河南省负荷特性研究

白宏坤，李干生

（1.河南省电力公司，郑州 450052；2.河南省电力勘测设计院，郑州 450007）

电网负荷包括负荷水平和负荷特性2部分，通常对负荷水平的预测引起了广泛的关注，而对于负荷特性的研究较少。电网负荷特性的改善，可以有效降低电网设备及电源装机的备用率，从而可以减少电网设备及火电机组的闲置，大大提高电网设备及火电机组的利用效率，并减少不必要的电网及电源建设投资［1—3］。

1 河南电网负荷特性

随着河南省国民经济的持续快速增长，电网最大负荷逐年增大，负荷特性也随着用电消费结构的调整而发生相应的变化。只有对负荷特性进行认真分析和研究，才有可能准确的把握电网负荷特性变化的规律，还可从对负荷特性的研究中分析出当前产业结构、电网建设等方面存在的问题。

1.1 年负荷特性

自2000年以来河南省电网年负荷曲线具有以下特点：全年明显存在夏季和冬季2个高峰负荷，夏季高峰负荷出现在7或8月份，冬季高峰负荷出现在1或12月份（2004、2009年最大负荷出现在12月份）。冬季负荷一般为夏季负荷的0.85～0.99倍，夏、冬两季的负荷峰值之差呈逐年接近的趋势。2000—2009年全省负荷曲线如图1所示。

图1 河南省电网年负荷曲线

由于高耗能产业的快速发展，导致河南电网基荷负荷增长较快，基荷所占比重也在不断上升。同时由夏季制冷或冬季采暖引起的尖峰负荷持续的时间越来越短，年平均月负荷率、月平均最小负荷率、最大负荷利用小时数不断增大。

2000—2009年河南电网各年的负荷持续小时数见表1。从总的变化趋势来看，年持续负荷曲线中的平段负荷持续小时数所占比重自2000年开始逐年增大，尖峰负荷持续小时数所占比重非常小，仅为 1%左右［2，4］。

2000—2009年河南电网负荷特性见表2，年平均月负荷率、月平均最小负荷率、最大负荷利用小时数呈逐步增大趋势。2000—2002年统调最大负荷利用小时数逐步下降，总体在5 500 h左右。2002—2004年又逐步上升，2004—2006年又趋于下降，2007年以后又上升至6 000 h左右。

表1 河南电网年持续负荷曲线 h

表2 河南电网负荷特性

由于在电力供需紧张时期，一般采用工业避峰或拉闸限电的方式进行削峰，从而有效抑制最大负荷的增长，体现在全年可以在最大负荷利用小时上有一定的反映。2003、2004、2007、2008年河南省全省供需比较紧张，从而这几年的最大负荷利用小时较高于一般年份。

2000—2009年河南电网统调最大峰谷差见图2。河南省的年最大峰谷差呈逐年递增趋势，由2000年的3 970MW增长至2009年的9 370MW，年均增长9.7%，增长速度逐年放缓，峰谷差率也呈逐步减小的趋势。

1.2 月负荷特性

河南省各年的月不均衡曲线呈浅凹型，一般夏季的月不均衡系数要低于冬季月不均衡系数。由于3、4月既没有重大节假日，也没有降温采暖负荷的影响，月不均衡系数一般较高，最大月不均衡系数多出现在这2个月份。春节所在月份大多出现在2月份，由于用电情况波动较大，因此月不均衡系数与相邻月份相比有所降低。

图2 河南省年最大峰谷差及年峰谷差率

2000—2009年河南省夏季的月平均日负荷率、月平均最小负荷率明显高于其他季节，反映了夏季的日负荷曲线波动的幅度相对其它季节较小。年内的月平均日负荷率、月平均最小负荷率的最小值多出现在春节所在的月份。同时河南省夏季的月平均日负荷率、月平均最小负荷率还呈逐年上升的趋势。

1.3 典型日负荷特性

河南省2000—2009年各年夏、冬季典型工作日负荷曲线见图3、4。

通过对年负荷曲线，冬季、夏季典型日负荷曲线的分析，可得：

（1）年负荷曲线存在夏季和冬季2个明显的负荷高峰季节，全年最高负荷出现在夏季；夏、冬两季的高峰负荷之差逐年缩小，河南电网日用电高峰冬、夏两季都出现在灯峰时间，夏季在20：00～22：00，冬季在18：00～20：00。

（2）夏季日次高峰负荷出现在11：00～14：00，冬季日次高峰负荷出现在10：00～12：00。夏季的日次高峰负荷一般为日最高负荷的93%左右，在夏季个别日期，11：00～13：00的峰荷甚至高于20：00～22：00的峰荷值，这主要是受气候影响的降温负荷所致。冬季的次高峰负荷一般为日最高负荷的88%左右。

（3）日最小负荷出现在凌晨4：00～5：00左右。夏季日负荷曲线中，在夏季峰荷出现前的17：00～18：00之间会出现另一次峰荷，该次峰荷一般小于等于11：00～12：00的负荷值。这是夏季日负荷曲线不同于冬季日负荷曲线的一个特点。

2 河南电网典型行业负荷特性

随着河南省国民经济的产业调整，用电结构也在不断发生变化，第三产业及居民生活用电比重在逐步上升。由于河南省高耗能工业仍为用电大户，第二产业用电量多年来维持在75%以上，因此本次选取第二产业中的化工、建材、黑色及有色产业，第三产业及居民生活作为河南省的典型用电行业进行研究［3］。

根据负控系统中用户24点负荷数据，选择2007年7、12月份的第3周的第3个工作日分别作为夏季、冬季典型负荷日（非周一、节假日）。

（1）建材行业典型负荷日特征

建材行业中以豫鹤水泥厂、确山水泥厂为例，夏季典型日24点负荷曲线如图5所示（冬季与夏季曲线趋势基本一致，故略）。

建材行业的典型日负荷曲线峰值不明显，全天较高的负荷水平集中在9：00～18：00。日负荷曲线波动较小，日峰谷差率较小，日负荷率较高。

（2）化工行业典型负荷日特征

化工行业中以中原乙烯、中原大化、西平骏马化工、遂平化工厂水泥厂为例，其夏季典型日负荷曲线如图6所示（冬季与夏季曲线趋势基本一致，故略）。

化工行业的用电负荷曲线受生产情况的影响较大，一般来讲，该负荷全天应为一直线。受到外部因素的影响，全天负荷有一定的波动，但是基本还保持在一个平稳的过程。化工行业用电的负荷都相对较为持续平稳，低谷负荷与高峰负荷区分不太明显，日负荷曲线的峰谷差很小。

（3）黑色行业典型负荷日特征

黑色行业的典型日负荷曲线基本为一直线。安钢和济钢、永兴钢厂的产品有所差别，生产工艺也有所不同，在负荷曲线上也呈现出一定的差别，安钢的负荷在一天中稍有波动。负荷波动主要还受生产状况、销售状况等外界因素的影响。

（4）有色行业典型负荷日特征

有色行业中以安阳林州铝厂、三门峡天元铝厂、洛阳伊川铝厂、焦作万方铝厂为例，其夏季典型日负荷曲线如图8所示（冬季与夏季曲线趋势基本一致，故略）。

有色行业的典型日负荷曲线基本为一直线，负荷波动主要受生产状况、销售状况等外界因素的影响。

（5）居民生活用电典型日负荷特征

某居民小区夏季和冬季典型日24点日负荷曲线分别如图9、10所示。

居民生活用电的典型日负荷曲线存在早晚2个用电高峰时段，早高峰负荷大于晚高峰负荷。夏季典型日负荷曲线中，早高峰一般在12：00～14：00，晚高峰一般在20：00～22：00。由于空调负荷在白天和晚上的用电中都占有较大比重，因此夏季典型日负荷曲线的2个用电高峰较为突出。

证明 必要性:若有限群G的幂图P(G)可平面化,由引理5可知群元素的阶只能取自集合{1,2,3,4}.又G幂零,则G只能为2群或3群,故有exp(G)=3或exp(G)整除4.

冬季典型日负荷曲线中，早高峰一般出现在11：00～13：00，晚高峰一般出现在19：00～22：00。由于晚上空调负荷和电采暖负荷相对于白天所占比重更大，且还有灯峰负荷，因此晚高峰与早高峰相差较大。

（6）商场典型日负荷特征

某商场夏季和冬季典型日负荷曲线分别如图11、12所示。

商业用电的典型日负荷曲线受工作时间影响，存在一个用电高峰时段，冬季、夏季负荷曲线形状相似，但是夏季高峰比冬季高峰高，主要是由夏季降温负荷所致。

3 影响负荷特性因素分析

3.1 产业结构调整的影响

负荷特性是全社会用电结构变化的一个重要体现因素。河南省第二产业用电比重大，第二产业特别是工业用电是影响全社会用电量及最大负荷增长的主要因素。

2000—2009年间河南省用电结构发生了较大变化，1990年第二产业用电量在全社会用电量中比例为80.1%，之后所占比例逐渐下降为73.3%，2002—2007年受电解铝、钢铁等重工业迅猛发展的影响，比例又回升至80.1%。2008年至今受世界金融危机的影响，比重又回落至77.5%。第一、第三产业及居民生活用电比例提高至26.7%后又下降至22.5%。河南省各产业用电结构比重变化如图13所示。

高耗能行业用电负荷有其特殊性，即日负荷率和最小负荷率较高（基本一条线运行），导致河南省电网基础负荷持续增大，电网峰谷差增长速度放缓，且导致电网电力负荷特性中日负荷率和最小负荷率的逐步提高。

第三产业与居民生活的用电特性受天气状况影响很大，具有明显的季节性，因此这2类用电水平的显著提高及其用电比重的迅速增加在很大程度上导致了电网年负荷曲线波动幅度加剧，年最大负荷利用小时与年负荷率总体上呈现出下降趋势；导致了地区最大负荷的季节性愈发明显，夏季高峰负荷与春、秋季高峰负荷差距拉大，季节不均衡系数总体呈现出下降趋势。

3.2 工业结构调整的影响

近期河南省高耗能行业发展较快，工业用电增长较快，2000年以来四大高耗电行业用电量占全社会比重约为30%以上，且呈逐年上升趋势。2009年四大高耗能行业用电占全社会用电量44%，占工业用电量57.3%，使得工业中最大负荷利用小时较大、年负荷率较高的传统工业用电比重在全社会用电中仍占较重份额，从而导致最大负荷利用小时近期有所增大。2009年河南省四大高耗能行业用电占工业用电量比重如图14。

图14 2009年河南省四大高耗能行业用电比重

由于目前河南省工业处于重化工业阶段，高耗能工业仍将在以后的一段时期继续占有重要的地位和一定的比重。

3.3 居民收入水平、生活水平提高和消费观念变化的影响

2009年河南省城乡居民生活用电量为208.8 kWh/人，低于2005年全国城乡居民生活用电量水平（217 kWh/人），远低于世界发达国家用电水平（高于1 000 kWh/人）。

随着城乡居民收入的增加、生活条件的改善，其消费观念也在发生深刻的变化。联合国粮农组织提出了一个划分贫困与富裕的标准，即恩格尔系数在59%以上为绝对贫困，50%～59%为勉强度日，40%～50%为小康水平，30%～40%为富裕，30%以下为最富裕。恩格尔系数越低，生活水平就越高。2007年河南城镇居民家庭恩格尔系数为34.6%，农村居民家庭恩格尔系数为38.0%，2007年分别比2000年的36%和49.7%下降1.4个和11.7个百分点。河南省城乡居民恩格尔系数的下降体现了人们消费观念已从温饱型向舒适型、发展型方向转变。

生活水平的提高和消费观念的转变，以及“城乡电价一统价”、“农田机井通电”工程及“家电下乡”等工程的实施，对居民用电水平与用电习惯有着很大的影响。居民用电水平的提高和用电习惯的变化，使得河南省用电负荷的季节性、时段性特征愈发明显，主要体现在：夏、冬两季高峰负荷与春、秋两季高峰负荷的差距逐渐拉大，年负荷曲线波动幅度加大；夏季典型日和冬季典型日的日峰谷差逐渐加大，日负荷曲线波动幅度加大。

3.4 电力供应能力的影响

拉闸限电以及移峰错峰属于人为的削峰、错峰，在一定程度上扭曲了电网正常的负荷特性。河南省用电形势也对电力负荷日负荷率和最小负荷率有一定的影响。通过对日负荷率和最小负荷率大小的分析，可以看出2002、2004、2006及2007年电力供应形势较为紧张，出现了部分月份移峰限电情况，其他年份供电形势较好，以2000、2005年为最佳。

总的来说，“十五”以来，特别是2002—2004年及2006—2009年，河南电网虽然因电力供应能力不足出现拉闸限电的现象，由于缺电情况不太严重，限电情况在一定程度上抑制了最大负荷及峰谷差的增长，对最大负荷利用小时及年负荷率的下降也起到了一定的阻滞作用，但根据各项数据统计分析，各年的主要负荷特性指标并未发生明显的突变，因此可认为拉限的影响范围及其程度都比较局限，没有掩盖河南电网负荷特性的自然变化规律，用电消费结构仍然是影响负荷特性变化的最直接因素。

3.5 气温气候的影响

随着人民生活水平的提高，对生活舒适度的要求也提高，酷暑和严冬对夏季和冬季的最大负荷的增长影响较大，而干旱对春季、秋季排灌负荷的影响，是造成时段性、季节性缺电的主要原因之一。

根据对河南省夏季和冬季最大负荷月负荷变化与气温变化的相关性研究，得出河南省夏季和冬季的用电负荷均存在一个较为明显的温度敏感区间。夏季的日最高气温由27℃上升至28℃并且直至31℃时，降温负荷随着空调设备的大量启动开始大幅增长，在27～31℃范围内，负荷对气温升高的敏感程度明显要高于其他温度区间。

河南省全年最高负荷一般出现在夏季持续高温期，除2004、2009年外，2003—2009年全年最高负荷分别出现在持续高温的7月或8月。

4 结论及建议

通过对河南省负荷及负荷特性的研究分析总结出“十五”以来全省负荷特性的主要变化规律，分析出当前全省产业结构、电网建设等方面存在的一些问题，并提出以下建议。

（1）现阶段河南电网负荷特性可反映出河南省产业结构目前存在的问题，即第二产业结构比重较重，河南省产业结构亟需优化。

（2）进一步协调统一电源和电网建设，从根本上扭转电力供需的紧张形势，避免强制性因素造成负荷特性的人为扭曲。

（3）加强需求侧管理工作，合理科学用电，改善负荷特性，从而达到减缓电力需求增长，优化负荷曲线和负荷特性指标的目标，这也有利于提高电网的综合经济效益，提高电网运行的安全稳定性。

（4）加强对典型行业负荷特性的调研，尤其是对高耗电行业的跟踪分析，提高对典型行业负荷的把握程度，从而为分析预测奠定更坚实的基础。

（5）深入开展电力系统负荷特性研究，并定期滚动更新，积累经验，对提高电力发展规划工作的科学性、电网运行的经济性、电网经济调度的合理性以及电力营销和需求侧管理工作等都具有重要的意义。

［1］ 赵希正.中国电力负荷特性分析与预测［M］.北京：中国电力出版社，2001.

［2］ 刘达，戚庆茹，叶艳.京津唐电网负荷特性分析［J］.电力需求侧管理，2009，11（3）：34-36.

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