006 year

為減少隨機(jī)性，增加分析的準(zhǔn)確性，本文選擇日平均溫度為14 ℃左右的典型周負(fù)荷曲線的平均值作為典型日負(fù)荷曲線。以2016年為例，其春秋季典型周如表1所示。

表1 2016年典型周Tab.1 The typical weeks of 2016

2.2 降溫負(fù)荷及降溫電量的計算

據(jù)圖1的計算方法流程，計算出2011—2016年降溫負(fù)荷(電量)，如圖4、圖5所示。

圖4 2011—2016年降溫負(fù)荷Fig.4 The cooling load in 2011—2016

圖5 2011—2016降溫電量Fig.5 The cooling power in 2011—2016

2011—2016年，江蘇降溫負(fù)荷總量增長較快，年均增長率達(dá)到11.9%，高于最高負(fù)荷增長速度；降溫負(fù)荷占最高負(fù)荷比例基本在30%以上，除2013、2016年因極端酷熱天氣造成降溫負(fù)荷增長較快外，其余年份基本處于緩慢增長趨勢中。

江蘇降溫電量占全年電量比例基本在2.5%左右，受2016年的兩輪持續(xù)晴熱高溫天氣影響，降溫電量年均增長率為9.9%，高于全年電量增長率4.8%。

3 降溫負(fù)荷與溫度之間關(guān)系分析

3.1 工作日溫度敏感性分析

3.1.1 整體分析

對2016年6—8月降溫負(fù)荷與氣溫進(jìn)行擬合，結(jié)果如圖6—8所示。從圖6—8可以看出，對于工作日，其降溫負(fù)荷與平均溫度、最高溫度、最低溫度的線性擬合關(guān)系如下。

圖6 工作日降溫負(fù)荷與平均溫度關(guān)系Fig.6 The relation of cooling load andaverage temperature

圖7 工作日降溫負(fù)荷與最高溫度關(guān)系Fig.7 The relation of cooling load and maximum temperature

圖8 6—8月工作日降溫負(fù)荷與最低溫度關(guān)系Fig.8 The relation of cooling load and lowest temperature of 6—8 month workday

降溫負(fù)荷與平均溫度關(guān)系：25～34 ℃之間，y=3 132.3x-59 170(MW)，即最低氣溫每升高1 ℃，降溫負(fù)荷增加3132 MW；

降溫負(fù)荷與最高溫度關(guān)系：25～39 ℃之間，y=2 640.4x-56 089(MW)，即最高氣溫每升高1 ℃，降溫負(fù)荷增加2640 MW；

由圖6—8降溫負(fù)荷與不同類型溫度的擬合圖中可以看出，降溫負(fù)荷與最高溫度、最低溫度的相關(guān)性僅為0.76、0.75，擬合度較低。而降溫負(fù)荷與平均溫度的相關(guān)性為0.87。可見，相對于最低氣溫與最高氣溫，平均氣溫對降溫負(fù)荷的影響程度更大。

3.1.2 分段擬合分析

為進(jìn)一步明晰降溫負(fù)荷與溫度的關(guān)系，對2016年降溫負(fù)荷與平均溫度、最高溫度、最低溫度進(jìn)行分段擬合分析，結(jié)果如下。

(1) 降溫負(fù)荷與平均溫度。不同溫度區(qū)間時，降溫負(fù)荷與平均溫度的擬合關(guān)系如表2所示。

表2 不同區(qū)間平均溫度與降溫負(fù)荷辨識系數(shù)Tab.2 The identification factor between the average temperature and the cooling load in different intervals

溫度在25～27 ℃時，溫度每上升1 ℃，最大負(fù)荷增加1926 MW；溫度在27～31 ℃時，溫度每上升1 ℃，最大負(fù)荷增加3939 MW；溫度在31～35 ℃時，溫度每上升1 ℃，最大負(fù)荷增加1669 MW。

(2) 降溫負(fù)荷與最高溫度。降溫負(fù)荷與最高溫度不具有較強(qiáng)的線性關(guān)系。連續(xù)高溫時，相同的溫度下用電量卻有較大的差別。本文中的分析結(jié)果與文獻(xiàn)[13—19]中關(guān)于夏季最高溫度對于最高負(fù)荷的影響一致，夏季持續(xù)高溫天氣造成的積溫效應(yīng)，導(dǎo)致負(fù)荷出現(xiàn)一定程度的非常規(guī)增長。

(3) 降溫負(fù)荷與最低溫度。不同溫度區(qū)間時，降溫負(fù)荷與最低溫度的擬合關(guān)系如表3所示。

表3 分區(qū)間最低溫度與降溫負(fù)荷辨識系數(shù)Tab.3 The identification factor between the lowest temperature and the cooling load in different intervals

溫度在14～21 ℃時，溫度每上升1 ℃，最大負(fù)荷增加1086 MW；溫度在22～26 ℃時，溫度每上升1 ℃，最大負(fù)荷增加3063 MW；溫度在27～30 ℃時，溫度每上升1 ℃，最大負(fù)荷增加1877 MW。

3.2 節(jié)假日溫度敏感性分析

采用3.1中的方法，對2016年6—8月節(jié)假日降溫負(fù)荷與氣溫進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果如圖9—11所示。

圖9 6—8月節(jié)假日降溫負(fù)荷與平均溫度關(guān)系Fig.9 The relation of cooling load and average temperature of 6—8 month holiday

圖10 6—8月節(jié)假日降溫負(fù)荷與最高溫度關(guān)系Fig.10 The relation of cooling load and highest temperature of 6—8 month holiday

圖11 6—8月節(jié)假日降溫負(fù)荷與最低溫度關(guān)系Fig.11 The relation of cooling load minimum temperature of 6—8 month holiday

降溫負(fù)荷與平均溫度關(guān)系：19～34 ℃之間，y=2 536.7x-55 650(MW)，即最低氣溫每升高1 ℃，降溫負(fù)荷增加2537 MW。

降溫負(fù)荷與最高溫度關(guān)系：25～38 ℃之間，y=2 325.8x-60 262(MW)，即最高氣溫每升高1 ℃，降溫負(fù)荷增加2326 MW。

降溫負(fù)荷與最低溫度關(guān)系：16～28 ℃之間，y=2713x-50 790(MW)，即最低氣溫每升高1 ℃，降溫負(fù)荷增加2710 MW?？梢姡鄬ζ骄鶜鉁嘏c最高氣溫，最低氣溫對降溫負(fù)荷的影響程度更大。

可見，相對平均氣溫與最高氣溫，降溫負(fù)荷受平均氣溫的影響更敏感。

4 結(jié)語

江蘇降溫負(fù)荷總量增長較快，高于最高負(fù)荷增長速度，降溫負(fù)荷占最高負(fù)荷比例基本在30%以上。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人們對舒適度要求的提高，降溫負(fù)荷比例將進(jìn)一步上升。

江蘇降溫電量占全年電量比例基本在2.5%左右，受2016年的兩輪持續(xù)晴熱高溫天氣影響，降溫電量年均增長率為9.9%，高于全年電量增長率4.8%。

通過降溫負(fù)荷與溫度的敏感性分析發(fā)現(xiàn)，相較于最高溫度、最低溫度，平均溫度對負(fù)荷的影響程度最大。

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