摘要：利用武漢市2013—2018年逐15min精細(xì)化電力負(fù)荷數(shù)據(jù)及武漢市日降水、氣溫等氣象資料，統(tǒng)計(jì)分析電力負(fù)荷特征指標(biāo)，探尋電力負(fù)荷的構(gòu)成、變化規(guī)律及其與氣象因子的關(guān)系。研究結(jié)果表明：（1）近年來武漢市電力負(fù)荷和日負(fù)荷峰谷差屢破新高，夏季高溫持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度大小對(duì)空調(diào)負(fù)荷影響最為顯著。電力負(fù)荷隨季節(jié)變化呈現(xiàn)出明顯的“雙峰雙谷”特征。（2）夏季電力負(fù)荷遠(yuǎn)高于其它三季，冬季次之。四季日變化特征總體呈現(xiàn)“晝高夜低”的分布。（3）工作日和雙休日負(fù)荷明顯高于節(jié)假日，工作日負(fù)荷略高于雙休日，其中工作日的早高峰負(fù)荷最大，而雙休日和節(jié)假日的晚高峰負(fù)荷最大。（4）氣象因子對(duì)全社會(huì)用電量影響尤為重要。夏季氣象敏感負(fù)荷與日平均氣溫的關(guān)系最密切，當(dāng)平均氣溫高于初始敏感值和強(qiáng)敏感值時(shí)，電力負(fù)荷隨氣溫上升增幅更加明顯。（5）無論是否出現(xiàn)降水，夏季氣象敏感負(fù)荷與日平均氣溫的關(guān)系都很密切。無降水天氣，負(fù)荷與日平均氣溫相關(guān)性最高；有降水發(fā)生時(shí)，氣象敏感負(fù)荷與日平均氣溫的相關(guān)性呈下降趨勢(shì)，總體反映出降水影響氣溫、氣溫影響電力負(fù)荷的物理過程和機(jī)制。

關(guān)鍵詞：電力負(fù)荷；氣溫；空調(diào)負(fù)荷；日負(fù)荷曲線；1℃效應(yīng)

中圖法分類號(hào)： P49""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A"""" DOI：10.12406/byzh.2023-022

Characteristics of power load in Wuhan andits relationship with meteorological factors

LIU Jing1， WANG Lijuan1， CHENG Dan1， DAI Juan1， REN Yongjian1， Gu Ming2

（1. Hubei Meteorological Service Center， Wuhan 430205;2. State Grid Hubei Electric Power Co.Ltd， Wuhan 430000）

Abstract： In this paper， the 15 min refined power load data、daily temperature and precipitation data of Wuhan from 2013 to 2018 are used to calculate out and analyse the characteristic indexes of power load， with the internal composition and changing law being explored. The re- sults show that：（1） the power load and the daily load peak-valley difference in Wuhan have been broken for new records in recent years， the duration and intensity of high temperature have the most significant impact on air conditioning load in summer. The power load shows obvi- ous \"double peak and double valley\" characteristics with the season.（2） The power load is much higher in summer than in other seasons， fol- lowed by winter. The distributions of diurnal variation characteristics are \"high in the day and low in the night\" in four seasons.（3） The pow- er load of working days and weekends is significantly higher than that in holidays， and the power load is slightly higher on weekdays than on weekends the morning peak load is the largest on workdays， while the evening peak load is the largest on weekends and holidays.（4） Meteoro- logical factors have an important impact on the electricity consumption of the whole society， and the relationship between meteorological sen- sitive load and daily average temperature is most significant in summer. When the average temperature is higher than the initial and sensitive value， the power load increases more obviously with the temperature rise.（5） No matter there is precipitation or not， the relationship between meteorological sensitive load and daily average temperature in summer is very close. Without precipitation， the power load has the best corre- lation with daily average temperature; the correlation between meteorological sensitive load and daily average temperature shows a downward trend in a rainy day， which reflects that the physical processes and mechanisms of precipitation can affect temperature and hence power load.

Key words： power load; temperature; air conditioning load; the curve of daily load;1℃ effect

引言

近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、人民生活水平的日益提高、電力消費(fèi)需求不斷擴(kuò)大，風(fēng)、光發(fā)電等新能源行業(yè)快速發(fā)展，而新能源發(fā)電則完全依賴于天氣變化，這些都給電力和氣象行業(yè)提出了新的技術(shù)挑戰(zhàn)（葉儉等，2017）。

電力負(fù)荷是指在某一時(shí)刻所有用電設(shè)備消耗的總功率，是電力系統(tǒng)中指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行、調(diào)度的一個(gè)重要指標(biāo)（程維杰，2019）。在電力負(fù)荷與氣象條件相關(guān)性的研究中，目前已有諸多學(xué)者從多種氣象要素的時(shí)空分布（蘭宇等，2010；常文婧和白澗，2013；劉紅亞和曹亮，2013；李琛等，2018；史靜等，2018）、預(yù)測(cè)方法（傅新姝和談建國，2015；金鑫等，2016；成丹等，2018；李漢巨，2018；李學(xué)敏和羅紅梅，2018；李重春等，2019；祝學(xué)昌，2020）等多方面開展了分析研究。例如李琛等（2018）分析了北京市電力負(fù)荷的時(shí)空變化及與各種氣象因子的關(guān)系，并利用悶熱指數(shù)和風(fēng)效指數(shù)進(jìn)行分析，得到北京市夏季日最大負(fù)荷與氣象因子相關(guān)性最好的是平均氣溫。史靜等（2018）采用基礎(chǔ)負(fù)荷比較法，對(duì)江蘇電網(wǎng)夏季空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行比較分析表明，空調(diào)負(fù)荷對(duì)平均氣溫的敏感性最為明顯。成丹等（2018）通過研究電力負(fù)荷與炎熱天氣過程的影響特征，建立了基于積溫?zé)崂鄯e效應(yīng)的華中四省電力負(fù)荷預(yù)測(cè)模型。

1℃效應(yīng)系指溫度變化1℃時(shí)負(fù)荷的變化，提出這個(gè)概念是為了量化負(fù)荷受溫度影響的程度。張斌等（2012）引入溫度的1℃效應(yīng)，分析了湖南地區(qū)夏季高溫累積效應(yīng)對(duì)日最大電力負(fù)荷的影響。張彥恒等（2016）在研究冀北電網(wǎng)電力負(fù)荷特征時(shí)，同樣引入溫度的1℃效應(yīng)量，量化日最大電力負(fù)荷與最高氣溫增加量的關(guān)系。汪付華等（2020）開展了淮北市電力負(fù)荷與氣象因素的關(guān)系研究，討論了溫度對(duì)電力負(fù)荷的1℃效應(yīng)的敏感性。

武漢市是我國中部特大城市，近年來夏季連續(xù)高溫天氣，電力負(fù)荷頻頻突破歷史極值，對(duì)電網(wǎng)安全影響嚴(yán)重。本文利用武漢市2013—2018年逐15 min 精細(xì)化電力負(fù)荷數(shù)據(jù)及同期武漢市逐日降水、氣溫等氣象數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析了電力負(fù)荷各項(xiàng)特征指標(biāo)，及其與氣象因子的關(guān)系，為后期研發(fā)專業(yè)服務(wù)產(chǎn)品，為電力部門開展發(fā)用電分析、動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)電計(jì)劃，電量平衡提供參考依據(jù)。

1資料與相關(guān)定義

1.1資料說明

資料來源有兩部分，其一是武漢市2013—2018年逐15 min 精細(xì)化電力負(fù)荷數(shù)據(jù)資料，由國網(wǎng)湖北省電力有限公司提供。由于2019年之后電力公司采用一套新的統(tǒng)計(jì)口徑存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)2020年開始由于疫情原因，電力負(fù)荷數(shù)據(jù)不能完全反應(yīng)社會(huì)真實(shí)情況，故采用了武漢市2013—2018年共6年逐15 min電力負(fù)荷數(shù)據(jù)。其二是同期武漢站（站號(hào)：57494）的氣溫、降水、日照、相對(duì)濕度等逐日觀測(cè)氣象資料，由湖北省氣象信息與技術(shù)保障中心提供。氣象意義的春季為3—5月，夏季為6—8月，秋季為9—11月，冬季為12—2月。

1.2相關(guān)定義和說明

為了清楚理解電力行業(yè)關(guān)于負(fù)荷方面相關(guān)名詞定義，表1列出了電力負(fù)荷等12個(gè)與電力相關(guān)概念的物理量名稱、符號(hào)、物理定義及說明、單位及年度參數(shù)。

為便于統(tǒng)計(jì)分析，全年日數(shù)分為工作日和非工作日，工作日為正常上班的周一至周五以及國家規(guī)定上班的周六和周日，非工作日包括節(jié)假日和雙休日，節(jié)假日為法定節(jié)假日，雙休日為周六、周日放假休息的時(shí)間。若雙休日遇節(jié)假日，數(shù)據(jù)計(jì)入節(jié)假日。

2武漢市電力負(fù)荷特征分析

2.1歷年電力需求統(tǒng)計(jì)

電力需求主要包含全社會(huì)用電量 Q、年最大日負(fù)荷Lmax-a 等。表2首先給出2013—2018年武漢市 GDP、全社會(huì)用電量及年最大日負(fù)荷概況。從表中可見，近幾年武漢市 GDP增長(zhǎng)率基本上維持在8%左右，呈現(xiàn)穩(wěn)定的增長(zhǎng)趨勢(shì)，與之相應(yīng)，武漢市全社會(huì)用電量也表現(xiàn)為逐年增長(zhǎng)的勢(shì)頭，但其同比增長(zhǎng)率變化較大，2014年最低為1.8%，比GDP增長(zhǎng)率低7.9%，2018年最高達(dá)到11.7%，比 GDP增長(zhǎng)率高3.7%，這說明全社會(huì)用電量與 GDP有一定關(guān)聯(lián)，但增長(zhǎng)率并不完全相同，它既可低于GDP增長(zhǎng)率也可高于GDP增長(zhǎng)率；而年最大日負(fù)荷在2013—2015年基本維持平穩(wěn)，其后年年突破新高，2017年、2018年更是超過千萬千瓦以上。 GDP、全社會(huì)用電量及年最大日負(fù)荷三者增長(zhǎng)率的不同，表示電力需求除了與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)外，可能更多受到氣象因子變化所影響。

2.2月電力負(fù)荷特征分析

圖1為2013—2018年武漢市逐月最大日負(fù)荷Lmax-m 分布曲線。從圖中可見，隨季節(jié)變化電力負(fù)荷呈現(xiàn)出明顯的“雙峰雙谷”特征，夏季、冬季為用電高峰，春季、秋季為用電低谷。進(jìn)一步分析可知，夏季月最大日負(fù)荷Lmax-m 出現(xiàn)在盛夏（7、8月），冬季月最大日負(fù)荷Lmax-m 出現(xiàn)在冬季（12、1月），其中夏季負(fù)荷大于冬季負(fù)荷，盡管夏季空調(diào)制冷設(shè)備和冬季取暖用電設(shè)備都屬于電器，消耗電力負(fù)荷，但夏季制冷主要采用空調(diào)而冬季取暖除采用空調(diào)等用電設(shè)備外還大量用到燃煤和燃?xì)獾绕渌绞?，因此夏季用電?fù)荷必然高于冬季。春季與秋季氣候舒適，一般不會(huì)開啟制冷和取暖設(shè)備，所以4月和10月的日最大負(fù)荷最小，而4月則為全年用電的最低谷。

2.3空調(diào)負(fù)荷占比

空調(diào)負(fù)荷Lac 是指電網(wǎng)中空調(diào)設(shè)備運(yùn)行所消耗的負(fù)荷量，一般包括兩類：常規(guī)開啟的空調(diào)負(fù)荷和受氣溫影響變化需要采暖降溫的空調(diào)負(fù)荷（王瑞妙等，2021）。計(jì)算空調(diào)負(fù)荷首先需求取當(dāng)年電網(wǎng)的基礎(chǔ)負(fù)荷 L0，其方法是選取當(dāng)年3月、4月日平均氣溫在15～20℃的日最大負(fù)荷Lmax-d 并剔除大范圍停電、檢修、周末及節(jié)假日等異常數(shù)據(jù)，平均計(jì)算正常用電的剩余有效日期的日最大負(fù)荷值，可視為當(dāng)年基礎(chǔ)負(fù)荷L0，再選取當(dāng)年日最高氣溫≥35℃工作日Lmax-d，從中剔除基礎(chǔ)負(fù)荷L0，則可提取出當(dāng)日的空調(diào)負(fù)荷。

表3為2013—2018年武漢市逐年空調(diào)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表，從表中可以看出，2013—2018年，工作日Lmax-d 平均值（日最高氣溫≥35℃）以及基礎(chǔ)負(fù)荷表現(xiàn)為逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，而空調(diào)負(fù)荷總體也呈增大的趨勢(shì)，但年度之間存在一定的波動(dòng)。計(jì)算空調(diào)負(fù)荷與工作日Lmax-d 平均值（日最高氣溫≥35℃）比值，可得到空調(diào)負(fù)荷占比，從表中可以看到，6年空調(diào)負(fù)荷占比均介于36%～45%之間，其平均值為40.60%。

2.4日電力負(fù)荷特征分析

2.4.1各季節(jié)日負(fù)荷曲線變化特征

由圖1可清楚的看出月最大日負(fù)荷Lmax-m 具有明顯的季節(jié)變化特征，按春夏秋冬四季分別分析日負(fù)荷特征能更清晰地顯示出各季節(jié)的差異特征。圖2為2013—2018年武漢市春夏秋冬四季的日平均負(fù)荷曲線，可以看出夏季電力負(fù)荷遠(yuǎn)高于其它三季，冬季次之，秋季接近或低于冬季且高于春季；從四個(gè)季節(jié)日變化的特征來看，總體呈現(xiàn)“晝高夜低”的分布，低谷時(shí)段主要出現(xiàn)在凌晨02∶30—06∶30（北京時(shí)，下同）期間，秋、冬、春季最低負(fù)荷均出現(xiàn)在04∶00左右，夏季則出現(xiàn)在05∶30左右，這一個(gè)半小時(shí)的時(shí)間差可能反映了夏季部分用電設(shè)備的使用規(guī)律。

進(jìn)一步分析日出后至上半夜（07∶30—21∶30）負(fù)荷的變化特征，秋、冬、春季的形態(tài)分布較為一致，12∶00—16∶00均出現(xiàn)負(fù)荷降低的過程，這是因?yàn)檫@三個(gè)季節(jié)午后氣溫升高，取暖用電部分關(guān)閉所造成的；而夏季18∶00—19∶00也出現(xiàn)了一個(gè)短暫的低谷時(shí)段，與另外三個(gè)季節(jié)12∶00—16∶00的低谷時(shí)段顯著不同，這體現(xiàn)出明顯的季節(jié)差異，因?yàn)橄募驹摃r(shí)段正處于下班期間，大量的辦公制冷及照明用電同期關(guān)閉從而導(dǎo)致負(fù)荷迅速降低。

還有一點(diǎn)值得關(guān)注，無論哪個(gè)季節(jié)第1個(gè)用電早高峰均出現(xiàn)在11∶15左右，在經(jīng)過下午至傍晚的負(fù)荷降低或短暫低谷后，電力負(fù)荷再次出現(xiàn)晚高峰，峰值又回復(fù)到早高峰附近，但是冬季負(fù)荷晚高峰比早高峰要大2%左右，并成為一天中負(fù)荷最大時(shí)段。從圖2還可看出，冬季與秋季00∶00—07∶00夜間負(fù)荷基本接近，主要是夜間工業(yè)用電基本關(guān)閉，家用冬季取暖或秋季制冷設(shè)備用電量相當(dāng)，所以負(fù)荷趨于相同。

2.4.2工作日、雙休日和節(jié)假日的日負(fù)荷曲線特征

由于電力負(fù)荷受工作日及非工作日影響顯著，以下分別對(duì)工作日、雙休日、節(jié)假日負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

圖3為2013—2018年武漢市工作日、雙休日和節(jié)假日的日平均負(fù)荷曲線圖。從圖中可見，工作日負(fù)荷比雙休日負(fù)荷要高，其中00∶00—06∶00兩者基本一致，此期間工業(yè)用電基本停止，居民統(tǒng)一休息、家庭用電相同；06∶00點(diǎn)以后，工作日人們?cè)缙痖_始工作準(zhǔn)備，家庭用電早于雙休日，后續(xù)辦公用電、工業(yè)用電全面開啟，而雙休日則有部分工業(yè)用電停止，盡管辦公用電減少但家庭用電相應(yīng)增加，因此盡管工作日負(fù)荷總體高于雙休日，但差異并不如想象中那么大。節(jié)假日不同相較于工作日和雙休日，電力負(fù)荷明顯偏低，其主要原因是節(jié)假日工業(yè)用電停止相應(yīng)增多，而人們外出旅行使辦公用電和家庭用電同時(shí)減少。

從圖3可以看出，3條曲線均在11∶15出現(xiàn)了負(fù)荷早高峰，20∶15—20∶45出現(xiàn)了負(fù)荷晚高峰，只是工作日的早高峰略大于晚高峰，而雙休日和節(jié)假日的晚高峰大于早高峰，主要原因是工作日所有用電設(shè)備全部開啟工作，包括工業(yè)用電及辦公用電，但是雙休日和節(jié)假日一般工業(yè)用電、辦公用電停止，白天由于人們休假外出，家庭用電會(huì)相應(yīng)減少，而晚上人們一般都居住在家，家庭用電明顯增加，從而導(dǎo)致負(fù)荷達(dá)到一天最大值。

2.4.3日負(fù)荷峰谷差

日負(fù)荷峰谷差Ldiff-d 反映了電網(wǎng)所需要的調(diào)峰能力。電網(wǎng)公司通常用平均日負(fù)荷峰谷差和最大日負(fù)荷峰谷差來反應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)峰能力。平均日負(fù)荷峰谷差Lave-diff 是一年中逐日日負(fù)荷峰谷差Ldiff-d 的平均值，它反映了該年份電網(wǎng)所需要的平均調(diào)峰能力，而最大日負(fù)荷峰谷差Lmax-diff 是一年中某日最大日負(fù)荷Lmax-d 與最小日負(fù)荷Lmin-d 之差，更進(jìn)一步反映了該年份電網(wǎng)所需要的最大調(diào)峰能力，其計(jì)算公式如下：

（1）式中 n 的取值范圍是一年的天數(shù)。圖4給出2013—2018年武漢市平均日負(fù)荷峰谷差和最大日負(fù)荷峰谷差變化圖，可以看到，近幾年來武漢市電力平均日負(fù)荷峰谷差呈現(xiàn)逐步上升的態(tài)勢(shì)，年平均（2014—2018年）增長(zhǎng)率約為8.1%；最大日負(fù)荷峰谷差的年變化趨勢(shì)也是逐年增大，年平均（2014—2018年）增長(zhǎng)率約為7.6%，2014年最大日負(fù)荷峰谷差較2013年有所下降。

對(duì)比表2可以看到，近幾年隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)（GDP）的發(fā)展，全社會(huì)用電量逐年增加，但其同比增長(zhǎng)率不完全相同，而2014、2015年年最大日負(fù)荷增長(zhǎng)率出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，與圖4中2014年最大日負(fù)荷峰谷差的降低趨勢(shì)相對(duì)應(yīng)，說明全社會(huì)用電量大小主要是由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)（GDP）的發(fā)展所造成的，雖然全社會(huì)用電量逐年增大，同時(shí)可能由于極端天氣發(fā)生等原因，制冷取暖設(shè)備年度啟動(dòng)使用不同，導(dǎo)致年最大日負(fù)荷出現(xiàn)降低可能，但最大日負(fù)荷呈現(xiàn)逐年增大趨勢(shì)，它是造成峰谷差增長(zhǎng)的主要因素。

3電力負(fù)荷與氣象因子的關(guān)系

分析電力負(fù)荷與氣象因子關(guān)系，需要先提取出工作日因天氣變化引起的氣象敏感負(fù)荷 L氣，其計(jì)算公式如下

式中Lmax為日最大負(fù)荷，L0為基礎(chǔ)負(fù)荷。 X 為隨機(jī)負(fù)荷，由于其計(jì)算比較復(fù)雜，且對(duì)日最大負(fù)荷影響較小，故忽略不計(jì)。日最大負(fù)荷是電力調(diào)度中最重要的指標(biāo)，因此從日最大負(fù)荷中分離基礎(chǔ)負(fù)荷后所得到的氣象敏感負(fù)荷是分析電力負(fù)荷與氣象因子關(guān)系的重要因子。計(jì)算氣象敏感負(fù)荷時(shí)也同樣剔除大范圍停電、檢修、周末及節(jié)假日等異常數(shù)據(jù)。

3.1氣象敏感負(fù)荷與氣象因子相關(guān)性分析

表4給出2013—2018年6—8月（夏季）武漢市氣象敏感負(fù)荷與氣象因子的相關(guān)系數(shù)。主要選取氣溫、日照時(shí)數(shù)、平均相對(duì)濕度和降水等四個(gè)氣象因子，從表中最后一行的平均值來看，氣象敏感負(fù)荷與氣溫的相關(guān)性為正，而與平均相對(duì)濕度、降水的相關(guān)性為負(fù)。

與3個(gè)氣溫因子即平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫的相關(guān)系數(shù)分別為0.89、0.83、0.81，且均通過了為0.01的顯著性水平檢驗(yàn)，可見夏季負(fù)荷受氣溫變化的影響最大，其中氣象敏感負(fù)荷與平均氣溫相關(guān)性最強(qiáng)，這一結(jié)論與陳根永等（2009）、任永建等（2020）分析結(jié)果是一致的，由此看出，在夏季，一日中的平均氣溫比最高氣溫、最低氣溫對(duì)電力負(fù)荷的影響更為重要，它體現(xiàn)了氣溫的整體、持續(xù)效應(yīng)。此外，氣象敏感負(fù)荷與日照時(shí)數(shù)也有一定正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.54且通過0.01的顯著性水平檢驗(yàn)，這是由于氣溫變化受日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)短的影響，日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)、氣溫相對(duì)較高、電力負(fù)荷自然更大。

氣象敏感負(fù)荷與相對(duì)濕度的影響相關(guān)性為負(fù)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.53，也通過了0.01的顯著性水平檢驗(yàn)，這個(gè)結(jié)果表明平均相對(duì)濕度顯著影響夏季電力負(fù)荷大?。粴庀竺舾胸?fù)荷還與降水量存在一定負(fù)相關(guān)，這是因?yàn)橛捎谙募窘邓蠖鄷?huì)導(dǎo)致氣溫降低，負(fù)荷會(huì)相應(yīng)減少，但降水量對(duì)氣象敏感負(fù)荷的影響同降水的時(shí)間點(diǎn)、時(shí)段及類型都有關(guān)系。

3.2電力負(fù)荷與氣溫敏感性分析

從電力負(fù)荷特征分析可知，夏季負(fù)荷是全年最高負(fù)荷，因此本文有針對(duì)性探討夏季電力負(fù)荷與氣象因子關(guān)系。

3.2.1日最大負(fù)荷與日平均氣溫關(guān)系

李學(xué)敏和羅紅梅（2018）對(duì)長(zhǎng)沙市2012—2015年夏季電網(wǎng)日最大負(fù)荷與氣溫相關(guān)性分析指出：日最大負(fù)荷與平均氣溫相關(guān)性最大；從表4數(shù)據(jù)分析也可看出氣象敏感負(fù)荷與平均氣溫相關(guān)系數(shù)最大。圖5為2013—2018年武漢市夏季日最大負(fù)荷與日平均氣溫的散點(diǎn)圖，統(tǒng)計(jì)可知，日平均氣溫范圍在18～34℃之間，從圖中擬合線可知，隨著平均氣溫升高，負(fù)荷也相應(yīng)增加，尤其是當(dāng)日平均氣溫在24℃以上，負(fù)荷增幅較明顯。對(duì)于圖5中一些特殊的坐標(biāo)點(diǎn)，通過分析可以發(fā)現(xiàn)2種可能狀況：1）在相同氣溫下出現(xiàn)部分負(fù)荷較低的點(diǎn)，這些個(gè)別點(diǎn)就是出現(xiàn)在雙休日或節(jié)假日，表明相同氣溫下非工作日日最大負(fù)荷偏低；2）在夏季天氣異常情況下，比如因雷陣雨天氣，雖然日最高氣溫相對(duì)較低（30℃），但由于基礎(chǔ)負(fù)荷仍然較大，一般也會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷較高的點(diǎn)，葉儉等（2017）也得出同樣結(jié)論。

3.2.2夏季1℃效應(yīng)的變化特征

分析1℃效應(yīng)可以清楚地看到溫度（T）升高1℃，導(dǎo)致電力負(fù)荷對(duì)應(yīng)增大的一個(gè)量化值，提高溫度影響負(fù)荷的認(rèn)可度。電力負(fù)荷變化率是指當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，電力負(fù)荷的變化量除以基礎(chǔ)負(fù)荷所得到的百分率，一般來說該變化率即為1℃效應(yīng)。圖6為2013—2018年武漢市夏季日平均氣溫升高1℃對(duì)應(yīng)的電力負(fù)荷變化率，日平均氣溫取值范圍在18～34℃之間。從圖6中可以看到，電力負(fù)荷變化率隨著溫度區(qū)間的變化有一定規(guī)律。當(dāng)日平均氣溫在26～30℃之間時(shí)，氣溫升高1℃，日最大負(fù)荷有接近10%的增長(zhǎng)率；尤其當(dāng)日平均氣溫26℃≤T＜27℃時(shí)，氣溫升高1℃，日最大負(fù)荷和日最小負(fù)荷達(dá)到第一個(gè)增長(zhǎng)率峰值，日最大負(fù)荷增長(zhǎng)率為13%，日最小負(fù)荷增長(zhǎng)率為12%，因此可定義26℃為日平均氣溫引起電力負(fù)荷增長(zhǎng)的初始敏感值。當(dāng)日平均氣溫29℃≤T＜30℃時(shí)，日最大負(fù)荷和日最小負(fù)荷達(dá)到第二個(gè)增長(zhǎng)率峰值（10%，12%），因此定義29℃為日平均氣溫引起電力負(fù)荷增長(zhǎng)的強(qiáng)敏感值。

在初始敏感值和強(qiáng)敏感值之后，電力負(fù)荷變化率都有一個(gè)顯著減小的過程，但是當(dāng)日平均氣溫32℃≤ T＜33℃之后，電力負(fù)荷變化率依然維持較大，這可能是積溫?zé)崂鄯e效應(yīng)所致。一般來說，當(dāng)日平均氣溫達(dá)到32℃以后，工業(yè)、民用及社會(huì)用電都會(huì)全部開啟運(yùn)轉(zhuǎn)制冷設(shè)備，此后當(dāng)日平均氣溫進(jìn)一步升高時(shí)電力負(fù)荷增量應(yīng)該是有限的，其變化率基本低于8%，但由于積溫?zé)崂鄯e效應(yīng)作用（成丹等，2018），即夏季高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，即使高溫強(qiáng)度相同，電力負(fù)荷會(huì)隨著時(shí)間延續(xù)而出現(xiàn)較大增長(zhǎng)的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電力負(fù)荷持續(xù)增大。

成丹等（2018）、汪付華等（2020）在分析華中電網(wǎng)、安徽淮北市電力負(fù)荷特征時(shí)類似都定義28℃為氣溫敏感點(diǎn)，定義31℃為氣溫強(qiáng)敏感點(diǎn)，這比本文分析得到的26℃、29℃兩個(gè)敏感值都要高出2℃，一方面這可能與本文所使用的資料年限有一定的關(guān)系，另一方面可能與分析的區(qū)域范圍有關(guān)，武漢作為特大城市，隨著風(fēng)光電新能源的飛速發(fā)展，與氣象的聯(lián)系更加緊密，氣象條件如氣溫對(duì)電力負(fù)荷的影響也愈加明顯。

3.3氣象敏感負(fù)荷與降水關(guān)系

由以上分析可見，電力負(fù)荷與氣溫關(guān)系密切，特別是夏季，夏季出現(xiàn)降水天氣時(shí)往往會(huì)伴隨著降溫，因此降水對(duì)負(fù)荷的影響可以通過溫度得到反映。以2013—2018年夏季為例，利用平均氣溫分析不同降水天氣類型下氣溫對(duì)電力負(fù)荷的敏感性。分為無降水、有降水兩種天氣類型，其中無降水天氣包括晴天、陰天及多云；有降水天氣分為白天有降水、夜間有降水和全天有降水三種情況。圖7為2013—2018年武漢市夏季日氣象敏感負(fù)荷與日平均氣溫關(guān)系散點(diǎn)圖，圖中公式表示散點(diǎn)的擬合函數(shù)，R2表示趨勢(shì)線的擬合程度，其大小可以反映趨勢(shì)線的估計(jì)值與對(duì)應(yīng)的實(shí)際數(shù)據(jù)之間的擬合程度。從圖7a可以看出，無降水時(shí)氣象敏感負(fù)荷與日平均氣溫相關(guān)性達(dá)到0.84，而夜間有降水（圖7b）和白天有降水（圖7c）其相關(guān)性分別為0.83、0.76，如果全天都有降水（圖7d），氣象敏感負(fù)荷與日平均氣溫相關(guān)性減小至0.66。從這四種天氣情況下相關(guān)系數(shù)的變化可以看出，當(dāng)出現(xiàn)降水時(shí)氣象敏感負(fù)荷與日平均氣溫的相關(guān)性呈下降趨勢(shì)，總體反映出降水影響氣溫、氣溫影響電力負(fù)荷的物理過程和機(jī)制。

對(duì)無降水天氣而言，日平均氣溫在20℃以上，隨著氣溫升高，負(fù)荷增加較快，尤其是29℃以上，隨著氣溫升高，負(fù)荷增幅較大。對(duì)夜間有降水天氣而言，日平均氣溫在20℃以上，隨著氣溫升高，負(fù)荷也逐步增加，但在降水影響下，出現(xiàn)日平均氣溫超過29℃的情況比較少，沒有出現(xiàn)明顯的氣溫升高，由于降水引起溫度降低導(dǎo)致負(fù)荷下降的情況，主要原因是夜間工業(yè)用電負(fù)荷大幅減少，居民休息用電設(shè)備基本沒有變化，所以跟有無降水負(fù)荷變化不明顯。對(duì)白天有降水天氣而言，受降水影響，日平均氣溫超過28℃，一般如果不考慮長(zhǎng)時(shí)間的高溫持續(xù)情況、氣溫累積效應(yīng)等情況，一般來說氣溫越高，負(fù)荷就會(huì)增加，但圖中反應(yīng)有時(shí)出現(xiàn)氣溫升高，負(fù)荷反而下降的情況，說明降水可能是負(fù)荷下降的原因，白天降水的發(fā)生會(huì)使人感覺涼爽，有些制冷用電設(shè)備可能暫時(shí)停用。對(duì)全天有降水天氣而言，氣象敏感負(fù)荷與平均氣溫的相關(guān)性在這四種天氣類型下最低，出現(xiàn)了多日氣溫升高負(fù)荷不增反降的情況，主要原因類似白天有降水天氣分析，同時(shí)夜間也有降水，導(dǎo)致居民感覺全天可減少用電設(shè)備，導(dǎo)致負(fù)荷下降。

總的來說，夏季武漢受副熱帶高壓控制，天氣晴熱，無降水天氣日數(shù)多于夜間有降水天氣、白天有降水天氣及全天有降水天氣日數(shù)，無論是無降水天氣還是有降水天氣，氣象敏感負(fù)荷都與平均氣溫關(guān)系較為密切，相關(guān)系數(shù)分別為0.84、0.83、0.76、0.66，在白天有降水及全天均有降水發(fā)生的天氣情況下，出現(xiàn)了氣溫升高，負(fù)荷不升反降的情況，導(dǎo)致相關(guān)性下降，說明白天降水是引起負(fù)荷下降的最主要原因。

4結(jié)論

利用2013—2018年武漢市電力負(fù)荷數(shù)據(jù)和同期武漢市氣溫、降水等氣象資料，統(tǒng)計(jì)了分析各項(xiàng)電力負(fù)荷特征指標(biāo)，探尋電力負(fù)荷的內(nèi)在構(gòu)成、變化規(guī)律及其與氣象因子的關(guān)系，得出以下主要結(jié)論：

（1）近年來武漢市電力負(fù)荷和日負(fù)荷峰谷差屢破新高，盛夏期空調(diào)負(fù)荷平均占比40.6%，夏季高溫持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度大小對(duì)空調(diào)負(fù)荷影響最為顯著。電力負(fù)荷隨季節(jié)變化呈現(xiàn)出明顯的“雙峰雙谷”特征。夏季、冬季為用電高峰，春季、秋季為用電低谷。

（2）夏季電力負(fù)荷遠(yuǎn)高于其它三季，冬季次之，秋季接近或低于冬季且高于春季。四個(gè)季節(jié)日變化的特征總體呈現(xiàn)“晝高夜低”的分布，低谷時(shí)段主要出現(xiàn)在凌晨02∶30—06∶30期間，而第一個(gè)用電早高峰均出現(xiàn)在11∶15左右，在經(jīng)過下午至傍晚的負(fù)荷降低或短暫低谷后，電力負(fù)荷再次出現(xiàn)晚高峰，峰值基本回復(fù)到早高峰附近。

（3）工作日和雙休日負(fù)荷明顯高于節(jié)假日，工作日負(fù)荷略高于雙休日，其中工作日的早高峰負(fù)荷最大，而雙休日和節(jié)假日的晚高峰負(fù)荷最大。

（4）全社會(huì)用電量與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展關(guān)系密切，但氣象因子的影響也尤為重要。氣象因子中氣溫對(duì)夏季氣象敏感負(fù)荷影響關(guān)系最大，特別是與日平均氣溫的關(guān)系最為顯著，分析表明26℃、29℃可定義為平均氣溫引起武漢市電力負(fù)荷增加的初始敏感值和強(qiáng)敏感值，特大城市電力負(fù)荷對(duì)氣溫的敏感程度可能更高一些。當(dāng)平均氣溫高于初始敏感值和強(qiáng)敏感值時(shí)，電力負(fù)荷隨氣溫上升增幅更加明顯。

（5）無論出現(xiàn)降水天氣與否，夏季氣象敏感負(fù)荷與日平均氣溫的關(guān)系都很密切，在無降水天氣下，負(fù)荷與日平均氣溫的相關(guān)性最高，日平均氣溫在30℃以上，隨著氣溫升高，負(fù)荷增幅較大；但當(dāng)出現(xiàn)降水天氣時(shí)，氣象敏感負(fù)荷與日平均氣溫的相關(guān)性呈下降趨勢(shì)，特別是白天和全天有降水時(shí)，受降水影響，出現(xiàn)氣溫升高，負(fù)荷反而下降的情況，總體反映出降水影響氣溫、氣溫影響電力負(fù)荷的物理過程和機(jī)制。

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（責(zé)任編輯閔愛榮）