“煤改电”工程实施前后农网负荷特性分析

刘艳茹 杨卫红 王 基 贡晓旭



“煤改电”工程实施前后农网负荷特性分析

刘艳茹1杨卫红1王 基2贡晓旭1

（1. 国网北京经济技术研究院，北京 100053；2. 国家电网公司，北京 100209）

为了科学开展农村电力需求预测及统筹农网规划，本文选取了北京、天津武清、河北保定3个“煤改电”重点实施区域农网，结合新一轮农村电网改造升级开展的机井通电、村村通动力电、小城镇（中心村）电网改造升级等专项规划，开展了“煤改电”工程实施后的电力需求预测，并对比了“煤改电”工程实施前后农网的负荷特性变化，分析了农村电力需求的适应能力。

煤改电；农网；负荷预测；负荷特性

随着我国工业化、城镇化的深入推进，能源资源消耗持续增加，我国环境污染日趋严重，温室气体减排压力巨大。近几年来，我国遭遇了大范围的雾霾天气，特别是在冬季供暖期，部分北方城市达到重度污染，严重影响了人民群众生产生活和生命健康。党和政府高度重视节能减排工作，党的十八大把生态文明建设纳入中国特色社会主义事业总体布局。2013年国务院颁布了《大气污染防治行动计划》，同年环境保护部、国家发改委等六部委颁布了《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则》，明确提出了大气污染治理方针和措施。

目前，已初步明确2016—2017年在京津冀区域开展“煤改电”工程，“煤改电”负荷的接入会对电网带来负荷大幅且不均衡增长、电网峰谷差加大等影响，“煤改电”实施区域的负荷特性将发生变化[1]，本文通过开展“煤改电”区域负荷预测，同时结合实施“煤改电”农网区域开展的农村机井通电、村村通动力电、小城镇（中心村）电网改造升级等新一轮农村电网改造升级工程的电力需求，分析“煤改电”工程实施后农村负荷特性变化，综合考虑其对电网规划运行产生的影响，为科学开展农村电力需求预测、统筹农村电网规划、提高农网适应性提供参考。

1 农村负荷类型及特点

农村居民用电按电价类别一般可分为农村居民生活、农业生产、农村一般工商业及其他3大类。根据农村发展水平差异，各类用电类别电量水平亦有相应不同，一般来讲经济发展水平相对较低的地区，居民生活用电所占比重较大。

1.1 农村负荷类型

1）农村居民生活用电

农村居民生活用电可分为照明负荷和家用电器负荷。照明电器主要是白炽灯和日光灯，家用电器主要有电磁炉、空调、电冰箱、电视机、电暖气等。随着农村居民生活水平的不断提高，居民生活用电迅猛增长。农村居民用电在一日内变化较大，白天和深夜用电量较小，而每天晚上八点左右用电量较大。

农村居民用电季节用电量也变化很大。南方酷暑时节，通风降温用电，如电风扇、大功率空调大量使用，使生活用电负荷大大增加。在北方地区，为实现《大气污染防治行动计划》目标，通过农村地区取暖“煤改电”工程建设，电热器将成为居民冬季取暖的主要方式。在冬季，随着部分电采暖设备的投入使用，将造成北方地区冬季负荷明显增加。

2）农业生产用电

农业生产主要涵盖农业排灌、大棚种植、农产品加工、畜牧业养殖等，其用电特征是时间集中、机械用电负荷大，季节性特征明显，非生产季节设备闲置，用电负荷直线下降，供电设施投资回报率较低。

（1）排灌用电

影响排灌用电的主要因素为气候状况，在风调雨顺、气候正常的情况下，排灌用电减少；反之，用电量增加。

（2）农副业加工用电

农副业加工用电主要用于农村脱粒、粮食、饲料加工用电。脱粒的时间一般集中在5、7、10—11月份3个时期。

3）农村一般工商业

（1）乡（镇）村工业用电

在经济发达的省（市、地区），乡（镇）村工业用电已发展为门类齐全的工业结构，成为农村经济中的主要支柱。乡（镇）村工业用电量已在农村用电中占较大比重。一般拥有固定的组织、生产场所、生产设备和从业人员，常年从事生产经营活动，或从事季节性生产经营，全年开工时间在3个月以上。

（2）商业用电

商业负荷主要是指为从事商业经营或围绕商业的一些其他服务行业（如餐饮、娱乐部门等）提供照明、动力、通风和空调等用电负荷。它的特点是用电增长平稳，具有季节性并且易受天气变化影响。在节假日时，其他用电负荷基本上处于较低水平，而商业负荷却正是处于最高用电阶段。

1.2 农村负荷特点

综上所述，根据农村电力负荷类型，农村电力负荷主要有以下特点[2]：

1）季节性

农村主要以农耕为主，受到很强的季节性干扰。灌溉以及农产品的生产以及加工都主要集中在春秋两季，从而使得这两个季节的负荷相对较高，而淡季夏冬两季负荷则较低。

2）功率因数低

农村用户很少出现大型无功补偿设备，都采用小型异步电动机，致使无功损失偏大，功率因数很低，致使网损较大。

3）农网结构改变较大

随着新型城镇化和美丽乡村建设，将会带来农村产业机构的变化，负荷情况也会发生改变。

2 农村“煤改电”工程实施后的电力需求预测

2.1 负荷预测方法

负荷预测方法[3]主要有回归分析法、时间序列法、指数平滑法、灰色模型法、专家系统法、人工神经网络法等。

在进行农网电力负荷预测时，应充分考虑到国家近期的扶贫攻坚、大气污染防治、新一轮农村电网改造等一系列农村建设改造政策，结合“煤改电”、机井通电、小城镇（中心村）电网改造升级、村村通动力电、扶贫开发工程等专项工程，根据其当地负荷类型及其特点开展农村负荷预测[4]，部分用电负荷指标见表1。

表1 部分用电负荷指标

开展“煤改电”工程的地区，其冬季负荷较实施“煤改电”工程前有一定增幅，根据该地区用户情况，电采暖户均供电容量按照6～9kW考虑，同时率按照0.4～0.6考虑，在其历史冬季负荷基础上，相应增加电采暖负荷。

2.2 电力需求预测

选取北京、天津武清、河北保定3个农村“煤改电”重点实施区域，根据各地“十三五”新一轮农村电网改造升级规划，“煤改电”、农村机井通电、村村通动力电、小城镇（中心村）电网改造升级等专项工程的建设时间为2016—2017两年时间，因此选取2017年为规划年开展负荷预测，分析“煤改电”等各专项工程实施后对农网负荷带来的影响。2017年北京、天津、河北保定农村“煤改电”区域电力需求预测结果见表2。

表2 各地“煤改电”区域农村电力需求预测结果 （单位：万kW）

注：北京市“十三五”期间无机井通电、动力电、小城镇（中心村）建设需求；天津市“十三五”期间无机井通电、动力电建设需求。

可以看出，结合各专项规划及其他自然增长负荷预测结果，2017年北京、天津武清、河北保定三地“煤改电”实施区域的农网最大负荷分别为652万kW、130万kW、282万kW；各地区负荷都有较大幅度的增长，其中河北保定地区农网负荷年均增速达到了132%，主要由于其新增“煤改电”负荷占比较大，为62%。北京地区农网负荷年均增速相对较低，为35%，主要由于其新增“煤改电”负荷占比较小，仅为18%。

从2016—2017年新增负荷来看，河北保定农网新增“煤改电”负荷较大，为175万kW，天津武清2016—2017年农网新增“煤改电”负荷较小，为33万kW；天津武清包含小城镇（中心村）改造升级新增负荷，河北保定包含机井通电、村村通动力和小城镇（中心村）改造升级新增负荷，但总量均较小。

3 农村“煤改电”工程实施前后的负荷特性分析

结合北京、天津武清、河北保定3个地区农网“煤改电”实施重点区域的电力需求预测结果，对比其现状年（2015年）和规划年（2017年）的负荷特性，重点分析“煤改电”工程实施完成后对当地农网负荷特性的影响。

3.1 北京“煤改电”重点区域农网负荷特性分析

1）年负荷特性

北京“煤改电”实施重点区域农网2015年现状年负荷曲线（蓝色）如图1所示。可以看出，“煤改电”工程实施前，北京地区最大负荷出现在8月，为482万kW，季不均衡系数为0.8（即全年各月最大日的最大负荷之和的平均值与年最大负荷的比值）。

图1 北京农网“煤改电”工程实施前后年负荷曲线

2017年北京农村地区“煤改电”工程实施后，预计新增电采暖负荷（灰影区域）主要集中在冬季1—3月和11—12月，11月达到峰值，为119万kW，占其农网负荷的18%。

2）年最大日负荷变化曲线

以现状年（2015年）夏大和冬大日负荷曲线为基础，结合北京新增“煤改电”和其他自然增长负荷的日负荷特性曲线，叠加得到规划年（2017年）夏大和冬大日负荷曲线数据，如图2所示。可以看出，夏季典型日的最大负荷一般出现在晚间的 16∶00—20∶00，“煤改电”工程实施前后夏季最大日负荷曲线变化不大，而冬季典型日的最大负荷时刻发生变化。主要由于“煤改电”工程的电采暖负荷一般出现在冬季的采暖季，因此仅冬季典型日负荷曲线发生变化。

图2 北京农网“煤改电”工程实施前后日负荷曲线

以日最大负荷为基准值，北京“煤改电”实施重点区域农网2015、2017年最大日负荷率曲线如图3所示。可以看出，“煤改电”工程实施前，冬季典型日的最大负荷一般出现在晚间的20∶00— 24∶00；“煤改电”工程实施后，冬季典型日最大负荷一般出现在晚间时段的22∶00至次日7∶00。“煤改电”工程实施前后冬季典型日的最大负荷峰谷差率（即日最大、最小负荷之差与日最大负荷的百分比值）分别为5%和19%，平均负荷率（即日24个整点负荷的平均值与日最大负荷的百分比）分别为0.97和0.89。主要由于北京农村地区现状负荷曲线较平稳，峰谷差不大，“煤改电”工程的实施，造成北京农网地区的负荷峰谷差变大，负荷曲线波动明显。

图3 北京农网“煤改电”工程实施前后年最大日负荷曲线

3.2 天津武清“煤改电”重点区域农网负荷特性分析

1）年负荷特性

天津武清“煤改电”实施重点区域农网2015年现状年负荷曲线（）如图4所示。可以看出，“煤改电”工程实施前，天津武清地区最大负荷出现在8月，为85万kW，季不均衡系数为0.87。

2017年，天津武清农村地区“煤改电”工程实施后，预计新增电采暖负荷（灰影区域）主要集中在冬季1—3月和11—12月，1月达到峰值，为32.7万kW，占其农网负荷的25%。

图4 天津武清区农网“煤改电”工程实施前后年负荷曲线

2）年最大日负荷变化曲线

以现状年（2015年）夏大和冬大日负荷曲线为基础，结合天津新增“煤改电”、小城镇（中心村）及其他自然增长负荷的日负荷特性曲线，叠加得到规划年（2017年）夏大和冬大日负荷曲线数据，如图5所示。可以看出，夏季典型日的最大负荷一般出现在上午的9∶00—11∶00，“煤改电”工程实施前后夏季最大日负荷曲线变化不大，而冬季典型日的最大负荷时刻发生变化。主要由于“煤改电”工程的电采暖负荷一般出现在冬季的采暖季，因此仅冬季典型日负荷曲线发生变化。

图5 天津武清农网“煤改电”工程实施前后日负荷曲线

以日最大负荷为基准值，天津武清“煤改电”实施重点区域农网2015、2017年最大日负荷率曲线如图6所示。可以看出，“煤改电”工程实施前，冬季典型日的最大负荷一般出现在上午的9∶00—11∶00；“煤改电”工程实施后，冬季典型日最大负荷一般出现在晚上的18∶00—20∶00。“煤改电”工程实施前后冬季典型日的最大负荷峰谷差率分别为40%和42%，平均负荷率分别为0.81和0.8，负荷曲线波动程度变化不大。

图6 天津武清农网“煤改电”工程实施前后年最大日负荷曲线

3.3 河北保定“煤改电”重点区域农网负荷特性分析

1）年负荷特性

河北保定“煤改电”实施重点区域农网2015年现状年负荷曲线（）如图7所示。“煤改电”工程实施前，河北保定地区最大负荷出现在7月，为121万kW，季不均衡系数为0.8。

图7 河北保定农网“煤改电”工程实施前后年负荷曲线

2017年，河北“煤改电”工程实施后，预计新增电采暖负荷（灰影区域）主要集中在冬季1—3月和11—12月，1月达到峰值，为175万kW，占其农网负荷的62%，比重较大。

河北保定“煤改电”实施重点区域农网的机井通电新增负荷较小，且由于供暖期和灌溉季节不同步，负荷不会叠加，初步认为“煤改电”工程建设需求基本能够覆盖机井通电建设需求。

2）年最大日负荷变化曲线

以现状年（2015年）夏大和冬大日负荷曲线为基础，结合天津新增“煤改电”、机井通电、动力电、小城镇（中心村）及其他自然增长负荷的日负荷特性曲线，叠加得到规划年（2017年）夏大和冬大日负荷曲线数据，如图8所示。可以看出，夏季典型日的最大负荷一般出现在上午的9∶00—11∶00，“煤改电”工程实施前后夏季最大日负荷曲线变化不大，而冬季典型日的最大负荷时刻发生变化。主要由于“煤改电”工程的电采暖负荷一般出现在冬季的采暖季，因此仅冬季典型日负荷曲线发生变化。

以日最大负荷为基准值，河北保定“煤改电”实施重点区域农网2015、2017年最大日负荷率曲线如图9所示。可以看出，“煤改电”工程实施前，冬季典型日的最大负荷一般出现在上午的9∶00—11∶00和下午17∶00—19∶00；“煤改电”工程实施后，冬季典型日最大负荷一般出现在晚上的 22∶00至次日7∶00。“煤改电”工程实施前后冬季典型日的最大负荷峰谷差率分别为51%和66%，平均负荷率分别为0.75和0.6。主要由于其农网地区新增“煤改电”负荷比重较高，由于电采暖负荷时段性的特点，造成“煤改电”工程实施后河北农网地区的负荷峰谷差较大，日负荷曲线波动明显。

图9 河北保定农网“煤改电”工程实施前后年最大日负荷曲线

3.4 “煤改电”实施后农网负荷变化趋势分析

1）从北京、天津武清、河北保定“煤改电”实施重点区域农网的年负荷特性来看，“煤改电”工程实施后，各地负荷特性曲线高峰均由夏季转移到冬季，当地电采暖负荷需求比重越高，季不均衡系数越低，负荷曲线波动性越明显。

2）从北京、天津武清、河北保定“煤改电”实施重点区域农网的冬季负荷最大日负荷曲线来看，“煤改电”工程实施后，由于电采暖负荷的增加，冬季典型日最大负荷由上午时段转移到晚间时段，当地“煤改电”工程新增负荷需求比重越高，其日负荷曲线的峰谷差越高，负荷曲线波动性越明显。

3）“煤改电”实施重点区域农网的机井通电、小城镇（中心村）、动力电等新增负荷均相对较小，且由于供暖期和灌溉季节不同步，灌溉负荷与取暖负荷基本不会叠加，初步认为“煤改电”负荷需求基本覆盖机井通电、小城镇（中心村）建设、通动力电的农网负荷需求。

4 结论

通过对“煤改电”实施后农网负荷特性开展分析研究，总结如下：

1）“煤改电”工程实施后，京津冀区域农网负荷都有较大幅度的增长。

由于供暖期和灌溉季节不同步，且小城镇（中心村）、动力电负荷相对较小，初步认为在“煤改电”需求较大的农网，“煤改电”负荷需求基本能够覆盖机井通电、小城镇（中心村）建设、通动力电等农网专项工程的新增负荷需求。在开展农村电力需求预测过程中，应结合“煤改电”、农村机井通电负荷季节性特点，统筹考虑农村通动力电、小城镇（中心村）改造升级等各专项规划的电力需求。

2）“煤改电”工程实施后，农网的年负荷曲线和典型日负荷曲线峰谷时段均发生了偏移。

从年负荷曲线来看，“煤改电”工程实施后，各地负荷特性曲线高峰均由夏季转移到冬季，当地“煤改电”工程新增负荷需求比重越高，季不均衡系数越低，负荷曲线波动性越明显；从年最大日负荷曲线来看，“煤改电”工程实施后，由于电采暖负荷的增加，冬季典型日最大负荷由上午时段转移到晚间时段，当地“煤改电”工程新增负荷需求比重越高，其日负荷曲线的峰谷差越高，负荷曲线波动性越明显。

3）应统筹考虑“煤改电”工程实施的影响，科学开展配电网规划和建设。

（1）从负荷预测结果来看，由于“煤改电”负荷增长较大，在开展配电网规划时，“煤改电”工程地区建设规模基本能够覆盖农网其他专项工程建设需求。但考虑配电网负荷分散性特点，在“煤改电”工程未覆盖到的农网地区，仍需考虑其他专项工程的建设需求。

（2）从“煤改电”工程实施后负荷特性变化来看，“煤改电”工程实施后的农网地区最大负荷出现在冬季，传统的“迎峰度夏”将转变为“迎峰度冬”，在项目开工投产、计划检修安排等过程中，应考虑其负荷特性变化对电网建设和运行带来的影响，确保电网安全稳定供电。

[1] 高泽, 陈登明, 杨建华, 等. 计及“煤改电”的农村低压配电网规划研究[J]. 电工电气, 2015(5): 1-5, 14.

[2] 尚志高. 农村居民用电负荷分析与预测[J]. 河南电力, 2015(2): 12-15.

[3] 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, 2002.

[4] 刘思, 白桦, 张凯, 等. 基于拟合优度赋权的农网用电需求组合预测[J]. 电力建设, 2015, 36(8): 55-60.

Load Characteristic Analysis of Rural Network before and after the Coal-to-electricity Project

Liu Yanru1Yang Weihong1Wang Ji2Gong Xiaoxu1

(1. State Power Economic Research Institute, Beijing 100053; 2. State Grid Corporation of China, Beijing100209)

In order to plan rural power grid more accurately, combining with the new round of rural grid modification and upgrading project planning, and central village grid upgrade, three rural network regionals of coal-to-electricity project, including Beijing, Tianjin Wuqing, Hebei Baoding, have been chosen to predict the rural load when the coal-to-electricity project completed. Then the change of load characteristics were compared between before and after the coal-to-electricity project.

coal-to-electricity; rural network; load forecasting; load characteristic

刘艳茹（1985-），女，山东省潍坊市人，工学硕士，工程师，主要从事配电网规划和电力系统分析研究工作。