基于S曲线的用户负荷增长特征研究

李帆 黄河 樊丽君 胡彩红

1.国网江苏省电力有限公司常州供电分公司； 2.北京成和能源咨询有限公司

一、引言

近年来，我国经济正处于转型升级的特殊阶段，经济增长规律发生了很大的变化,从而也引起电力电量增长规律发生了较大变化。尤其是近期国内外新冠疫情常态化、中美贸易摩擦持续深化，更是影响深远。电力电量和负荷特性预测工作关系到电力系统调度运行、生产经营计划制定和电网规划编制，准确的电力电量和负荷特性预测结果能够规避电网规划和运行风险，提高用户供电可靠性，降低电网无效投资，有助于提高系统的安全性、稳定性和电网投资效益。

文1采用用户画像技术，基于用户负荷水平、用户日常用电行为、用户多元互动能力等因素，构建多个维度用户特征的园区用户三级标签体系，并以此构建了园区用户成熟度评价模型，分别从负荷水平、用电行为、互动能力三个维度对用户的用电特性进行评价，以便快速直观掌握电力用户的负荷行为模式以及电量需求规律。文2以电网供需互动为目标,基于非入户终端的细粒度用电行为量测数据及营销系统的网络行为统计数据,开展居民用户画像方法研究，从用户行为、用电特性、消费习惯三大维度建立用户多源特征标签体系,并提出各个特征标签的萃取方法，进行电力客户总体调控簇别分析,并对居民用户进行综合画像及可视化呈现。上述研究未充分考虑地区经济社会发展特点，不能有效预测用户各阶段的用电特征变化趋势。

本文结合江苏常州地区经济社会发展特点和用户行业属性，构建基于S曲线的用户负荷增长特征模型，通过历史数据回归分析，得到用户负荷特征参数演变规律，进而预测未来典型用户的用电特征行为，案例研究表明所提方法的合理性。

二、预测模型

为量化分析用户的负荷特性，构建S型曲线反映不同用户各成长阶段的负荷增速，模型公式如下：

首先，通过对用户历年负荷曲线进行S型曲线模型拟合，计算所得的模型参数可以从负荷起步的速度、进入饱和的速度、饱和的水平三个方面来表征用户负荷增长特征。参数a用来表征用户停留在缓慢增长阶段的时间长短，a越大，停留在缓慢增长阶段的时间越长。k表示达到饱和时的水平。参数b表征用户停留在快速增长期的时间，反应了进入饱和状态的速度。

其次，结合用户所在行业发展趋势，以及S型曲线中的k、a、b等参数的变化规律，预测未来典型用户的用电负荷曲线成长规律。

三、案例分析

国网江苏公司以国家统计局新颁行的《国民经济行业用电分类》为依据，构建2017国民经济行业用电分类标准编码，对江苏省国民经济行业用电分类进行了梳理，将其分为一级行业（大行业）、二级行业（分行业）和三级行业（行业）三类，其中大行业 12 个，分行业 72个，行业 640 个。其中，制造业种类最多，包含31个分行业和293个行业，占比46%。

2019年常州全市经济运行总体平稳，发展质效持续提升，高质量发展取得积极成效，全市实现地区生产总值（GDP）7400.9亿元，按可比价计算增长6.8%，增速高出江苏省平均水平0.7个百分点。全市全社会用电量为505.85亿千瓦时，同比增长3.29%，其中一、二、三产用电量分别为2.66、387.71、64.65亿千瓦时。未来5年江苏经济增加值增速将略低于全国平均水平，电力需求增速放缓，用电负荷也将呈现与工业化中期显著不同的特性。

选择常州地区典型寄宿制中学，应用上述模型研究其负荷特性。数值分析表明，寄宿制中学负荷缓慢增长阶段的时间长度约为1-2年，快速增长阶段的时间长度约为1-2年，通常3-4年左右达到饱和阶段。饱和阶段的负荷特征是，春秋季日最小负荷率约为25%，平均负荷率约为0.62；夏季和冬季日最小负荷率约为45%，平均负荷率约为0.71。

四、结论

我国经济正处于转型升级的特殊阶段，经济增长规律发生了很大的变化,从而也引起电力负荷特性发生较大变化。用户供电服务质量和可靠性水平要求不断提高、电网公司降本增效的内在压力也客观要求深刻把握用户负荷特性规律。本文结合江苏常州地区经济社会发展特点和用户行业属性，构建基于S曲线的用户负荷增长特征模型，通过历史数据回归分析，得到用户负荷特征参数演变规律，进而预测未来典型用户的用电特征行为。常州地区典型寄宿制中学用电负荷通常3-4年左右达到饱和阶段，春秋季日最小负荷率约为25%，平均负荷率约为0.62；夏季和冬季日最小负荷率约为45%，平均负荷率约为0.71。案例研究表明所提方法的合理性。