基于累积效应温度的煤改电台区负荷分析与预测

汪立　刘鹊晨

摘 要：以天津市2018—2019年冬季的煤改电台区逐日最大负荷数据和气象因素为基础，分析日最大电力负荷的变化规律。以天津市某村煤改电台区为例，分析出日最低温和最高温是台区日最大负荷的主要影响因子，提出基于累积效应温度的冬季煤改电台区日最大负荷分析方法，通过二元回归得到煤改电台区日最大负荷的预测公式，以期为配电运维单位和规划设计单位提供参考。

关键词：累积效应温度;煤改电;负荷分析;负荷预测

中图分类号：F224        文献标志码：A      文章编号：1673-291X（2021）33-0119-03

煤改电工程是京津冀地区开展大气污染防治工作、落实清洁能源替代的一项重要政治工程和民生工程。天津地区从2017—2019年，用三年时间完成了46万户居民的煤改电工程，实现天津地区冬季采暖无煤化。煤改电工程后天津电网冬季负荷屡创新高，主要原因是电采暖负荷攀升明显。农村配电网面临煤改电负荷集中爆发式增长，给规划、运维、抢修等工作带来更大挑战。分析和预测冬季煤改电台区负荷对保证煤改电地区配电网安全可靠运行、科学规划设计有着重要价值。

学者对电力负荷和气象因子的相关性做了大量研究。刘健等研究了气候变化对江苏省市区用电负荷的影响，得出高温是城市夏季用电增加的重要影响因素[1]。段旭等通过构造二元回归预测方程，研究河北省供暖季天然气负荷与气温关系[2]。何银国等研究长沙电网空调负荷与气温相关性，计算出温度每改变 1℃时空调负荷波动情况[3]。赵锡平等与别芳玫等研究了氣温对负荷及用电量的影响分析，提出了负荷变化滞后温度变化的“温度累积效应”，但未推导出“温度累积效应”如何在负荷预测中应用[4～5]。李乐等通过数据统计分析得出“煤改电”北京典型村每日最低气温与用户负荷呈现明显相关性，但是未能推导出负荷分析和预测公式[6]。本文利用天津地区某煤改电村2018—2019年冬季的煤改电台区逐日最大负荷数据，分析了台区日最大电力负荷与各气象要素的相关性，得出日最低温和最高温是负荷相关系数最高的两个因子。考虑到气温累积效应对用电负荷的影响，提出使用累积效应温度对气温进行修正，提高了预测的准确率，最后通过多项式进行拟合，得到冬季煤改电台区日最大负荷预测公式。本文算法预测精度比对比算法大为提高，是一种高精度的煤改电配电台区负荷预测方法。

一、煤改电台区日最大负荷和气象因素的相关性分析

在非供暖季，煤改电台区负荷和一般台区负荷相同。进入供暖季后，煤改电台区增加的负荷主要是供暖负荷。天津市供暖期为每年的11月至次年3月，本文分析数据来源于天津地区某煤改电村2018年11月至2019年3月的煤改电台区逐日最大负荷数据、台区用户数量、日最高温度、日最低温度、风速以及天气情况。户均最大负荷与气象因素的相关程度用卡尔皮尔逊相关系数r表示。

其中，Cov（X，Y）为X与Y的协方差，Var[X]为X的方差，Var[Y]为Y的方差。r≤1，当r大于零时表示为正相关;当r小于零时表示为负相关;r的绝对值越接近于1，代表两个变量的相关程度越高。煤改电A台区额定容量400kVA，给48户煤改电农村居民供电，根据2018—2019年冬季用电信息采集系统逐日最大负荷数据以及中央气象台天津地区日最高温度、日最低温度、风速和天气情况，通过相关系数公式计算各气象因素与日最大负荷的相关程度，结果如下页表1所示。

通过对冬季煤改电台区负荷和气象因素的相关性分析，相关系数绝对值大于0.5可认为相关性强。得出规律如下：一是台区日最大负荷与当日最高温和最低温相关性强且呈负相关，温度越低台区负荷越大，原因为低温情况下用户会增加对取暖设备的使用，增加使用功率和使用时间。二是台区日最大负荷与风力相关性弱，可能因素为风力主要影响户外的体感温度，对室内体感温度影响不大。三是台区日最大负荷与是否为休息日相关性弱，节日放假对煤改电居民用户用电负荷影响不大，可能因素为煤改电台区的日最大负荷全部发生在每日17：00—20：00时间段，不论是工作日或休息日，居民均在家中正常用电。四是台区日最大负荷与天气因素（晴、多云、雪、雨、阴、雾霾）相关性弱，说明在负荷分析和预测时应该重点考虑的气象因素是最高温和最低温。

二、累积效应温度与冬季煤改电台区负荷相关性分析

由于人体对气温的感觉存在惯性，持续高温或低温比某一天偶发性的高温或低温更容易引发夏季或冬季的负荷峰值，这种负荷变化滞后温度变化的现象被称为“温度累积效应”。本文针对“温度累积效应”提出累积效应温度Tadd，用来表示人类对历史天气的惯性感觉。

其中，Tn表示第n天的温度值，Wn表示第n天的温度权重系数，t表示累积效应温度的历史累积天数。本文考虑累积效应温度衰减因素，即距离温度时间越远的温度权重系数越小，选取3日内的温度作为参考，设t=2，Wn=1，Wn-1=0.7，Wn-2=0.5。

通过计算累积效应最高温度与煤改电A台区负荷相关性分析和累积效应最低温度与台区负荷相关性分析，得到表2。可以看出，累积效应温度与台区负荷相关性系数的绝对值更大，相关性更强。

三、煤改电台区日最大负荷分析与预测

对天津市某村煤改电台区日最大负荷与温度进行回归分析，并得出六种算法下的日最大负荷预测公式及效果，具体见下页表3。六种算法结果对比可以看出，基于累积效应最高温和最低温的负荷预测算法具有最高的确定系数和最小的和方差、标准差。用该算法分析和预测该村其他煤改电台区负荷，也得出相同结论。在400kVA煤改电台区平均用户数量在50户的情况下，通过负荷预测公式可得在最高气温-10℃，最低气温-20℃的极端低温情况下，台区负荷也不超高200kVA，台区负载率小于50%。

结语

本文研究分析了冬季日最低温和最高温是煤改电台区日最大负荷的主要影响因子，提出基于累积效应温度的冬季煤改电台区日最大负荷分析方法，通过二元回归算法得到台区日最大负荷的预测公式，本文算法预测精度与传统的考虑最低温或最高温的算法预测精度相比有很大的提高。目前大部分煤改电台区最大负载率在30%以下，通过负荷预测公式可知在-20℃的极端低温情况下，部分台区最大负载率也不会超过50%。因此，本文建议开展煤改电低压线路联络改造，使长期轻载运行的变压器通过低压联络将负荷集中供电，提升变压器经济运行水平，降低变压器损耗。

参考文献：

[1]  刘健，陈星，彭恩志，周学东.气候变化对江苏省城市系统用电量变化趋势的影响[J].长江流域资源与环境，2005，（5）：546-550.

[2]  段旭，王志强，马军，韩路.河北省供暖季天然气负荷与气温关系分析研究[J].石油与天然气化工，2019，（5）：42-48.

[3]  何银国，廖菁，周红，等.长沙电网空调负荷与气温相关性分析研究[J].湖南电力，2018，（6）：32-35.

[4]  赵锡平，宋岱，张国庆，等.山东省气温与最大负荷和用电量的关联性分析[J].电网技术，2004，（17）.

[5]  别芳玫，陈梦，童雅芳，等.冬季气温对负荷及用电量的影响分析研究[J].湖北电力，2019，（2）.

[6]  李乐，辛江.北京农村“煤改电”用户负荷分析及供电策略[J].中国电力企业管理，2017，（4）.

Abstract：Based on the daily maximum load data and meteorological factors in the coal to radio station area of Tianjin in the winter of 2018—2019，the variation law of daily maximum power load is analyzed. Taking a village in Tianjin as an example，it is analyzed that the daily minimum temperature and maximum temperature are the main influencing factors of the daily maximum load of the station area. An analysis method of the daily maximum load of the coal to radio area in winter based on the cumulative effect temperature is proposed，and the prediction formula of the daily maximum load of the coal to radio area is obtained through binary regression，The prediction formula can provide reference for distribution operation and maintenance units and planning and design units.

Key words：cumulative effect temperature;coal to electricity;load analysis;load forecasting

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