需求侧气象敏感用电量特征分析

陈 健，金 杨，叶延君，简 单

（兰溪市气象局，浙江 兰溪 321100）

0 引言

随着社会经济的发展和人民生活水平的提髙，浙江省用电需求也逐渐增大，供用电矛盾更加紧张，已成为浙江省经济发展首位制约因素[1]。 近年来众多学者研究结果表明各地气象条件的变化与用电需求的关系越来越明显[2-11]，其中卢珊等[7]指出电力负荷在季节和日尺度上与气温的关系十分显著；陈海燕等[9]通过开展浙江盛夏降温用电负荷评估模型研究指出：浙江盛夏降温耗能（降温度日数）年际波动大，浙北区降温度日数略呈下降趋势，浙西南区呈明显下降趋势，而浙沿海区则呈明显上升趋势；盛琼等[10]指出湖州市不同月份不同气象因子对用电量及最大用电负荷的影响各有不同；胡元等[11]指出温州市日用电量与气温、天气状况、相对湿度等具有一定的相关性。为了规范的开展用电需求气象条件等级预测和评价，中国气象局颁布了中华人民共和国气象行业标准，即QX/T 97-2008《用电需求气象条件等级》[12]。 目前兰溪市对用电需求气象条件分析暂未开展，因此为更好地开展用电需求侧气象服务和评价，并对气象行业标准进行本地化释用，本文利用兰溪市相关气象资料，结合该气象行业标准提出的气象敏感用电量条件指数统计方法，计算兰溪市国家气象站逐日气象敏感用电量条件指数，在此基础上，采用Morlet 小波分析和Mann-Kendall 突变检验等方法[13]，对兰溪市各等级气象敏感用电量日数进行气候特征分析。 对兰溪市用电需求侧气象敏感用电量等级预测和电力调度提供依据，更好的开展用电需求侧气象服务和评价。

1 方法介绍

MSPI（气象敏感用电量条件指数）是指与气象敏感用电量相关的主要气象要素及其综合条件指数。 选取日平均气温T、日平均相对湿度U、日平均风速V、日最高气温Tmax、日最低气温Tmin等5 项气象因子为日气象敏感用电量条件指数等级的影响因子，气象敏感用电量条件指数的不同变化范围对应不同级别的用电量。

MSPI 计算公式如下：

气象敏感用电量条件指数等级分为4 个等级（1 级—4 级），每一级的名称、强度解释、气象敏感用电量条件指数范围见表1。

2 兰溪市气象敏感用电量日数气候特征分析

分析兰溪市1960—2017 年历年各级气象敏感用电量日数及年平均各月不同级别气象敏感用电量日数。 由图1 可以看出，兰溪市1 级低气象敏感用电量日数在150～210 天之间，总体呈增加趋势；2 级较高气象敏感用电量日数在90～160天之间，总体呈减少趋势；3 级高气象敏感用电量日数普遍在30～60 天之间，总体呈略微减少趋势；4 级尖峰气象敏感用电量日数大都在30 天以下，总体呈平稳趋势，个别年份没有出现，但近年来有上升趋势。 从历年各级气象敏感用电量日数变化趋势可以看出，气候变化总体对低敏感用电量日数的增加有利，但是随着全球气候变暖，近年来极端天气的增加，影响了最高敏感用电量日数的增加。

图1 兰溪市各级气象敏感用电量日数

由表2 可以看出，兰溪市1 级低气象敏感用电量日数较多的月份主要集中在3—6 月和9—11月，其中日数最多的出现在10 月，达29.8 天，4月次之，达28.5 天；2 级较高气象敏感用电量日数较多的月份主要集中在1 月、2 月、12 月，均在20 天以上，其中日数最多的出现1 月，达27.3天；3 级高气象敏感用电量日数较多的月份主要集中在7 月、8 月，均为15.9 天，6 月、9 月次之，分别为4.6 天和4.0 天；4 级尖峰气象敏感用电量日数主要出现在7 月、8 月，分别为7.3 天和4.1 天，1—5 月和10—12 月4 级尖峰气象敏感用电量日数均为0 天。 冬季（12 月、1 月、2 月）以2 级较高气象敏感用电量日数为主，达70 天，占冬季日数的77.8%，说明冬季属于较高气象敏感用电量季节；春季（3—5 月）以1 级低气象敏感用电量日数为主，达74.3 天，占春季日数的80.8%，说明春季属于低气象敏感用电量季节；夏季（6—8月）以3 级高气象敏感用电量以上日数为主，达48.4 天，占夏季日数的52.6%，说明夏季属于高气象敏感用电量季节；秋季（9—11 月）以1 级低气象敏感用电量日数为主，达72.3 天，占秋季日数的79.5%，说明秋季属于低气象敏感用电量季节。 其中4—5 月、10—11 月1 级低气象敏感用电量日数均在25 天以上，且无4 级尖峰气象敏感用电量日数出现，说明4—5 月、10—11 月属于低气象敏感用电量月份；7—8 月3 级高气象敏感用电量以上日数均在20 天以上，说明7—8 月属于高气象敏感用电量月份。

表1 气象敏感用电量条件指数等级的划分

3 兰溪市气象敏感用电量日数的突变检验

由图2（a）可见，自1972—2017 年，2 级较高气象敏感用电量以下日数有一明显的增加趋势。1998 年后这种增加趋势已稳定超过显著性水平0.05 临界线。 根据UF（标准正态分布）和UB（逆时间序列的标准正态分布）曲线交点的位置，确定2 级较高气象敏感用电量以下日数在1972 年的增加是一突变现象。 在3 级高气象敏感用电量以上日数的Mann-Kendall 检验曲线图2（b）上，自1972—2017 年3 级高气象敏感用电量以上日数有减少的趋势。 2001 年后这种减少趋势在显著性水平0.05 临界线徘徊，由其UB 与UF 曲线交点的位置，断定减少在1972 年后发生了突变。 比较2级较高气象敏感用电量以下日数增加趋势和3 级高气象敏感用电量以上日数减少趋势，两者均在1972 年后发生突变，2 级较高气象敏感用电量以下日数增加趋势更为显著。

由图2（c）可见，自1992—2017 年，1 级低气象敏感用电量日数有一明显的增加趋势。 1999 年后这种增加趋势已超过显著性水平0.05 临界线，2016 年甚至达到0.01 显著性水平，表明1 级低气象敏感用电量日数的增加趋势明显。 根据UF和UB 曲线交点的位置，确定1 级低气象敏感用电量日数在1992 年的增加是一突变现象。

在4 级尖峰气象敏感用电量日数的Mann-Kendall 检验曲线见图2（d）上，自1962—2016 年4 级尖峰气象敏感用电量日数有不显著的减少趋势，由上文分析得出4 级尖峰气象敏感用电量日数主要出现在7 月、8 月，这与陈海燕等[8]研究浙江盛夏降温用电负荷在浙西南区呈明显下降趋势的结论吻合。 由其UB 与UF 曲线交点的位置，断定减少在2016 年后发生了扭转，转变成增加趋势，这一点值得关注。 比较1 级低气象敏感用电量日数和4 级尖峰气象敏感用电量日数的变化趋势，1 级低气象敏感用电量日数的增加趋势更为显著。

表2 兰溪市年平均各月不同级别气象敏感用电量日数

图2 1960—2017 年兰溪市气象敏感用电量日数Mann-Kendall 检验曲线

4 兰溪市气象敏感用电量日数小波分析

分析1960—2017 年期间兰溪市气象敏感用电量日数小波系数实部和小波方差图（见图3），通过morlet 小波分析可以将日数的显著周期及其变量定量化。 在整个分析时段2 级较高气象敏感用电量以下日数和3 级高气象敏感用电量以上日数有8 年左右的显著振荡周期。 1 级低气象敏感用电量日数存在12 年左右的显著振荡周期，2级较高气象敏感用电量日数存在13 年左右的显著振荡周期，3 级高气象敏感用电量日数存在7年左右的显著振荡周期，4 级尖峰气象敏感用电量日数存在12～13 年左右的显著振荡周期。 总结得出1 级低气象敏感用电量日数和2 级较高气象敏感用电量日数变化趋势的是具有较强一致性的，2 级较高气象敏感用电量以下日数和3 级高气象敏感用电量以上日数变化有较强的耦合性，1 级低气象敏感用电量日数、2 级较高气象敏感用电量日数变化和4 级尖峰气象敏感用电量日数变化有较强的耦合性。

5 结论

本文计算了兰溪市1960—2017 年各级气象敏感用电量日数，分析了各级气象敏感用电量日数的年际变化及年平均各月不同级别气象敏感用电量日数特征，结果表明：

（1）兰溪市气象敏感用电量日数1 级最多，总体呈增加趋势；2 级次之，总体呈减少趋势；3 级第三多，总体呈略微减少趋势；4 级最少，总体呈平稳趋势。 其中4 级尖峰气象敏感用电量日数大都在30 天以下，个别年份没有出现，主要出现在7 月、8 月，但近年来有上升趋势。

图3 兰溪市气象敏感用电量日数小波分析

（2）春季、秋季属于低气象敏感用电量季节，冬季属于较高气象敏感用电量季节，夏季属于高气象敏感用电量季节，其中4—5 月、10—11 月1级低气象敏感用电量日数均在25 天以上，且无4 级尖峰气象敏感用电量日数出现，说明4—5月、10—11 月属于低气象敏感用电量月份；7—8 月3级高气象敏感用电量日数均在20 天以上，说明7—8 月属于高气象敏感用电量月份。

（3）2 级较高气象敏感用电量以下日数呈增加趋势，3 级高气象敏感用电量以上日数呈减少趋势，两者均在1972 年后发生突变，2 级较高气象敏感用电量以下日数增加趋势更为显著，其中1级低气象敏感用电量日数在1992 年的增加是一突变现象且增加趋势明显，4 级尖峰气象敏感用电量日数的减少现象在2016 年后发生了扭转，转变成增加趋势，这一点值得关注。

（4）1 级低气象敏感用电量日数和2 级较高气象敏感用电量日数变化趋势的是具有较强一致性的，2 级较高气象敏感用电量以下日数和3 级高气象敏感用电量以上日数变化有较强的耦合性，1 级低气象敏感用电量日数、2 级较高气象敏感用电量日数变化和4 级尖峰气象敏感用电量日数变化有较强的耦合性。