畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）—電力用戶負(fù)荷特性表征體系仿真研究

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 55 頁 共 55 頁1 緒論1.1 本課題研究的目的及意義隨著電力工業(yè)的發(fā)展和電力體制改革的深化，以及電力需求側(cè)管理(dsm)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電力行業(yè)的管理和電力企業(yè)的運(yùn)營(yíng)逐步暴露出一些新的問題。比如電價(jià)的分類不盡合理，電力用戶分類不盡合理，阻礙了市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下電力資源的優(yōu)化配置1。現(xiàn)行的電價(jià)分類基本上按照用戶用電行業(yè)和用途劃分為居民生活、非居民生活、商業(yè)、非工業(yè)、普通工業(yè)、大工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、貧困縣農(nóng)業(yè)灌溉28大類。供電部門傳統(tǒng)的負(fù)荷分類方法，往往是依據(jù)用戶的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行劃分，帶有一定的主觀性。由于設(shè)備構(gòu)成、生活習(xí)慣等因素的影響，具有相同經(jīng)濟(jì)活動(dòng)特點(diǎn)的用

2、戶，其負(fù)荷特性也并不完全一致。這種分類方法沒有考慮用戶的用電負(fù)荷特性，定價(jià)過程中的政策因素多于效率因素，使電價(jià)水平既不能反映電力企業(yè)的生產(chǎn)成本，也不能適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需要，嚴(yán)重阻礙了市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下電力資源的優(yōu)化配置3。售電商需要根據(jù)電力消費(fèi)者的電力需求特點(diǎn)、用電行為和用電習(xí)慣等不同特征進(jìn)行市場(chǎng)細(xì)分，制定相應(yīng)的營(yíng)銷策略。由于用戶的負(fù)荷曲線反映了用戶用電行為的特征和偏好，而不同的用電行為對(duì)電力系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行成本影響不同，因此，利用負(fù)荷特性曲線的特征對(duì)用戶進(jìn)行分類有利于合理電價(jià)機(jī)制的形成，有助于電力銷售公司制定營(yíng)銷策略4。電力用戶負(fù)荷分類已經(jīng)成為一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)性工作，負(fù)荷定價(jià)、負(fù)荷預(yù)測(cè)、系統(tǒng)規(guī)劃、

3、負(fù)荷建模等工作都需要對(duì)負(fù)荷類型有一個(gè)科學(xué)準(zhǔn)確的分類5。 另外，由于電力負(fù)荷數(shù)據(jù)量不斷增大，新負(fù)荷指標(biāo)不斷增多，分析變得越來越復(fù)雜，這就給負(fù)荷特性研究帶來了很大的困難。所以，電力負(fù)荷特性分析迫切需要一種能快速處理海量數(shù)據(jù)的技術(shù)支持。這就需要把數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)引入到電力用戶負(fù)荷特性的分析中來7。深入研究電力負(fù)荷分類的方法及應(yīng)用，有利于及時(shí)掌握用電負(fù)荷的變化規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)，有利于用電負(fù)荷的科學(xué)管理，有利于計(jì)劃用電工作的開展。因此具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義8-11。基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的負(fù)荷特性分析方法應(yīng)運(yùn)而生。1.2 電力負(fù)荷的特點(diǎn)電力負(fù)荷一般可以分為居民用電負(fù)荷，商業(yè)用電負(fù)荷、農(nóng)、林、牧、漁用電負(fù)荷，工

4、業(yè)用電負(fù)荷以及其它用電負(fù)荷等。不同類型的負(fù)荷具有不同的特點(diǎn)和規(guī)律。但受電力特點(diǎn)（即電能無法大量?jī)?chǔ)存，電力的生產(chǎn)和消費(fèi)必須在同一瞬間進(jìn)行）的影響，電力負(fù)荷呈現(xiàn)出如下的共同特點(diǎn)：a) 電力系統(tǒng)的負(fù)荷是經(jīng)常變化的，不但按小時(shí)變、按日變，而且按周變，按年變。但對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)荷曲線從每周來分析，負(fù)荷的變化是具有周期規(guī)律的，如圖1.1所示。圖1.1 以天為周期的負(fù)荷曲線從圖中可以看出；負(fù)荷每隔幾小時(shí)不斷起伏，具有較大的周期性，即負(fù)荷的變化周期為幾小時(shí)（一天）。但電力負(fù)荷并非簡(jiǎn)單的重復(fù)前一個(gè)周期，而是存在一個(gè)隨機(jī)分量使每個(gè)周期的數(shù)值發(fā)生改變。正如上面所提到的，電力負(fù)荷不但具有天周期，還具有周周期（如圖1.2

5、）、月周期和年周期。一般說來，負(fù)荷的周周期是比較明顯的，在公休日的負(fù)荷水平較低，工作日的負(fù)荷水平較高，這與人民的生產(chǎn)、生活和學(xué)習(xí)大都是以周為單位安排計(jì)劃有關(guān)，而且在工作日用于生產(chǎn)的負(fù)荷較多，而在休息日所用的生產(chǎn)負(fù)荷較少。同樣的，電力負(fù)荷的月周期和年周期也都與人們的工作、生活規(guī)律相關(guān)。圖1.2 以周為周期的負(fù)荷變化圖b) 電力負(fù)荷同時(shí)又是連續(xù)的，這是指在負(fù)荷曲線上任意相鄰兩點(diǎn)之間的變化是連續(xù)的，不存在奇點(diǎn)，從電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求可以找出負(fù)荷的連續(xù)性的原因。為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，必須避免對(duì)系統(tǒng)造成大的沖擊，無論是增加或是切除負(fù)荷時(shí)都要求負(fù)荷的變化大小在一定的范圍之內(nèi)。由于這個(gè)限制，負(fù)荷總量就表現(xiàn)為

6、一個(gè)連續(xù)變化的過程，負(fù)荷曲線一般不會(huì)出現(xiàn)大的躍變。另外，由電力負(fù)荷的構(gòu)成分析中可以看出電力負(fù)荷還具有非常明顯的季節(jié)性特點(diǎn)。在比較溫和的春、秋季節(jié)，由于溫度、天氣狀況適合人們的工作和生活，這兩季的負(fù)荷受天氣影響程度較低。夏季和冬季受氣溫影響較大，天氣的變化將帶來降溫和取暖負(fù)荷的大量增加或減少，呈現(xiàn)出比較明顯的季節(jié)性特點(diǎn)。因此，如果不考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，夏季和冬季的負(fù)荷一般來說要高于春秋季的用電負(fù)荷，夏季的用電負(fù)荷又要高于冬季的用電負(fù)荷，這與各類用電負(fù)荷的季節(jié)性相關(guān)。所以我們常常討論的是有典型意義的夏季與冬季的負(fù)荷情況。近幾年以來，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，電力供需矛盾日益突出，特別

7、是高溫季節(jié)峰期用電負(fù)荷尤為緊張。2002年，江蘇省最大統(tǒng)調(diào)負(fù)荷達(dá)1976.2萬kw；2003年，江蘇省最大統(tǒng)調(diào)負(fù)荷達(dá)2215.4萬kw，高峰時(shí)期負(fù)荷缺口近300萬kw12；2004年，隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步增長(zhǎng)，江蘇全省在夏季高溫季節(jié)的用電缺口達(dá)到900萬kw，約占全省用電量的1/3。以江蘇為例，在負(fù)荷缺口日益增加的同時(shí)，負(fù)荷的峰谷差進(jìn)一步拉大，見表1.1：表1.1 江蘇省電網(wǎng)電力負(fù)荷情況單位：萬kw年份最大統(tǒng)調(diào)負(fù)荷最小統(tǒng)調(diào)負(fù)荷最大峰谷差1998年1105.7632.2473.31999年1360.6755.2605.42000年1484.3908.1576.22001年1632.6970.6662

8、2002年1976.21212764.22003年2215.41384.3831.11998年2005年期間，江蘇全省的最大統(tǒng)調(diào)負(fù)荷增加了1109.7萬kw，增長(zhǎng)率達(dá)到100.36，最低負(fù)荷增加752.1萬kw，最大峰谷差增大了357.8萬kw?？紤]到江蘇自2001年開始實(shí)行有序用電，進(jìn)行錯(cuò)峰填谷，實(shí)際上最大統(tǒng)調(diào)負(fù)荷更高，最低統(tǒng)調(diào)負(fù)荷將有所下降，峰谷差進(jìn)一步拉大。因此，如何充分挖掘低谷潛力，平衡用電負(fù)荷，緩解電力結(jié)構(gòu)性矛盾，已成為擺在電力工作者面前的重要課題。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工廠生產(chǎn)和辦公條件的改善，特別是人民生活水平的不斷提高，越來越多的空調(diào)、制冷設(shè)備等電器投入使用，這使得夏季特別是

9、高溫期間電力負(fù)荷的季節(jié)性特點(diǎn)更加明顯。在夏季高溫期間，電力負(fù)荷中的空調(diào)用電比重較大，在部分城市甚至達(dá)到用電負(fù)荷的60，空調(diào)的普及使得負(fù)荷總量隨溫度改變而改變；尤其是空調(diào)的降溫負(fù)荷，現(xiàn)在已成為夏季高溫季節(jié)的主要用電負(fù)荷之一。從圖1.3可以看出，夏季高溫期間負(fù)荷呈現(xiàn)出明顯的峰谷特點(diǎn)，晚十點(diǎn)至早八點(diǎn)為負(fù)荷的低谷，九點(diǎn)開始后受工廠生產(chǎn)、特別是辦公空調(diào)和工廠降溫負(fù)荷的影響，負(fù)荷呈現(xiàn)出急劇上升并在十點(diǎn)左右形成早峰；其后由于下班和午休的影響，負(fù)荷下降，形成低谷，而后又在16時(shí)左右形成負(fù)荷的腰峰；晚上，隨著居民降溫負(fù)荷的急劇上升，在十九時(shí)或二十時(shí)左右形成了負(fù)荷的晚高峰，晚高峰的負(fù)荷主要由空調(diào)負(fù)荷和居民晚間照明

10、負(fù)荷組成，并與部分工廠的生產(chǎn)負(fù)荷相迭加，一般晚高峰的負(fù)荷高于早峰和腰峰的負(fù)荷，對(duì)夏季負(fù)荷高峰的形成有著極大的影響。圖1.3 典型夏日負(fù)荷曲線如圖1.4，冬季負(fù)荷，尤其是低溫期間的負(fù)荷與夏季高溫期間的負(fù)荷基本類似。在上午十時(shí)左右和下午十八時(shí)左右，由于空調(diào)和取暖設(shè)備的大量使用，使得負(fù)荷隨溫度的降低而激增，形成了負(fù)荷的高峰。冬季由于工作時(shí)間的變化，一般不存在負(fù)荷的腰峰。同夏季一樣，晚間的負(fù)荷高峰也主要有取暖負(fù)荷和居民晚間照明負(fù)荷組成，高于早峰負(fù)荷。圖1.4 典型冬日負(fù)荷曲線除了溫度這個(gè)最主要的影響因素以外，電力負(fù)荷還受到降水量、濕度、風(fēng)向等諸多因素的影響。但這些影響因素要視不同地區(qū)的實(shí)際情況而定，并

11、非都是負(fù)荷預(yù)測(cè)的主要考慮因素。如對(duì)于降水量較大的地區(qū)，不僅要考慮農(nóng)業(yè)旱澇造成的影響，而且降水量對(duì)地區(qū)的水電同樣要產(chǎn)生作用。對(duì)不同地區(qū)的負(fù)荷特性，如果受其中個(gè)別因素的影響較大，應(yīng)該對(duì)此進(jìn)行特別考慮。總而言之，從長(zhǎng)時(shí)間觀察，電力負(fù)荷具有周期性的特點(diǎn)；負(fù)荷變化是連續(xù)的，一般不會(huì)出現(xiàn)大的躍變；同時(shí)電力負(fù)荷對(duì)季節(jié)、溫度、天氣等是敏感的，不同的季節(jié)，不同地區(qū)的氣候，以及溫度的變化都會(huì)對(duì)負(fù)荷造成明顯的影響。除此以外，隨著電力市場(chǎng)的逐步深入，電力負(fù)荷會(huì)有新的特點(diǎn)出現(xiàn)，如需求側(cè)管理方法的使用（如峰谷分時(shí)電價(jià)、可中斷負(fù)荷等），高耗能企業(yè)的搬遷都會(huì)對(duì)負(fù)荷特性產(chǎn)生一定的影響，必須在進(jìn)行分析時(shí)對(duì)其充分考慮13。1.3

12、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀電力負(fù)荷是一個(gè)周期性和隨機(jī)性都較強(qiáng)的系統(tǒng)，它與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治、氣象等眾多的因素有著極為復(fù)雜的關(guān)系。一方面，電力負(fù)荷按一定趨勢(shì)有規(guī)律地發(fā)展變化；另一方面，負(fù)荷受眾多因素的影響，隨時(shí)都可能發(fā)生一定的波動(dòng)。作為評(píng)價(jià)電網(wǎng)負(fù)荷狀況的主要指標(biāo)之一，與時(shí)間有關(guān)的靜態(tài)負(fù)荷特性研究一直是電力科研人員的重要課題，在國(guó)內(nèi)外受到普遍重視。1952年，日本成立了由日本九大電力公司、電源開發(fā)公司等企業(yè)聯(lián)合組成的“日本電力調(diào)查委員會(huì)”，負(fù)責(zé)定期對(duì)日本電力負(fù)荷進(jìn)行調(diào)查，對(duì)負(fù)荷特性進(jìn)行分析，對(duì)電力需求進(jìn)行預(yù)測(cè)。主要采用最大負(fù)荷、最大3日平均負(fù)荷、平均電力負(fù)荷、負(fù)荷率、負(fù)荷曲線等指標(biāo)對(duì)負(fù)荷特性進(jìn)行分析。我國(guó)也很早

13、就開展了對(duì)電力負(fù)荷特性的研究。早在1989年就由原能源部頒布了電力工業(yè)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)解釋，其中對(duì)電力負(fù)荷特性分析的指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)定。由于各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡，各地區(qū)歷史資料積累有一定的差距，因此各地區(qū)對(duì)負(fù)荷特性研究的廣度和深度存在一定的差距，采用的負(fù)荷特性分析指標(biāo)不完全一致。2000年國(guó)家電力公司開展了負(fù)荷特性調(diào)研及分析預(yù)測(cè)，對(duì)重點(diǎn)地區(qū)采用的主要負(fù)荷特性指標(biāo)和負(fù)荷特性曲線進(jìn)行了匯總10。目前負(fù)荷特性分析的主要方法有：a) 負(fù)荷曲線分析：通過繪制圖表來分析負(fù)荷特性，包括年、月、日的負(fù)荷指標(biāo)分析等等；b) 相關(guān)性分析：主要包括分析時(shí)間因素、氣象因素、經(jīng)濟(jì)因素等與負(fù)荷之間的關(guān)系：比如夏季、冬季典型日的

14、負(fù)荷特性分析，敏感負(fù)荷分析等等；c) 回歸分析：是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)及一些影響負(fù)荷變化的外部因素建立不同的回歸模型來分析及預(yù)測(cè)負(fù)荷特性。由于各地電力用電特性存在差異，針對(duì)不同的地區(qū)，必須根據(jù)自己的具體情況來進(jìn)行需求側(cè)管理，通過研究、了解地區(qū)負(fù)荷特性來指導(dǎo)需求側(cè)管理。對(duì)于現(xiàn)有的負(fù)荷特性分析的指標(biāo)，由于是在對(duì)大區(qū)域、大電網(wǎng)負(fù)荷特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上建立起來的，存在數(shù)據(jù)量大，新負(fù)荷指標(biāo)數(shù)量不斷增多，分析復(fù)雜，對(duì)于市級(jí)電力企業(yè)進(jìn)行負(fù)荷特性分析難度和工作量較大的特點(diǎn)。和需電量預(yù)測(cè)分析相比，負(fù)荷特性的分析比預(yù)測(cè)難度更大，目前存在的主要問題：一是目前缺乏系統(tǒng)的負(fù)荷資料及負(fù)荷分析方法；二是各個(gè)行業(yè)典型負(fù)荷特性曲線的獲

15、取以及加工處理比較困難；三是定量分析各種因素（主要是自然因素和政策因素）對(duì)整個(gè)社會(huì)負(fù)荷特性的影響有一定難度，缺乏直觀的表達(dá)手段。當(dāng)然還有其他一些問題：比如從負(fù)荷特性指標(biāo)體系的建立情況來看，負(fù)荷特性指標(biāo)的建立主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，其中部分指標(biāo)能否真實(shí)反映負(fù)荷變化規(guī)律有待驗(yàn)證；負(fù)荷特性分析方法主要以定性分析為主，輔以簡(jiǎn)單的定量分析，有效的定量分析方法較少。1.4 負(fù)荷特性分析的意義近年來,隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,降溫及取暖電器的擁有率及使用率逐年上升，而且這種增長(zhǎng)趨勢(shì)還會(huì)加快。統(tǒng)計(jì)資料表明，現(xiàn)在江蘇省南京市居民每百戶擁有空調(diào)超過70臺(tái)。再加上商場(chǎng)、賓館、寫字樓、娛樂場(chǎng)所、機(jī)關(guān)學(xué)校及企事業(yè)單

16、位的空調(diào)容量，降溫取暖負(fù)荷在總用電負(fù)荷中所占的比重越來越大。由于這些負(fù)荷一般構(gòu)成用電峰荷,氣溫已成為影響電力負(fù)荷的一個(gè)敏感因素12，因此必須研究負(fù)荷隨溫度變化的規(guī)律，為提高電力負(fù)荷的預(yù)測(cè)精度打下基礎(chǔ)，以確保電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。同時(shí)加強(qiáng)電力需求側(cè)管理，運(yùn)用各種措施減少電量消耗，降低了電網(wǎng)最大負(fù)荷。電力需求側(cè)管理的目標(biāo)就是要努力減少用戶在電網(wǎng)峰荷時(shí)段的電力需求，其根本措施就是使用戶更有效地利用能源，即在滿足同樣能源服務(wù)的同時(shí)減少其用電量。通過對(duì)用戶采用先進(jìn)技術(shù)和高效設(shè)備提高終端用電效率，減少電量消耗，取得節(jié)省電量的效果。峰荷期間運(yùn)行的節(jié)電設(shè)備同時(shí)降低了電網(wǎng)最大負(fù)荷，也獲得節(jié)約電力減少系統(tǒng)裝機(jī)

17、容量的效益，既提升了對(duì)用戶的服務(wù)水平，又提高了設(shè)備的能效。從上面的分析可以看出進(jìn)行負(fù)荷特性分析的重要性，而且負(fù)荷特性分析是進(jìn)行需求側(cè)管理的必要準(zhǔn)備工作，因此做好負(fù)荷特性分析工作有以下意義14：a) 對(duì)電力系統(tǒng)有利：1) 節(jié)約國(guó)家對(duì)電力工業(yè)的基建投資；2) 提高發(fā)電設(shè)備的熱效率，降低燃料消耗，降低發(fā)電成本；3) 充分利用水利資源，使之不發(fā)生棄水狀況；4) 增加電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性和提高供電質(zhì)量；5) 有利于電力設(shè)備的檢修工作。b) 對(duì)廣大用戶有利：1) 可節(jié)省國(guó)家對(duì)用戶設(shè)備的投資；2) 由于削峰填谷，將高峰時(shí)段用電改在低谷時(shí)段用電，減少了電費(fèi)支出，從而也降低了生產(chǎn)成本；3) 對(duì)城鄉(xiāng)居民生活有

18、利。由于采取調(diào)整負(fù)荷的措施，各工廠企業(yè)職工輪休，并錯(cuò)開上下班時(shí)間，從而使地方交通運(yùn)輸、供水供煤氣等服務(wù)性行業(yè)、文化娛樂場(chǎng)所等的負(fù)荷都能實(shí)現(xiàn)均衡化江蘇省電力公司從1995年逐步推廣冰蓄冷技術(shù)也取得了很多經(jīng)驗(yàn)，1998年對(duì)6個(gè)使用冰蓄冷單位分析，裝機(jī)下降率為28%，年平均移峰率為54.7%，三季度高溫平均移峰率為58%。在刺激和鼓勵(lì)用戶改變消費(fèi)行為和用電方式、減少電量消耗和電力需求方面，還可以對(duì)用戶采取電價(jià)鼓勵(lì)、折讓鼓勵(lì)、免費(fèi)安裝鼓勵(lì)、借貸鼓勵(lì)、節(jié)電設(shè)備租賃鼓勵(lì)、節(jié)電特別獎(jiǎng)勵(lì)等措施?？傊?，電力需求側(cè)管理作為可持續(xù)發(fā)展能源戰(zhàn)略的管理技術(shù)，完全可以為改善我省的負(fù)荷特性做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。1.5 本課題研究

19、的主要內(nèi)容電力用戶負(fù)荷分類對(duì)于我們的電價(jià)定制以及對(duì)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析、運(yùn)行和規(guī)劃都具有重要意義，但是目前的電力用戶負(fù)荷分類仍然存在許多問題，所以需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的研究，找到分類的更好方法。本文研究的主要問題有： a) 電力用戶負(fù)荷的組成和分類，負(fù)荷特性及要描述和區(qū)分各種不同類型用戶負(fù)荷的特性時(shí)需要使用的負(fù)荷特性指標(biāo)，電力負(fù)荷分類的應(yīng)用方向，現(xiàn)階段電力用戶負(fù)荷分類中存在的問題；b) 電力用戶負(fù)荷分類的方法。將大量的電力用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，有多種多樣的方法，數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)(dmkd)技術(shù)就是現(xiàn)階段使用非常廣泛的方法之一，其中用于分類的方法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、決策樹算法、聚類分析法等，下面第3章將對(duì)這

20、幾種方法進(jìn)行介紹和比較，選擇出本文所使用的方法；c) 本文通過均值聚類的方法將電力用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。下面第4章中將對(duì)均值聚類做一個(gè)詳細(xì)的介紹，并說明本文中所使用的程序的主體部分，以及使用該程序進(jìn)行聚類分析的結(jié)果。2 電力用戶的負(fù)荷特性及其分類的研究 負(fù)荷水平與負(fù)荷特性是評(píng)價(jià)電網(wǎng)負(fù)荷狀況的兩個(gè)主要特征指標(biāo)，從負(fù)荷水平可以看出電網(wǎng)用電負(fù)荷高低的現(xiàn)狀以及增長(zhǎng)的趨勢(shì)；負(fù)荷特性則體現(xiàn)出電網(wǎng)用電結(jié)構(gòu)、用電模式等狀況的優(yōu)劣。進(jìn)入“九五”以來，隨著電力供需矛盾的緩解及用電結(jié)構(gòu)的變化，全國(guó)各大電網(wǎng)的負(fù)荷特性發(fā)生了很大變化，負(fù)荷特性受發(fā)電出力制約的因素已經(jīng)基本消除，負(fù)荷特性趨于正常的用電負(fù)荷特性。但是，各地區(qū)電網(wǎng)

21、的最大負(fù)荷持續(xù)較快增長(zhǎng)，峰谷差增大，負(fù)荷率下降，高峰時(shí)段和枯水期電力供應(yīng)緊張，電網(wǎng)調(diào)峰困難，給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來一定的威脅，同時(shí)，“十五”以來，由于近年來經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，以03年夏冬兩季全國(guó)很多地區(qū)的拉閘限電為代表的電荒，負(fù)荷特性又呈現(xiàn)新的變化。為了進(jìn)一步加深對(duì)現(xiàn)階段電力負(fù)荷特性的現(xiàn)狀的了解，必須把握負(fù)荷的變化規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)。因此可以用以下方程來描述負(fù)荷： (2.1)為了研究負(fù)荷特性，建立統(tǒng)一的負(fù)荷特性指標(biāo)體系，1989年由原能源部頒布的電力工業(yè)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)解釋，其中設(shè)計(jì)負(fù)荷特性的指標(biāo)有最高負(fù)荷、最低負(fù)荷、平均負(fù)荷、負(fù)荷曲線、負(fù)荷率、平均日負(fù)荷率、最小負(fù)荷率、月生產(chǎn)均衡率、年生產(chǎn)均衡率、最高負(fù)

22、荷利用小時(shí)、同時(shí)率、不同時(shí)率、尖峰負(fù)荷率等14項(xiàng)指標(biāo)。2000年國(guó)家電力公司對(duì)電力工業(yè)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)解釋進(jìn)行了補(bǔ)充修改，增加了峰谷差率指標(biāo)。2.1 電力負(fù)荷的組成電力系統(tǒng)的基本任務(wù)是為廣大用戶不間斷地提供優(yōu)質(zhì)電能，滿足各類負(fù)荷的需求。通常負(fù)荷是指變電站或某一電網(wǎng)在某一瞬間所承擔(dān)的工作負(fù)荷。而對(duì)于用戶來說，用電負(fù)荷是指連接在電網(wǎng)中的用戶所有設(shè)備在某一瞬間所消耗的功率之和。電力系統(tǒng)負(fù)荷特性，無論是對(duì)于系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)，還是安全優(yōu)化運(yùn)行，都是極為重要的。所以，對(duì)負(fù)荷特性的研究，是電力系統(tǒng)的一項(xiàng)重要工作。負(fù)荷預(yù)測(cè)、負(fù)荷分類、負(fù)荷定價(jià)、負(fù)荷需求側(cè)管理以及負(fù)荷建模等方面的研究，在現(xiàn)代電力市場(chǎng)環(huán)境下已經(jīng)成為占有重

23、要地位的研究領(lǐng)域，同時(shí)也是電力系統(tǒng)自動(dòng)化研究領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。電力系統(tǒng)負(fù)荷根據(jù)不同的行業(yè)、不同的生產(chǎn)性質(zhì)，由不同的用電設(shè)備組成的。從微觀上來看，各種不同的用電設(shè)備都是由幾種基本組件所組成，如電飯鍋、白熾燈等就主要由電阻組件構(gòu)成，電容器主要由電容組件所組成，高頻線圈、電磁鐵和變壓器主要由電感組件所組成，各種不同的組件相互組合，就構(gòu)成了不同的用電設(shè)備。從宏觀來看，不同的行業(yè)因其生產(chǎn)性質(zhì)的不同，使用的用電設(shè)備各不相同。居民（商業(yè)）用戶的用電設(shè)備通常包括：電熱器具、電力采暖器具、制冷（空調(diào)）設(shè)備、家用熱水器、照明設(shè)備、冰箱、炊事器具、洗衣（洗碗）設(shè)備、水加熱(水過濾)設(shè)備等；工業(yè)用戶的用電設(shè)備通常

24、包括異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、電熱設(shè)備、整流設(shè)備和照明設(shè)備等。在工業(yè)負(fù)荷中，對(duì)于不同的行業(yè)，用電設(shè)備的組成也各不相同。在同一行業(yè)內(nèi)部，由于產(chǎn)品的不同，使用的用電設(shè)備也有所差異15。表2.1所示是幾類工業(yè)用戶用電設(shè)備比重的統(tǒng)計(jì)。表2.1 幾類工業(yè)用戶用電設(shè)備比重的統(tǒng)計(jì)中小企業(yè)紡織企業(yè)化工企業(yè)（化肥）化工企業(yè)（電化）機(jī)械加工企業(yè)冶金企業(yè)異步電動(dòng)機(jī)79.1%99.8%56.0%13.0%82.5%20.0%同步電動(dòng)機(jī)3.2%44.0%1.3%10.0%電熱設(shè)備17.7%0.2%15.0%70.0%整流設(shè)備87.0%1.2%不同地區(qū)電力負(fù)荷組成方式的不同，決定了負(fù)荷的不同特點(diǎn)，也決定了相應(yīng)影響因素的不同

25、，其結(jié)果是，不同地區(qū)的負(fù)荷對(duì)同一影響因素的相應(yīng)特性具有差異。對(duì)同一地區(qū)的不同時(shí)期，同一影響因素的影響也會(huì)不同。所謂的負(fù)荷組成的差異性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是負(fù)荷種類，二是各種負(fù)荷成分所占比重。不同組成的負(fù)荷在這兩方面的差異決定了它們的負(fù)荷特性及對(duì)不同影響因素回應(yīng)的不相同。究其原因，不同的組成成份對(duì)各種影響因素的靈敏度不同，表現(xiàn)出不同的特性10?？梢?，負(fù)荷的具體組成對(duì)負(fù)荷特性具有根本性和決定性的影響。表2.2列出了江蘇省某市2007年不同行業(yè)用電所占當(dāng)年總電量的百分比。表2.2 江蘇省某市2007年不同行業(yè)用電所占當(dāng)年總電量的百分比單位：萬kwh行業(yè)名稱2007年所占百分比與2006年相比全社會(huì)

26、用電總計(jì)337047516.35%a、全行業(yè)用電總計(jì)312333392.67%15.94%第一產(chǎn)業(yè)173050.51%-46.46%第二產(chǎn)業(yè)288519685.60%16.13%第三產(chǎn)業(yè)2208326.55%24.69%b、城鄉(xiāng)居民生活用電合計(jì)2471427.33%21.67%城鎮(zhèn)居民1050913.12%23.40%鄉(xiāng)村居民1420514.21%20.42%全行業(yè)用電分類一、農(nóng)、林、牧、漁業(yè)173050.51%-46.46%二、工業(yè)286547485.02%15.95%1、輕工業(yè)85567525.39%-3.41%2、重工業(yè)200979959.63%26.77%從表中可以分析得到一定的負(fù)荷組

27、成規(guī)律，即各類負(fù)荷所占總負(fù)荷的比重：工業(yè)負(fù)荷占有絕大部分的負(fù)荷百分比，城鄉(xiāng)居民生活用電所占比例與第三產(chǎn)業(yè)相差無幾。此外，從表中可以得出：對(duì)工業(yè)負(fù)荷、城鄉(xiāng)居民生活以及三產(chǎn)用電這三類負(fù)荷而言，它們相比2007年同期增長(zhǎng)的幅度都是比較大的，尤其是第三產(chǎn)業(yè)，增幅達(dá)到24.69%；對(duì)于農(nóng)業(yè)用電負(fù)荷而言，負(fù)荷在系統(tǒng)總負(fù)荷的所占比例明顯偏小，相比2007年同期農(nóng)業(yè)負(fù)荷減少了46.46%，說明在該地區(qū)工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)較發(fā)達(dá)。另外，由于農(nóng)業(yè)負(fù)荷所占的比例較小，對(duì)負(fù)荷的影響較小，故不作分析。2.2 主要的負(fù)荷特性和負(fù)荷特性指標(biāo)2.2.1 負(fù)荷特性和負(fù)荷特性指標(biāo)電力系統(tǒng)的負(fù)荷隨時(shí)間在不斷發(fā)生變化，受到多種因素的影響，

28、具有連續(xù)性和周期性的特點(diǎn)。掌握用電負(fù)荷的特性和變化規(guī)律，對(duì)于電力系統(tǒng)來講可以有利于系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，對(duì)于供電部門來講可以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益，而對(duì)于用戶來講可以充分發(fā)揮每一度電能的效益。電力系統(tǒng)負(fù)荷特性就是指用電負(fù)荷的特點(diǎn)和性質(zhì)，不同類型的用戶負(fù)荷表現(xiàn)出不同的負(fù)荷特性。例如，在前面所述的各類負(fù)荷中，城市居民負(fù)荷具有經(jīng)常的年增長(zhǎng)以及明顯的季節(jié)性波動(dòng)特點(diǎn)，而居民負(fù)荷的季節(jié)性變化在很多情況下，直接影響系統(tǒng)峰值負(fù)荷的季節(jié)性變化，但其影響程度則取決于居民負(fù)荷在系統(tǒng)總負(fù)荷中所占的比例。尤其是隨著電熱器、空調(diào)裝置、電風(fēng)扇、電冰箱之類的敏感于氣候的家用電器日益廣泛地采用，使得居民負(fù)荷變化對(duì)系統(tǒng)峰值負(fù)荷變化的

29、影響越來越大。商業(yè)負(fù)荷也同樣具有季節(jié)性變動(dòng)的特性，而這種變化主要也是由于商業(yè)部門越來越廣泛地采用空調(diào)、電風(fēng)扇、制冷設(shè)備之類的敏感于氣候的電器所致，并且這種趨勢(shì)正在增長(zhǎng)。相對(duì)來說，工業(yè)負(fù)荷一般都是受氣候影響較小的基礎(chǔ)負(fù)荷。當(dāng)然，這并不是說它一點(diǎn)不受影響。然而，由于工業(yè)負(fù)荷本身基礎(chǔ)很大，尤其是由于三班連續(xù)生產(chǎn)，因此這類負(fù)荷變動(dòng)較小。而其他各類負(fù)荷，根據(jù)他們的不同特點(diǎn)，也可能具有季節(jié)性等特點(diǎn)。要描述和區(qū)分各種不同類型用戶負(fù)荷的特性，就需要使用負(fù)荷的特性指標(biāo)。為加深對(duì)全國(guó)負(fù)荷特性的了解，統(tǒng)一負(fù)荷特性指標(biāo)。2000年3月，國(guó)家電力公司組織各省電力公司全面、系統(tǒng)收集有關(guān)負(fù)荷特性數(shù)據(jù)，同時(shí)選取華東、浙江、湖

30、北、四川四個(gè)電網(wǎng)和北京、上海、福州、蘭州、長(zhǎng)沙、南寧、大連等八個(gè)城市進(jìn)行負(fù)荷特性的重點(diǎn)調(diào)研和分析，在此基礎(chǔ)上，對(duì)我國(guó)的負(fù)荷特性進(jìn)行了全面的分析。2001年國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)電力工業(yè)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)解釋中的指標(biāo)進(jìn)行了補(bǔ)充修改，增加了負(fù)荷差率等指標(biāo)。由此建立了我國(guó)進(jìn)行負(fù)荷特性分析的指標(biāo)體系。a) 日負(fù)荷特性（典型）日最大（小）負(fù)荷：（典型日）每日24個(gè)整點(diǎn)負(fù)荷中的最大（?。┲?。典型日一般選用最大負(fù)荷日，也可選用最大峰谷差日，還可根據(jù)各地區(qū)情況選不同季節(jié)的某一代表日（下同）。日平均負(fù)荷：日電量除以24。每日24個(gè)整點(diǎn)負(fù)荷的平均值。日負(fù)荷率：日平均負(fù)荷與日最大負(fù)荷的百分比。日最小負(fù)荷率：日最小負(fù)荷與日最大負(fù)荷

31、比值。典型日負(fù)荷曲線：典型日按時(shí)間順序以小時(shí)整點(diǎn)負(fù)荷表示的負(fù)荷曲線。日峰谷差：日最大負(fù)荷與日最小負(fù)荷之差。日峰谷差率：日峰谷差與日最大負(fù)荷的百分比值。b) 周負(fù)荷特性周負(fù)荷曲線：每周按時(shí)間順序逐日最大負(fù)荷曲線。c) 月負(fù)荷特性月最大（?。┴?fù)荷：每月最大（小）負(fù)荷日的最大（?。┴?fù)荷。月平均日負(fù)荷：每月日平均負(fù)荷的平均值。月平均日負(fù)荷率：每月日負(fù)荷率的平均值。月負(fù)荷率：又稱月不均衡率，每月平均日負(fù)荷與最大日負(fù)荷的比值。月最小負(fù)荷率：每月日最小負(fù)荷率的最小值。月最大峰谷差：每月日峰谷差的最大值。月最大峰谷差率：每月日峰谷差率的最大值。月平均日峰谷差：每月日峰谷差的平均值。月平均日峰谷差率：每月日峰谷

32、差率的平均值。d) 年（季）負(fù)荷特性年最大（?。┴?fù)荷：全年各月最大（?。┴?fù)荷的最大（?。┲?。年平均日負(fù)荷：全年月平均日負(fù)荷的平均值。年平均日負(fù)荷率：全年月平均日負(fù)荷率的平均值。年平均月負(fù)荷率：全年各月平均負(fù)荷之和與各月最大負(fù)荷日平均負(fù)荷之和的比值。季負(fù)荷率：又稱季不均衡系數(shù)，全年各月最大日的最大負(fù)荷之和的平均值與年最大負(fù)荷的比值。年負(fù)荷率：全年平均負(fù)荷與年最大負(fù)荷的比值。年最小負(fù)荷率：全年日最小負(fù)荷率的最小值。年最大峰谷差：全年日峰谷差的最大值。年最大峰谷差率：全年日峰谷差率的最大值。年平均日峰谷差：全年日峰谷差的平均值。年平均日峰谷差率：全年日峰谷差率的平均值。年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)：年用電量

33、與年最大負(fù)荷的比值。年持續(xù)負(fù)荷曲線：按全年中系統(tǒng)負(fù)荷的數(shù)值大小及其持續(xù)小時(shí)數(shù)順序繪制的曲線。年負(fù)荷曲線：按全年中逐月最大負(fù)荷繪制的曲線。2.2.2 本文所選用的負(fù)荷特性指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的用戶負(fù)荷進(jìn)行分類，所依據(jù)的就是不同用戶的負(fù)荷特性。選取不同的負(fù)荷特性指標(biāo)對(duì)于分類的結(jié)果將有很大影響。本文在分類時(shí)所選用的用戶負(fù)荷特性指標(biāo)為用戶的日負(fù)荷曲線，原因如下：a) 負(fù)荷曲線是反映負(fù)荷隨時(shí)間變化規(guī)律的曲線，通過負(fù)荷曲線可以直觀地反映出用戶負(fù)荷的大小和變化趨勢(shì)，反映出用戶用電行為的特征和偏好，并且利用負(fù)荷曲線可以快速計(jì)算出如日負(fù)荷率、日最小負(fù)荷率等其它一些特性指標(biāo)，能夠比較全面地反映不同用戶所具有的負(fù)荷特性。b

34、) 日負(fù)荷曲線特別是典型日負(fù)荷曲線更是期貨、合約交易中分配電量、審核調(diào)峰能力及分析互聯(lián)系統(tǒng)錯(cuò)峰效益的基礎(chǔ)。因此，選取日負(fù)荷曲線作為系統(tǒng)負(fù)荷分類的依據(jù)，對(duì)于在此基礎(chǔ)上的進(jìn)一步應(yīng)用有重要的意義。c) 隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的不斷提高和各種負(fù)荷量測(cè)裝置的廣泛應(yīng)用，各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度中心和變電站，能夠通過數(shù)據(jù)量測(cè)系統(tǒng)(scada)，獲取大量有關(guān)用戶的負(fù)荷數(shù)據(jù)，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析與處理，可以得到各種不同類型用戶的用電負(fù)荷曲線，分析用戶結(jié)構(gòu)變化對(duì)用電負(fù)荷的影響，從而充分掌握負(fù)荷的變化情況，及時(shí)調(diào)整電力負(fù)荷管理與營(yíng)銷策略。2.3 電力負(fù)荷的分類電力負(fù)荷的分類是說明國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門用電情況和變化規(guī)律，反映電氣化的發(fā)

35、展水平和趨勢(shì)的指標(biāo)，分析研究經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與電力生產(chǎn)增長(zhǎng)、社會(huì)產(chǎn)品增長(zhǎng)與電力消耗量增長(zhǎng)的相互關(guān)系，進(jìn)行負(fù)荷特性分析的依據(jù)。實(shí)際電力系統(tǒng)具有各式各樣的負(fù)荷，系統(tǒng)總負(fù)荷由各種不同性質(zhì)的負(fù)荷總加而成。因此，對(duì)于實(shí)際的電力系統(tǒng)，各種類型的負(fù)荷應(yīng)當(dāng)有一個(gè)正規(guī)準(zhǔn)確的分類，使得同一類型的負(fù)荷具有相同或相似的特性，從而簡(jiǎn)化或降低負(fù)荷管理的難度和復(fù)雜性。電力負(fù)荷按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，可以分成不同的類型。如按重要性來分，可以將電力負(fù)荷分成一類負(fù)荷、二類負(fù)荷、三類負(fù)荷等；通過對(duì)負(fù)荷的影響大小來分，可以將負(fù)荷分為基本正常負(fù)荷、天氣敏感負(fù)荷、特別事件負(fù)荷和隨機(jī)負(fù)荷等15。一般來講，負(fù)荷可以分為城市民用負(fù)荷、商業(yè)負(fù)荷、農(nóng)村負(fù)荷、工業(yè)

36、負(fù)荷以及其它負(fù)荷。城市民用負(fù)荷主要是指城市居民的家用負(fù)荷，商業(yè)負(fù)荷與工業(yè)負(fù)荷是各自為商業(yè)和工業(yè)服務(wù)的負(fù)荷，在我國(guó)，農(nóng)村負(fù)荷是指廣大農(nóng)村所有的負(fù)荷（包括農(nóng)村民用負(fù)荷、生產(chǎn)與排灌用電以及商業(yè)用電等），而其他負(fù)荷則包括了市政用電（如街道照明）、公用事業(yè)、政府辦公、鐵路與電車、軍用以及其它等。依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，可以對(duì)負(fù)荷類型做出不同的劃分。a) 按物理性能劃分負(fù)荷按物理性能可分為有功負(fù)荷和無功負(fù)荷。1) 有功負(fù)荷：是把電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量，并在用電設(shè)備中真實(shí)消耗的能量，計(jì)算單位為kw。2) 無功負(fù)荷：在電能輸送和轉(zhuǎn)換過程中，需要建立磁場(chǎng)（如變壓器、電動(dòng)機(jī)等）和電場(chǎng)而消耗的功率。它僅完成電磁能量的相互

37、轉(zhuǎn)換，并不做功，在這個(gè)意義上稱為“無功”，計(jì)算單位是kvar。b) 按電能劃分負(fù)荷按電能的產(chǎn)、供、銷生產(chǎn)過程可分為發(fā)電負(fù)荷、供電負(fù)荷和用電負(fù)荷。1) 發(fā)電負(fù)荷：是指發(fā)電廠以電網(wǎng)擔(dān)負(fù)的供電負(fù)荷，加上同一時(shí)刻發(fā)電廠的廠用電負(fù)荷，單位為kw。2) 供電負(fù)荷：是指供電地區(qū)內(nèi)各發(fā)電廠發(fā)電負(fù)荷之和，減去發(fā)電廠的廠用電負(fù)荷，加上從供電地區(qū)外輸入的負(fù)荷，再減去向供電地區(qū)外輸出的負(fù)荷，單位為kw。3) 用電負(fù)荷：是指地區(qū)供電負(fù)荷減去線路和變壓器中的損耗后的負(fù)荷，計(jì)算單位為kw。c) 按時(shí)間劃分負(fù)荷按時(shí)間可以分為年、月、日、時(shí)、分的負(fù)荷。d) 按對(duì)供電可靠性的要求劃分根據(jù)用電負(fù)荷的性質(zhì)及對(duì)供電可靠性要求的不同，負(fù)

38、荷可分為一類負(fù)荷、二類負(fù)荷和三類負(fù)荷。1) 一類負(fù)荷：中斷停電時(shí)將造成人身傷亡或政治、軍事、經(jīng)濟(jì)上的重大損失的負(fù)荷，如發(fā)生危及人身安全的事故、使工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備遭受難以修復(fù)的損壞、生產(chǎn)秩序混亂，造成國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重大損失等。重要的軍事設(shè)施、醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)等地的負(fù)荷一般屬于一類負(fù)荷。2) 二類負(fù)荷：中斷停電時(shí)將造成嚴(yán)重減產(chǎn)、停工、局部地區(qū)交通阻塞，使城市中大量居民的正?；顒?dòng)受到影響等，在我國(guó)，大中城市的居民和工廠負(fù)荷，一般歸入二類負(fù)荷。3) 三類負(fù)荷：除一、二類負(fù)荷之外的一般負(fù)荷，這類負(fù)荷中斷停電時(shí)造成的損失不大。如工廠的附屬車間、小城鎮(zhèn)和農(nóng)村的公共負(fù)荷等常歸入此類負(fù)荷。e) 按國(guó)際上用電負(fù)荷的通用

39、分類根據(jù)國(guó)際上對(duì)用電負(fù)荷的通用分類，可以對(duì)用電負(fù)荷進(jìn)行如下劃分：1) 農(nóng)、林、牧、漁業(yè)用電負(fù)荷這類負(fù)荷主要包括從事各種農(nóng)作物種植活動(dòng)時(shí)消耗的電力負(fù)荷，林木的培育、種植、撫育、采伐、運(yùn)輸過程中消耗的電力負(fù)荷；為獲得各種畜禽而從事的動(dòng)物飼養(yǎng)活動(dòng)中消耗的電力負(fù)荷；在海洋、內(nèi)陸水域養(yǎng)殖和捕撈活動(dòng)時(shí)消耗的電力負(fù)荷以及對(duì)農(nóng)、林、牧、漁業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行各種支持性服務(wù)時(shí)消耗的電力負(fù)荷。這部分負(fù)荷受季節(jié)、氣溫等自然條件的影響很大，有時(shí)候變化比較劇烈。比如，氣溫的降低可能會(huì)造成農(nóng)作物灌溉負(fù)荷驟降。此外，由于我國(guó)地域廣闊，各地氣候的不同，地理位置也會(huì)對(duì)這類負(fù)荷產(chǎn)生較大的影響，比如，一場(chǎng)大雨對(duì)北方干旱地區(qū)而言可造成農(nóng)業(yè)

40、負(fù)荷驟降，但卻可能造成南方多雨地區(qū)排澇用電負(fù)荷的劇增。2) 工業(yè)用電負(fù)荷工業(yè)負(fù)荷是指工業(yè)企業(yè)用于工業(yè)生產(chǎn)的用電，包括提供生活消費(fèi)品、制作手工工具的輕工業(yè)和為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門提供物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)的重工業(yè)用電。按其行業(yè)性質(zhì)來分，可以將工業(yè)分為：采選業(yè)：具體包括煤炭采選、石油天然氣開采、黑色金屬礦采選、有色金屬礦采選、非金屬礦采選。主要為國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)提供物質(zhì)生產(chǎn)資料；制造業(yè)：具體包括食品、飲料及煙草制造，紡織，服裝加工，木材加工及家具制造，造紙業(yè)，印刷業(yè)，文教體育用品制造、石油加工、化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、橡膠及塑料制品、非金屬礦物加工、黑色金屬加工、有色金屬加工、金屬制品、機(jī)械設(shè)備制造、交通運(yùn)輸及電氣電子設(shè)

41、備制造、工藝品制造等。主要是將原材料經(jīng)過物理或化學(xué)變化，產(chǎn)生新的產(chǎn)品；電力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)和供應(yīng)負(fù)荷：包括發(fā)電廠的廠用電、線路損失負(fù)荷，燃?xì)夂退a(chǎn)在供應(yīng)過程中消耗的電力負(fù)荷。一般來說，在一年時(shí)間范圍內(nèi)，工業(yè)用電負(fù)荷是比較恒定的，受陰雨、光照等自然氣候條件和季節(jié)變化的影響較小。3) 居民用電負(fù)荷居民用電負(fù)荷主要是居民的家用負(fù)荷，它具有經(jīng)常的年增長(zhǎng)以及明顯的季節(jié)性波動(dòng)特點(diǎn)，而且居民用電負(fù)荷的特點(diǎn)還與居民的日常生活和工作的規(guī)律緊密相關(guān)。但居民負(fù)荷的季節(jié)性變化在很多情況下，直接影響系統(tǒng)峰值負(fù)荷的季節(jié)性變化，但其影響程度則取決于居民用電負(fù)荷在系統(tǒng)總負(fù)荷中所占的比例。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，尤其是隨著空調(diào)、

42、電冰箱、彩電等家用電器的廣泛使用，居民負(fù)荷變化對(duì)系統(tǒng)峰值負(fù)荷變化的影響越來越大，同時(shí)居民負(fù)荷在系統(tǒng)負(fù)荷中所占的比重，以及居民負(fù)荷季節(jié)性變動(dòng)對(duì)系統(tǒng)峰值負(fù)荷季節(jié)性變動(dòng)的影響，都會(huì)越來越大。從負(fù)荷的特點(diǎn)看，地區(qū)間呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)，如夏季的南方由于大量空調(diào)投入，負(fù)荷劇增；而北方的冬季在取暖器投運(yùn)后，也會(huì)造成用電負(fù)荷增長(zhǎng)等。在同一天內(nèi)，負(fù)荷也極不平衡，生活用電的高峰往往和電力系統(tǒng)高峰段重疊。4) 商業(yè)用電負(fù)荷商業(yè)負(fù)荷，主要是指商業(yè)部門里的照明、空調(diào)、動(dòng)力等用電負(fù)荷。包括批發(fā)、零售中消耗的負(fù)荷和有償為客戶提供住宿和餐飲活動(dòng)時(shí)消耗的電力負(fù)荷。商業(yè)負(fù)荷覆蓋面積大，且用電增長(zhǎng)平穩(wěn)。但隨著季節(jié)的變化，商業(yè)負(fù)荷同樣存

43、在較大的波動(dòng)。雖然商業(yè)負(fù)荷在電力負(fù)荷中所占比重不及工業(yè)負(fù)荷和民用負(fù)荷，但商業(yè)負(fù)荷中的照明類負(fù)荷占用電力系統(tǒng)高峰時(shí)段。此外，商業(yè)部門由于商業(yè)行為在節(jié)假日會(huì)增加營(yíng)業(yè)時(shí)間，從而成為節(jié)假日中影響電力負(fù)荷的重要因素之一。5) 其它用電負(fù)荷這類負(fù)荷包括地質(zhì)普查和勘探過程中消耗的負(fù)荷；建筑和安裝過程中的用電負(fù)荷；交通運(yùn)輸、倉儲(chǔ)和郵政服務(wù)中的用電負(fù)荷；信息傳輸、計(jì)算機(jī)服務(wù)和軟件制造、服務(wù)過程中消耗的用電負(fù)荷；金融、房地產(chǎn)、商務(wù)過程中消耗的用電負(fù)荷；公用事業(yè)及管理過程中消耗的用電負(fù)荷。這部分負(fù)荷占負(fù)荷總量的比重相對(duì)較小，但隨著第三產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所占比重的不斷增加，推動(dòng)了建筑、計(jì)算機(jī)服務(wù)、信息傳輸

44、、房地產(chǎn)、倉儲(chǔ)等行業(yè)的發(fā)展，使其用電量迅速增長(zhǎng)，呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。2.4 電力用戶負(fù)荷分類的應(yīng)用電力系統(tǒng)負(fù)荷分類的研究就是對(duì)電力系統(tǒng)用戶負(fù)荷構(gòu)成的研究，即對(duì)一定范圍（一個(gè)地區(qū)、一個(gè)部門、一個(gè)企業(yè)）內(nèi)用戶負(fù)荷組成的種類、比重及其相互之間關(guān)系的總體表述。隨著電力市場(chǎng)的深入發(fā)展和負(fù)荷管理技術(shù)的不斷提高，電力系統(tǒng)負(fù)荷分類的應(yīng)用也越來越廣泛，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：a) 定制電價(jià)16隨著電力體制的改革和電力市場(chǎng)的發(fā)展，現(xiàn)行的電價(jià)體制逐漸暴露出新的問題，其中之一就是電價(jià)的分類不盡合理。現(xiàn)行的電價(jià)分類基本上按照用戶用電行業(yè)和用途劃分6，這種分類方法沒有考慮用戶的用電負(fù)荷特性，定價(jià)過程中的政策因素多于效率

45、因素，使電價(jià)水平既不能反映企業(yè)的生產(chǎn)成本，也不能適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需要，嚴(yán)重阻礙了市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下電力資源的優(yōu)化配置。隨著電力市場(chǎng)改革的不斷深入，終端用戶將擁有選擇售電商的權(quán)利，這就要求售電商必須通過制定公平合理的消費(fèi)價(jià)格和相應(yīng)的營(yíng)銷策略來挖掘和占領(lǐng)更多的市場(chǎng)。因此，售電商需要根據(jù)消費(fèi)者的電力需求特點(diǎn)、用電行為和習(xí)慣等不同特征進(jìn)行市場(chǎng)劃分，制定相應(yīng)的營(yíng)銷策略。文獻(xiàn)3中提出了一種考慮負(fù)荷分類和用電特性的電價(jià)決策方法，特別計(jì)及了不同用戶的負(fù)荷率、電壓等級(jí)、負(fù)荷形狀、可靠性要求等因素，通過實(shí)際算例驗(yàn)證了該決策方法的有效性，可以作為有關(guān)部門在制定電價(jià)時(shí)的參考。b) 負(fù)荷預(yù)測(cè)總負(fù)荷預(yù)測(cè)原則上有兩種辦法：一種是

46、根據(jù)總負(fù)荷的過去歷史資料進(jìn)行預(yù)測(cè)，另一種辦法就是將各類負(fù)荷分別預(yù)測(cè)，然后再綜合成總的負(fù)荷預(yù)測(cè)。分類負(fù)荷指不同類型的負(fù)荷，也可能指不同地區(qū)的負(fù)荷。直接預(yù)測(cè)總負(fù)荷一般來說較容易操作，而且也較平滑，能夠表明負(fù)荷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。而分類負(fù)荷預(yù)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)在于，在某一類負(fù)荷中，其增長(zhǎng)趨勢(shì)的不正常情況有可能被發(fā)現(xiàn)，并且由于各類負(fù)荷都得到預(yù)測(cè)，因此，總的負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果是比較明確的。目前常用的方法是將各類用電負(fù)荷的典型負(fù)荷曲線進(jìn)行加權(quán)累加的方法，即將預(yù)測(cè)系統(tǒng)范圍內(nèi)的用電負(fù)荷分類后，分別選擇典型負(fù)荷曲線，分類進(jìn)行預(yù)測(cè)，再將分類預(yù)測(cè)曲線按一定的規(guī)則疊加后即可得到待預(yù)測(cè)的日負(fù)荷曲線。文獻(xiàn)17以該地區(qū)各典型行業(yè)的日負(fù)荷曲線為依據(jù)

47、，運(yùn)用典型負(fù)荷曲線疊加法編制了該地區(qū)實(shí)際的日負(fù)荷曲線，算例結(jié)果表明運(yùn)用該方法編制的地區(qū)日負(fù)荷曲線可以為該地區(qū)錯(cuò)峰用電方案、年度運(yùn)行方式的制定等提供可靠的參考依據(jù)。c) 系統(tǒng)規(guī)劃與負(fù)荷管理18在電力系統(tǒng)規(guī)劃過程中，在指定季節(jié)、日類型等典型情況下，系統(tǒng)總的負(fù)荷需求主要取決于用戶負(fù)荷的構(gòu)成情況。通過考慮規(guī)劃地區(qū)不同類型用戶負(fù)荷的增長(zhǎng)方式和用電習(xí)慣，可以獲得更為精確的負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，降低規(guī)劃地區(qū)發(fā)電容量和負(fù)荷需求之間的不匹配程度，減少地區(qū)之間通過聯(lián)絡(luò)線上的功率傳輸?shù)?。目前，電力需求?cè)管理（dsm）作為一項(xiàng)新的負(fù)荷管理技術(shù)，在逐步推行電力市場(chǎng)的條件下，已經(jīng)引起人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。它與傳統(tǒng)意義上的用電管理有

48、著本質(zhì)的不同，是一種需要由客戶參與、并且能夠充分挖掘電能資源的負(fù)荷管理方法和技術(shù)。由于電力需求側(cè)管理強(qiáng)調(diào)客戶的參與，因此要求電力公司和客戶之間建立良好的伙伴關(guān)系，相互了解，共享信息，共同承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，共同爭(zhēng)取利益。電力需求側(cè)管理通過掌握和分析系統(tǒng)的負(fù)荷構(gòu)成，可以引導(dǎo)電力用戶選擇合理的用電時(shí)間，或采用合理的蓄能方式，達(dá)到移峰填谷的作用。從而減少用電峰谷差，降低電力最大需求，提高用電負(fù)荷率，減少發(fā)電成本，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。d) 綜合建?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)中，負(fù)荷模型是決定仿真研究結(jié)果可信賴程度的關(guān)鍵因素之一。由于綜合負(fù)荷自身的隨機(jī)時(shí)變性、地域分散性、成分多樣性、嚴(yán)重非線性等特點(diǎn)，負(fù)荷建模研究引起

49、了電力工程與學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。負(fù)荷建模的根本目的是為電力系統(tǒng)仿真計(jì)算提供結(jié)構(gòu)合理、參數(shù)準(zhǔn)確的綜合負(fù)荷模型。為了準(zhǔn)確地反映用戶負(fù)荷特性，對(duì)不同負(fù)荷點(diǎn)的不同時(shí)刻應(yīng)當(dāng)有不同的負(fù)荷模型，或即使建立同樣的模型類，其模型參數(shù)也將具有很大的分散性。然而從工程實(shí)用的角度講，同一電網(wǎng)所采用的綜合負(fù)荷模型應(yīng)盡可能地簡(jiǎn)單，否則使用時(shí)就會(huì)無所適從。這就是精確的負(fù)荷建模與工程應(yīng)用要求的突出矛盾。解決這一矛盾的有效途徑就是負(fù)荷特性的分類與綜合。所謂負(fù)荷特性分類就是將同一電網(wǎng)不同負(fù)荷點(diǎn)以及不同時(shí)間段中負(fù)荷特性接近或相似的綜合負(fù)荷歸并為一類并用同一模型描述該分類的特性，而負(fù)荷特性綜合就是分別建立每一種分類的綜合負(fù)荷模型，使得

50、綜合以后的模型能夠最大程度地提取同類負(fù)荷中的共同本質(zhì)特征，從而提高模型的通用性和適應(yīng)性。文獻(xiàn)19中采用模糊聚類的方法，根據(jù)各變電站的負(fù)荷特征，將東北電網(wǎng)234個(gè)變電站劃分為7類，分別建立負(fù)荷模型，從而解決了電網(wǎng)中負(fù)荷節(jié)點(diǎn)數(shù)目巨大、難以逐一測(cè)辨的難題。2.5 現(xiàn)階段電力用戶負(fù)荷分類存在的問題雖然電力系統(tǒng)的負(fù)荷類型可以按照上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，但是這樣的分類并不嚴(yán)格和準(zhǔn)確。在實(shí)際分類時(shí)，可能會(huì)發(fā)生把某些實(shí)際負(fù)荷歸算到哪一類的爭(zhēng)執(zhí)。在這種情況下，一般都是由供電部門自己主觀進(jìn)行決定。因此，在一些供電部門中，可能各自有其更具體和詳細(xì)的負(fù)荷分類目錄，以備負(fù)荷分類之用。然而，上述供電部門所采取的負(fù)荷分類方法在實(shí)

51、際應(yīng)用中還存在著一些問題：a) 同一行業(yè)內(nèi)的用戶可能具有不同的負(fù)荷特性。目前，供電部門對(duì)電力系統(tǒng)用戶負(fù)荷進(jìn)行分類，大多數(shù)依據(jù)的是用戶負(fù)荷所屬的行業(yè)以及用戶的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)特點(diǎn)。然而，隨著用戶負(fù)荷設(shè)備的構(gòu)成越來越復(fù)雜以及人們生產(chǎn)、生活方式的變化，同一行業(yè)內(nèi)的用戶負(fù)荷特性也并不完全一致，其負(fù)荷曲線可能存在著較大的差異。b) 不能反映出電網(wǎng)的變化和差異。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，電網(wǎng)中會(huì)不斷出現(xiàn)一些新的類型的用戶負(fù)荷，而這些類型的用戶負(fù)荷可能會(huì)與已經(jīng)定義的用戶負(fù)荷類型之間存在著較大的差異，因此需要重新考慮對(duì)其類型的劃分與定義。并且不同地區(qū)電網(wǎng)之間的負(fù)荷構(gòu)成也存在一定的差別，應(yīng)當(dāng)針對(duì)實(shí)際情況對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷類型進(jìn)行

52、劃分。c) 分類結(jié)果不準(zhǔn)確，影響了在此基礎(chǔ)上的進(jìn)一步應(yīng)用。傳統(tǒng)的負(fù)荷分類方法，沒有充分考慮用戶負(fù)荷的實(shí)際特性和變化規(guī)律，缺乏理論依據(jù)，存在著較大的人為因素，降低了分類結(jié)果的準(zhǔn)確性和合理性，使得在此基礎(chǔ)的一些應(yīng)用受到影響，例如降低了分類負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，電價(jià)制定的不盡合理等等。因此，為解決上述存在的問題，需要研究一種科學(xué)準(zhǔn)確的負(fù)荷分類方法，為供電部門進(jìn)行負(fù)荷分類以及在此基礎(chǔ)上的應(yīng)用提供有力的參考和依據(jù)。本文應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和聚類分析理論，選取用戶負(fù)荷特性作為分類依據(jù)，使得劃分到同一類型中的用戶負(fù)荷具有相同或相近的負(fù)荷特性。2.6 本章小結(jié)本章主要研究了電力用戶負(fù)荷特性的一些相關(guān)問題，包括電力負(fù)荷

53、的組成和分類，負(fù)荷特性及要描述和區(qū)分各種不同類型用戶負(fù)荷的特性時(shí)需要使用的負(fù)荷特性指標(biāo)，電力負(fù)荷分類的應(yīng)用方向，以及現(xiàn)階段電力用戶負(fù)荷分類中存在的問題。3 電力用戶負(fù)荷分類的研究方法 近十幾年來，人們利用信息技術(shù)生產(chǎn)和搜集數(shù)據(jù)的能力大幅度提高，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在商業(yè)管理、政府辦公、科學(xué)研究和工程開發(fā)等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，而且這一勢(shì)頭仍將持續(xù)發(fā)展下去。在這個(gè)被稱之為信息爆炸的時(shí)代，信息過量幾乎成為人人需要面對(duì)的問題，面對(duì)“人們被數(shù)據(jù)淹沒，人們卻饑餓于知識(shí)”的挑戰(zhàn)，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并得以蓬勃發(fā)展，越來越顯示出其強(qiáng)大的生命力20。3.1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)簡(jiǎn)介數(shù)據(jù)挖掘是一個(gè)相當(dāng)新的領(lǐng)域，目前還處于演變之

54、中。數(shù)據(jù)挖掘的定義幾經(jīng)變動(dòng)，有多種不同的定義方式?，F(xiàn)在，為大家廣泛采用的是由usama m. fayyad等21給出的：“數(shù)據(jù)挖掘是從大量的數(shù)據(jù)中挖掘出隱含的、未知的、用戶可能感興趣的和對(duì)決策有潛在價(jià)值的知識(shí)和規(guī)則。這些規(guī)則蘊(yùn)含了數(shù)據(jù)庫中一組對(duì)象之間的特定關(guān)系，揭示出一些有用的信息，可以為經(jīng)營(yíng)決策、市場(chǎng)規(guī)劃和金融預(yù)測(cè)等方面提供依據(jù)?！?.1.1 數(shù)據(jù)挖掘的特點(diǎn)通過數(shù)據(jù)挖掘，有價(jià)值的知識(shí)、規(guī)則或高層次的信息就可以從數(shù)據(jù)庫的相關(guān)數(shù)據(jù)集合中抽取出來，并從不同角度顯示，從而使大型數(shù)據(jù)庫作為一個(gè)豐富可靠的資源，為決策服務(wù)。數(shù)據(jù)挖掘有一些重要特點(diǎn)，這里將其歸納如下22：a) 處理的數(shù)據(jù)規(guī)模十分巨大，否則單

55、純使用統(tǒng)計(jì)方法處理數(shù)據(jù)就足夠了。b) 查詢一般是決策制定者（用戶）提出的即席隨即查詢，往往不能形成精確的查詢要求，要靠數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)尋找可能感興趣的東西，也就是說挖掘出來的知識(shí)不能預(yù)知。c) 數(shù)據(jù)挖掘既要擔(dān)負(fù)發(fā)現(xiàn)潛在規(guī)則的任務(wù)，還要管理和維護(hù)規(guī)則。在一些應(yīng)用中，由于數(shù)據(jù)變化迅速，規(guī)則只能反映當(dāng)前數(shù)據(jù)庫的特征，隨著不斷的加入新數(shù)據(jù)，規(guī)則要不斷更新，要求在新數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上修正原來的規(guī)則，從而快速做出反應(yīng)，這種情況可稱為“增量式”的數(shù)據(jù)挖掘。d) 數(shù)據(jù)挖掘中，規(guī)則的發(fā)現(xiàn)基于大樣本的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，當(dāng)置信度達(dá)到某一閾值是，就可以認(rèn)為規(guī)則成立。3.1.2 數(shù)據(jù)挖掘的核心思想a) 分類分類或許是數(shù)據(jù)分析最基本的形式

56、。數(shù)據(jù)挖掘的一項(xiàng)基本任務(wù)就是用類別已知的數(shù)據(jù)找出規(guī)則，然后把這些規(guī)則用在未進(jìn)行分類的數(shù)據(jù)上。b) 預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)和分類相似，差別在于我們是預(yù)測(cè)一個(gè)變量的數(shù)值，而不是一個(gè)類別（比如購買者或者非購買者）。在分類時(shí)，我們?cè)噲D去預(yù)測(cè)一個(gè)類別，而預(yù)測(cè)是指預(yù)測(cè)一個(gè)連續(xù)變量的數(shù)值。c) 關(guān)聯(lián)分析有了儲(chǔ)存客戶交易信息的大型數(shù)據(jù)庫自然就產(chǎn)生了對(duì)購買物品進(jìn)行的關(guān)聯(lián)分析。通過關(guān)聯(lián)分析得到 “關(guān)聯(lián)法則”，然后這種法則以多種方式被利用。d) 數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)敏感的數(shù)據(jù)分析經(jīng)常需要把復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡(jiǎn)。這種把大量的變量（或者記錄）合并而得到一個(gè)較小數(shù)據(jù)集合的過程叫數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)。e) 數(shù)據(jù)探索數(shù)據(jù)挖掘的一個(gè)重要部分就是審查和檢驗(yàn)數(shù)據(jù)以了解它

57、包含什么信息。在此為全面了解數(shù)據(jù)需要減少數(shù)據(jù)集合的大小或者維數(shù)。類似地，聚類分析可被用于把所有記錄劃分到由相似記錄構(gòu)成的幾個(gè)組里。f) 數(shù)據(jù)顯示了解數(shù)據(jù)包含信息的另一個(gè)技術(shù)是圖形分析23。3.1.3 數(shù)據(jù)挖掘的分類數(shù)據(jù)挖掘結(jié)合了數(shù)據(jù)庫技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等領(lǐng)域的知識(shí)，從深層次中發(fā)掘存在于數(shù)據(jù)內(nèi)部的有效的、新穎的、具有應(yīng)用價(jià)值的模式。因此，我們可以根據(jù)發(fā)現(xiàn)的知識(shí)類型將其分成以下幾類24：a) 關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘關(guān)聯(lián)規(guī)則（association rule）是數(shù)據(jù)挖掘中最先研究的對(duì)象之一，關(guān)聯(lián)規(guī)則的挖掘在實(shí)踐中也有比較成熟的應(yīng)用，挖掘的目的也從最初的發(fā)現(xiàn)項(xiàng)集之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系擴(kuò)展為不同類型的關(guān)聯(lián)關(guān)系。b) 特