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1、 本科毕业设计说明书（论文） 第 55 页 共 55 页1 绪论1.1 本课题研究的目的及意义随着电力工业的发展和电力体制改革的深化，以及电力需求侧管理(DSM)技术的广泛应用，电力行业的管理和电力企业的运营逐步暴露出一些新的问题。比如电价的分类不尽合理，电力用户分类不尽合理，阻碍了市场经济条件下电力资源的优化配置1。现行的电价分类基本上按照用户用电行业和用途划分为居民生活、非居民生活、商业、非工业、普通工业、大工业、农业生产、贫困县农业灌溉28大类。供电部门传统的负荷分类方法，往往是依据用户的经济活动特点进行划分，带有一定的主观性。由于设备构成、生活习惯等因素的影响，具有相同经济活动特点的用
2、户，其负荷特性也并不完全一致。这种分类方法没有考虑用户的用电负荷特性，定价过程中的政策因素多于效率因素，使电价水平既不能反映电力企业的生产成本，也不能适应市场经济的需要，严重阻碍了市场经济条件下电力资源的优化配置3。售电商需要根据电力消费者的电力需求特点、用电行为和用电习惯等不同特征进行市场细分，制定相应的营销策略。由于用户的负荷曲线反映了用户用电行为的特征和偏好，而不同的用电行为对电力系统的生产运行成本影响不同，因此，利用负荷特性曲线的特征对用户进行分类有利于合理电价机制的形成，有助于电力销售公司制定营销策略4。电力用户负荷分类已经成为一项十分重要的基础性工作，负荷定价、负荷预测、系统规划、
3、负荷建模等工作都需要对负荷类型有一个科学准确的分类5。 另外，由于电力负荷数据量不断增大，新负荷指标不断增多，分析变得越来越复杂，这就给负荷特性研究带来了很大的困难。所以，电力负荷特性分析迫切需要一种能快速处理海量数据的技术支持。这就需要把数据挖掘技术引入到电力用户负荷特性的分析中来7。深入研究电力负荷分类的方法及应用，有利于及时掌握用电负荷的变化规律和发展趋势，有利于用电负荷的科学管理，有利于计划用电工作的开展。因此具有重要的理论意义和现实意义8-11。基于数据挖掘技术的负荷特性分析方法应运而生。1.2 电力负荷的特点电力负荷一般可以分为居民用电负荷，商业用电负荷、农、林、牧、渔用电负荷，工
4、业用电负荷以及其它用电负荷等。不同类型的负荷具有不同的特点和规律。但受电力特点（即电能无法大量储存，电力的生产和消费必须在同一瞬间进行）的影响，电力负荷呈现出如下的共同特点：a) 电力系统的负荷是经常变化的，不但按小时变、按日变，而且按周变，按年变。但对电力系统的负荷曲线从每周来分析，负荷的变化是具有周期规律的，如图1.1所示。图1.1 以天为周期的负荷曲线从图中可以看出；负荷每隔几小时不断起伏，具有较大的周期性，即负荷的变化周期为几小时（一天）。但电力负荷并非简单的重复前一个周期，而是存在一个随机分量使每个周期的数值发生改变。正如上面所提到的，电力负荷不但具有天周期，还具有周周期（如图1.2
5、）、月周期和年周期。一般说来，负荷的周周期是比较明显的，在公休日的负荷水平较低，工作日的负荷水平较高，这与人民的生产、生活和学习大都是以周为单位安排计划有关，而且在工作日用于生产的负荷较多，而在休息日所用的生产负荷较少。同样的，电力负荷的月周期和年周期也都与人们的工作、生活规律相关。图1.2 以周为周期的负荷变化图b) 电力负荷同时又是连续的，这是指在负荷曲线上任意相邻两点之间的变化是连续的，不存在奇点，从电力系统的稳定性要求可以找出负荷的连续性的原因。为了保证系统稳定运行，必须避免对系统造成大的冲击，无论是增加或是切除负荷时都要求负荷的变化大小在一定的范围之内。由于这个限制，负荷总量就表现为
6、一个连续变化的过程，负荷曲线一般不会出现大的跃变。另外，由电力负荷的构成分析中可以看出电力负荷还具有非常明显的季节性特点。在比较温和的春、秋季节，由于温度、天气状况适合人们的工作和生活，这两季的负荷受天气影响程度较低。夏季和冬季受气温影响较大，天气的变化将带来降温和取暖负荷的大量增加或减少，呈现出比较明显的季节性特点。因此，如果不考虑经济发展的影响，夏季和冬季的负荷一般来说要高于春秋季的用电负荷，夏季的用电负荷又要高于冬季的用电负荷，这与各类用电负荷的季节性相关。所以我们常常讨论的是有典型意义的夏季与冬季的负荷情况。近几年以来，随着经济的高速发展和人民生活水平的提高，电力供需矛盾日益突出，特别
7、是高温季节峰期用电负荷尤为紧张。2002年，江苏省最大统调负荷达1976.2万kW；2003年，江苏省最大统调负荷达2215.4万kW，高峰时期负荷缺口近300万kW12；2004年，随着经济的进一步增长，江苏全省在夏季高温季节的用电缺口达到900万kW，约占全省用电量的1/3。以江苏为例，在负荷缺口日益增加的同时，负荷的峰谷差进一步拉大，见表1.1：表1.1 江苏省电网电力负荷情况单位：万kW年份最大统调负荷最小统调负荷最大峰谷差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年期间，江苏全省的最大统调负荷增加了1109.7万kW，增长率达到100.36，最低负荷增加752.1万kW，最大峰谷差增大了357.8万kW。考虑到江苏自2001年开始实行有序用电，进行错峰填谷，实际上最大统调负荷更高，最低统调负荷将有所下降，峰谷差进一步拉大。因此，如何充分挖掘低谷潜力，平衡用电负荷，缓解电力结构性矛盾，已成为摆在电力工作者面前的重要课题。随着国民经济的快速发展，工厂生产和办公条件的改善，特别是人民生活水平的不断提高，越来越多的空调、制冷设备等电器投入使用，这使得夏季特别是
9、高温期间电力负荷的季节性特点更加明显。在夏季高温期间，电力负荷中的空调用电比重较大，在部分城市甚至达到用电负荷的60，空调的普及使得负荷总量随温度改变而改变；尤其是空调的降温负荷，现在已成为夏季高温季节的主要用电负荷之一。从图1.3可以看出，夏季高温期间负荷呈现出明显的峰谷特点，晚十点至早八点为负荷的低谷，九点开始后受工厂生产、特别是办公空调和工厂降温负荷的影响，负荷呈现出急剧上升并在十点左右形成早峰；其后由于下班和午休的影响，负荷下降，形成低谷，而后又在16时左右形成负荷的腰峰；晚上，随着居民降温负荷的急剧上升，在十九时或二十时左右形成了负荷的晚高峰，晚高峰的负荷主要由空调负荷和居民晚间照明
10、负荷组成，并与部分工厂的生产负荷相迭加，一般晚高峰的负荷高于早峰和腰峰的负荷，对夏季负荷高峰的形成有着极大的影响。图1.3 典型夏日负荷曲线如图1.4，冬季负荷，尤其是低温期间的负荷与夏季高温期间的负荷基本类似。在上午十时左右和下午十八时左右，由于空调和取暖设备的大量使用，使得负荷随温度的降低而激增，形成了负荷的高峰。冬季由于工作时间的变化，一般不存在负荷的腰峰。同夏季一样，晚间的负荷高峰也主要有取暖负荷和居民晚间照明负荷组成，高于早峰负荷。图1.4 典型冬日负荷曲线除了温度这个最主要的影响因素以外，电力负荷还受到降水量、湿度、风向等诸多因素的影响。但这些影响因素要视不同地区的实际情况而定，并
11、非都是负荷预测的主要考虑因素。如对于降水量较大的地区，不仅要考虑农业旱涝造成的影响，而且降水量对地区的水电同样要产生作用。对不同地区的负荷特性，如果受其中个别因素的影响较大，应该对此进行特别考虑。总而言之，从长时间观察，电力负荷具有周期性的特点；负荷变化是连续的，一般不会出现大的跃变；同时电力负荷对季节、温度、天气等是敏感的，不同的季节，不同地区的气候，以及温度的变化都会对负荷造成明显的影响。除此以外，随着电力市场的逐步深入，电力负荷会有新的特点出现，如需求侧管理方法的使用（如峰谷分时电价、可中断负荷等），高耗能企业的搬迁都会对负荷特性产生一定的影响，必须在进行分析时对其充分考虑13。1.3
12、国内外研究现状电力负荷是一个周期性和随机性都较强的系统，它与社会、经济、政治、气象等众多的因素有着极为复杂的关系。一方面，电力负荷按一定趋势有规律地发展变化；另一方面，负荷受众多因素的影响，随时都可能发生一定的波动。作为评价电网负荷状况的主要指标之一，与时间有关的静态负荷特性研究一直是电力科研人员的重要课题，在国内外受到普遍重视。1952年，日本成立了由日本九大电力公司、电源开发公司等企业联合组成的“日本电力调查委员会”，负责定期对日本电力负荷进行调查，对负荷特性进行分析，对电力需求进行预测。主要采用最大负荷、最大3日平均负荷、平均电力负荷、负荷率、负荷曲线等指标对负荷特性进行分析。我国也很早
13、就开展了对电力负荷特性的研究。早在1989年就由原能源部颁布了电力工业生产统计指标解释，其中对电力负荷特性分析的指标进行了规定。由于各地区经济发展的不平衡，各地区历史资料积累有一定的差距，因此各地区对负荷特性研究的广度和深度存在一定的差距，采用的负荷特性分析指标不完全一致。2000年国家电力公司开展了负荷特性调研及分析预测，对重点地区采用的主要负荷特性指标和负荷特性曲线进行了汇总10。目前负荷特性分析的主要方法有：a) 负荷曲线分析：通过绘制图表来分析负荷特性，包括年、月、日的负荷指标分析等等；b) 相关性分析：主要包括分析时间因素、气象因素、经济因素等与负荷之间的关系：比如夏季、冬季典型日的
14、负荷特性分析，敏感负荷分析等等；c) 回归分析：是根据历史数据及一些影响负荷变化的外部因素建立不同的回归模型来分析及预测负荷特性。由于各地电力用电特性存在差异，针对不同的地区，必须根据自己的具体情况来进行需求侧管理，通过研究、了解地区负荷特性来指导需求侧管理。对于现有的负荷特性分析的指标，由于是在对大区域、大电网负荷特性进行分析的基础上建立起来的，存在数据量大，新负荷指标数量不断增多，分析复杂，对于市级电力企业进行负荷特性分析难度和工作量较大的特点。和需电量预测分析相比，负荷特性的分析比预测难度更大，目前存在的主要问题：一是目前缺乏系统的负荷资料及负荷分析方法；二是各个行业典型负荷特性曲线的获
15、取以及加工处理比较困难；三是定量分析各种因素（主要是自然因素和政策因素）对整个社会负荷特性的影响有一定难度，缺乏直观的表达手段。当然还有其他一些问题：比如从负荷特性指标体系的建立情况来看，负荷特性指标的建立主要依据经验，其中部分指标能否真实反映负荷变化规律有待验证；负荷特性分析方法主要以定性分析为主，辅以简单的定量分析，有效的定量分析方法较少。1.4 负荷特性分析的意义近年来,随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,降温及取暖电器的拥有率及使用率逐年上升，而且这种增长趋势还会加快。统计资料表明，现在江苏省南京市居民每百户拥有空调超过70台。再加上商场、宾馆、写字楼、娱乐场所、机关学校及企事业单
16、位的空调容量，降温取暖负荷在总用电负荷中所占的比重越来越大。由于这些负荷一般构成用电峰荷,气温已成为影响电力负荷的一个敏感因素12，因此必须研究负荷随温度变化的规律，为提高电力负荷的预测精度打下基础，以确保电力系统的安全、经济运行。同时加强电力需求侧管理，运用各种措施减少电量消耗，降低了电网最大负荷。电力需求侧管理的目标就是要努力减少用户在电网峰荷时段的电力需求，其根本措施就是使用户更有效地利用能源，即在满足同样能源服务的同时减少其用电量。通过对用户采用先进技术和高效设备提高终端用电效率，减少电量消耗，取得节省电量的效果。峰荷期间运行的节电设备同时降低了电网最大负荷，也获得节约电力减少系统装机
17、容量的效益，既提升了对用户的服务水平，又提高了设备的能效。从上面的分析可以看出进行负荷特性分析的重要性，而且负荷特性分析是进行需求侧管理的必要准备工作，因此做好负荷特性分析工作有以下意义14：a) 对电力系统有利：1) 节约国家对电力工业的基建投资；2) 提高发电设备的热效率，降低燃料消耗，降低发电成本；3) 充分利用水利资源，使之不发生弃水状况；4) 增加电力系统运行的安全稳定性和提高供电质量；5) 有利于电力设备的检修工作。b) 对广大用户有利：1) 可节省国家对用户设备的投资；2) 由于削峰填谷，将高峰时段用电改在低谷时段用电，减少了电费支出，从而也降低了生产成本；3) 对城乡居民生活有
18、利。由于采取调整负荷的措施，各工厂企业职工轮休，并错开上下班时间，从而使地方交通运输、供水供煤气等服务性行业、文化娱乐场所等的负荷都能实现均衡化江苏省电力公司从1995年逐步推广冰蓄冷技术也取得了很多经验，1998年对6个使用冰蓄冷单位分析，装机下降率为28%，年平均移峰率为54.7%，三季度高温平均移峰率为58%。在刺激和鼓励用户改变消费行为和用电方式、减少电量消耗和电力需求方面，还可以对用户采取电价鼓励、折让鼓励、免费安装鼓励、借贷鼓励、节电设备租赁鼓励、节电特别奖励等措施。总之，电力需求侧管理作为可持续发展能源战略的管理技术，完全可以为改善我省的负荷特性做出应有的贡献。1.5 本课题研究
19、的主要内容电力用户负荷分类对于我们的电价定制以及对电力系统的经济分析、运行和规划都具有重要意义，但是目前的电力用户负荷分类仍然存在许多问题，所以需要对其进行进一步的研究，找到分类的更好方法。本文研究的主要问题有： a) 电力用户负荷的组成和分类，负荷特性及要描述和区分各种不同类型用户负荷的特性时需要使用的负荷特性指标，电力负荷分类的应用方向，现阶段电力用户负荷分类中存在的问题；b) 电力用户负荷分类的方法。将大量的电力用户数据进行分类，有多种多样的方法，数据挖掘和知识发现(DMKD)技术就是现阶段使用非常广泛的方法之一，其中用于分类的方法有神经网络法、决策树算法、聚类分析法等，下面第3章将对这
20、几种方法进行介绍和比较，选择出本文所使用的方法；c) 本文通过均值聚类的方法将电力用户数据进行分类。下面第4章中将对均值聚类做一个详细的介绍，并说明本文中所使用的程序的主体部分，以及使用该程序进行聚类分析的结果。2 电力用户的负荷特性及其分类的研究 负荷水平与负荷特性是评价电网负荷状况的两个主要特征指标，从负荷水平可以看出电网用电负荷高低的现状以及增长的趋势；负荷特性则体现出电网用电结构、用电模式等状况的优劣。进入“九五”以来，随着电力供需矛盾的缓解及用电结构的变化，全国各大电网的负荷特性发生了很大变化，负荷特性受发电出力制约的因素已经基本消除，负荷特性趋于正常的用电负荷特性。但是，各地区电网
21、的最大负荷持续较快增长，峰谷差增大，负荷率下降，高峰时段和枯水期电力供应紧张，电网调峰困难，给电网的安全运行带来一定的威胁，同时，“十五”以来，由于近年来经济的飞速发展，以03年夏冬两季全国很多地区的拉闸限电为代表的电荒，负荷特性又呈现新的变化。为了进一步加深对现阶段电力负荷特性的现状的了解，必须把握负荷的变化规律和发展趋势。因此可以用以下方程来描述负荷： (2.1)为了研究负荷特性，建立统一的负荷特性指标体系，1989年由原能源部颁布的电力工业生产统计指标解释，其中设计负荷特性的指标有最高负荷、最低负荷、平均负荷、负荷曲线、负荷率、平均日负荷率、最小负荷率、月生产均衡率、年生产均衡率、最高负
22、荷利用小时、同时率、不同时率、尖峰负荷率等14项指标。2000年国家电力公司对电力工业生产统计指标解释进行了补充修改，增加了峰谷差率指标。2.1 电力负荷的组成电力系统的基本任务是为广大用户不间断地提供优质电能，满足各类负荷的需求。通常负荷是指变电站或某一电网在某一瞬间所承担的工作负荷。而对于用户来说，用电负荷是指连接在电网中的用户所有设备在某一瞬间所消耗的功率之和。电力系统负荷特性，无论是对于系统规划设计，还是安全优化运行，都是极为重要的。所以，对负荷特性的研究，是电力系统的一项重要工作。负荷预测、负荷分类、负荷定价、负荷需求侧管理以及负荷建模等方面的研究，在现代电力市场环境下已经成为占有重
23、要地位的研究领域，同时也是电力系统自动化研究领域中的一项重要内容。电力系统负荷根据不同的行业、不同的生产性质，由不同的用电设备组成的。从微观上来看，各种不同的用电设备都是由几种基本组件所组成，如电饭锅、白炽灯等就主要由电阻组件构成，电容器主要由电容组件所组成，高频线圈、电磁铁和变压器主要由电感组件所组成，各种不同的组件相互组合，就构成了不同的用电设备。从宏观来看，不同的行业因其生产性质的不同，使用的用电设备各不相同。居民（商业）用户的用电设备通常包括：电热器具、电力采暖器具、制冷（空调）设备、家用热水器、照明设备、冰箱、炊事器具、洗衣（洗碗）设备、水加热(水过滤)设备等；工业用户的用电设备通常
24、包括异步电动机、同步电动机、电热设备、整流设备和照明设备等。在工业负荷中，对于不同的行业，用电设备的组成也各不相同。在同一行业内部，由于产品的不同，使用的用电设备也有所差异15。表2.1所示是几类工业用户用电设备比重的统计。表2.1 几类工业用户用电设备比重的统计中小企业纺织企业化工企业（化肥）化工企业（电化）机械加工企业冶金企业异步电动机79.1%99.8%56.0%13.0%82.5%20.0%同步电动机3.2%44.0%1.3%10.0%电热设备17.7%0.2%15.0%70.0%整流设备87.0%1.2%不同地区电力负荷组成方式的不同，决定了负荷的不同特点，也决定了相应影响因素的不同
25、，其结果是，不同地区的负荷对同一影响因素的相应特性具有差异。对同一地区的不同时期，同一影响因素的影响也会不同。所谓的负荷组成的差异性主要体现在两个方面：一是负荷种类，二是各种负荷成分所占比重。不同组成的负荷在这两方面的差异决定了它们的负荷特性及对不同影响因素回应的不相同。究其原因，不同的组成成份对各种影响因素的灵敏度不同，表现出不同的特性10。可见，负荷的具体组成对负荷特性具有根本性和决定性的影响。表2.2列出了江苏省某市2007年不同行业用电所占当年总电量的百分比。表2.2 江苏省某市2007年不同行业用电所占当年总电量的百分比单位：万kWh行业名称2007年所占百分比与2006年相比全社会
26、用电总计337047516.35%A、全行业用电总计312333392.67%15.94%第一产业173050.51%-46.46%第二产业288519685.60%16.13%第三产业2208326.55%24.69%B、城乡居民生活用电合计2471427.33%21.67%城镇居民1050913.12%23.40%乡村居民1420514.21%20.42%全行业用电分类一、农、林、牧、渔业173050.51%-46.46%二、工业286547485.02%15.95%1、轻工业85567525.39%-3.41%2、重工业200979959.63%26.77%从表中可以分析得到一定的负荷组
27、成规律，即各类负荷所占总负荷的比重：工业负荷占有绝大部分的负荷百分比，城乡居民生活用电所占比例与第三产业相差无几。此外，从表中可以得出：对工业负荷、城乡居民生活以及三产用电这三类负荷而言，它们相比2007年同期增长的幅度都是比较大的，尤其是第三产业，增幅达到24.69%；对于农业用电负荷而言，负荷在系统总负荷的所占比例明显偏小，相比2007年同期农业负荷减少了46.46%，说明在该地区工业和第三产业较发达。另外，由于农业负荷所占的比例较小，对负荷的影响较小，故不作分析。2.2 主要的负荷特性和负荷特性指标2.2.1 负荷特性和负荷特性指标电力系统的负荷随时间在不断发生变化，受到多种因素的影响，
28、具有连续性和周期性的特点。掌握用电负荷的特性和变化规律，对于电力系统来讲可以有利于系统安全、稳定地运行，对于供电部门来讲可以获得最佳的经济效益，而对于用户来讲可以充分发挥每一度电能的效益。电力系统负荷特性就是指用电负荷的特点和性质，不同类型的用户负荷表现出不同的负荷特性。例如，在前面所述的各类负荷中，城市居民负荷具有经常的年增长以及明显的季节性波动特点，而居民负荷的季节性变化在很多情况下，直接影响系统峰值负荷的季节性变化，但其影响程度则取决于居民负荷在系统总负荷中所占的比例。尤其是随着电热器、空调装置、电风扇、电冰箱之类的敏感于气候的家用电器日益广泛地采用，使得居民负荷变化对系统峰值负荷变化的
29、影响越来越大。商业负荷也同样具有季节性变动的特性，而这种变化主要也是由于商业部门越来越广泛地采用空调、电风扇、制冷设备之类的敏感于气候的电器所致，并且这种趋势正在增长。相对来说，工业负荷一般都是受气候影响较小的基础负荷。当然，这并不是说它一点不受影响。然而，由于工业负荷本身基础很大，尤其是由于三班连续生产，因此这类负荷变动较小。而其他各类负荷，根据他们的不同特点，也可能具有季节性等特点。要描述和区分各种不同类型用户负荷的特性，就需要使用负荷的特性指标。为加深对全国负荷特性的了解，统一负荷特性指标。2000年3月，国家电力公司组织各省电力公司全面、系统收集有关负荷特性数据，同时选取华东、浙江、湖
30、北、四川四个电网和北京、上海、福州、兰州、长沙、南宁、大连等八个城市进行负荷特性的重点调研和分析，在此基础上，对我国的负荷特性进行了全面的分析。2001年国家电网公司对电力工业生产统计指标解释中的指标进行了补充修改，增加了负荷差率等指标。由此建立了我国进行负荷特性分析的指标体系。a) 日负荷特性（典型）日最大（小）负荷：（典型日）每日24个整点负荷中的最大（小）值。典型日一般选用最大负荷日，也可选用最大峰谷差日，还可根据各地区情况选不同季节的某一代表日（下同）。日平均负荷：日电量除以24。每日24个整点负荷的平均值。日负荷率：日平均负荷与日最大负荷的百分比。日最小负荷率：日最小负荷与日最大负荷
31、比值。典型日负荷曲线：典型日按时间顺序以小时整点负荷表示的负荷曲线。日峰谷差：日最大负荷与日最小负荷之差。日峰谷差率：日峰谷差与日最大负荷的百分比值。b) 周负荷特性周负荷曲线：每周按时间顺序逐日最大负荷曲线。c) 月负荷特性月最大（小）负荷：每月最大（小）负荷日的最大（小）负荷。月平均日负荷：每月日平均负荷的平均值。月平均日负荷率：每月日负荷率的平均值。月负荷率：又称月不均衡率，每月平均日负荷与最大日负荷的比值。月最小负荷率：每月日最小负荷率的最小值。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）负荷特性年最大（小）负荷：全年各月最大（小）负荷的最大（小）值。年平均日负荷：全年月平均日负荷的平均值。年平均日负荷率：全年月平均日负荷率的平均值。年平均月负荷率：全年各月平均负荷之和与各月最大负荷日平均负荷之和的比值。季负荷率：又称季不均衡系数，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。年负荷率：全年平均负荷与年最大负荷的比值。年最小负荷率：全年日最小负荷率的最小值。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。年最大负荷利用小时数：年用电量
33、与年最大负荷的比值。年持续负荷曲线：按全年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序绘制的曲线。年负荷曲线：按全年中逐月最大负荷绘制的曲线。2.2.2 本文所选用的负荷特性指标对系统内的用户负荷进行分类，所依据的就是不同用户的负荷特性。选取不同的负荷特性指标对于分类的结果将有很大影响。本文在分类时所选用的用户负荷特性指标为用户的日负荷曲线，原因如下：a) 负荷曲线是反映负荷随时间变化规律的曲线，通过负荷曲线可以直观地反映出用户负荷的大小和变化趋势，反映出用户用电行为的特征和偏好，并且利用负荷曲线可以快速计算出如日负荷率、日最小负荷率等其它一些特性指标，能够比较全面地反映不同用户所具有的负荷特性。b
34、) 日负荷曲线特别是典型日负荷曲线更是期货、合约交易中分配电量、审核调峰能力及分析互联系统错峰效益的基础。因此，选取日负荷曲线作为系统负荷分类的依据，对于在此基础上的进一步应用有重要的意义。c) 随着电力系统自动化水平的不断提高和各种负荷量测装置的广泛应用，各级电网调度中心和变电站，能够通过数据量测系统(SCADA)，获取大量有关用户的负荷数据，通过对这些数据的分析与处理，可以得到各种不同类型用户的用电负荷曲线，分析用户结构变化对用电负荷的影响，从而充分掌握负荷的变化情况，及时调整电力负荷管理与营销策略。2.3 电力负荷的分类电力负荷的分类是说明国民经济各部门用电情况和变化规律，反映电气化的发
35、展水平和趋势的指标，分析研究经济增长与电力生产增长、社会产品增长与电力消耗量增长的相互关系，进行负荷特性分析的依据。实际电力系统具有各式各样的负荷，系统总负荷由各种不同性质的负荷总加而成。因此，对于实际的电力系统，各种类型的负荷应当有一个正规准确的分类，使得同一类型的负荷具有相同或相似的特性，从而简化或降低负荷管理的难度和复杂性。电力负荷按照不同的标准，可以分成不同的类型。如按重要性来分，可以将电力负荷分成一类负荷、二类负荷、三类负荷等；通过对负荷的影响大小来分，可以将负荷分为基本正常负荷、天气敏感负荷、特别事件负荷和随机负荷等15。一般来讲，负荷可以分为城市民用负荷、商业负荷、农村负荷、工业
36、负荷以及其它负荷。城市民用负荷主要是指城市居民的家用负荷，商业负荷与工业负荷是各自为商业和工业服务的负荷，在我国，农村负荷是指广大农村所有的负荷（包括农村民用负荷、生产与排灌用电以及商业用电等），而其他负荷则包括了市政用电（如街道照明）、公用事业、政府办公、铁路与电车、军用以及其它等。依据不同的标准，可以对负荷类型做出不同的划分。a) 按物理性能划分负荷按物理性能可分为有功负荷和无功负荷。1) 有功负荷：是把电能转换为其他形式的能量，并在用电设备中真实消耗的能量，计算单位为kW。2) 无功负荷：在电能输送和转换过程中，需要建立磁场（如变压器、电动机等）和电场而消耗的功率。它仅完成电磁能量的相互
37、转换，并不做功，在这个意义上称为“无功”，计算单位是kvar。b) 按电能划分负荷按电能的产、供、销生产过程可分为发电负荷、供电负荷和用电负荷。1) 发电负荷：是指发电厂以电网担负的供电负荷，加上同一时刻发电厂的厂用电负荷，单位为kW。2) 供电负荷：是指供电地区内各发电厂发电负荷之和，减去发电厂的厂用电负荷，加上从供电地区外输入的负荷，再减去向供电地区外输出的负荷，单位为kW。3) 用电负荷：是指地区供电负荷减去线路和变压器中的损耗后的负荷，计算单位为kW。c) 按时间划分负荷按时间可以分为年、月、日、时、分的负荷。d) 按对供电可靠性的要求划分根据用电负荷的性质及对供电可靠性要求的不同，负
38、荷可分为一类负荷、二类负荷和三类负荷。1) 一类负荷：中断停电时将造成人身伤亡或政治、军事、经济上的重大损失的负荷，如发生危及人身安全的事故、使工业生产中的关键设备遭受难以修复的损坏、生产秩序混乱，造成国民经济的重大损失等。重要的军事设施、医院、机场等地的负荷一般属于一类负荷。2) 二类负荷：中断停电时将造成严重减产、停工、局部地区交通阻塞，使城市中大量居民的正常活动受到影响等，在我国，大中城市的居民和工厂负荷，一般归入二类负荷。3) 三类负荷：除一、二类负荷之外的一般负荷，这类负荷中断停电时造成的损失不大。如工厂的附属车间、小城镇和农村的公共负荷等常归入此类负荷。e) 按国际上用电负荷的通用
39、分类根据国际上对用电负荷的通用分类，可以对用电负荷进行如下划分：1) 农、林、牧、渔业用电负荷这类负荷主要包括从事各种农作物种植活动时消耗的电力负荷，林木的培育、种植、抚育、采伐、运输过程中消耗的电力负荷；为获得各种畜禽而从事的动物饲养活动中消耗的电力负荷；在海洋、内陆水域养殖和捕捞活动时消耗的电力负荷以及对农、林、牧、渔业生产活动进行各种支持性服务时消耗的电力负荷。这部分负荷受季节、气温等自然条件的影响很大，有时候变化比较剧烈。比如，气温的降低可能会造成农作物灌溉负荷骤降。此外，由于我国地域广阔，各地气候的不同，地理位置也会对这类负荷产生较大的影响，比如，一场大雨对北方干旱地区而言可造成农业
40、负荷骤降，但却可能造成南方多雨地区排涝用电负荷的剧增。2) 工业用电负荷工业负荷是指工业企业用于工业生产的用电，包括提供生活消费品、制作手工工具的轻工业和为国民经济各部门提供物质技术基础的重工业用电。按其行业性质来分，可以将工业分为：采选业：具体包括煤炭采选、石油天然气开采、黑色金属矿采选、有色金属矿采选、非金属矿采选。主要为国民经济生产提供物质生产资料；制造业：具体包括食品、饮料及烟草制造，纺织，服装加工，木材加工及家具制造，造纸业，印刷业，文教体育用品制造、石油加工、化学工业、医药工业、橡胶及塑料制品、非金属矿物加工、黑色金属加工、有色金属加工、金属制品、机械设备制造、交通运输及电气电子设
41、备制造、工艺品制造等。主要是将原材料经过物理或化学变化，产生新的产品；电力、燃气及水的生产和供应负荷：包括发电厂的厂用电、线路损失负荷，燃气和水生产在供应过程中消耗的电力负荷。一般来说，在一年时间范围内，工业用电负荷是比较恒定的，受阴雨、光照等自然气候条件和季节变化的影响较小。3) 居民用电负荷居民用电负荷主要是居民的家用负荷，它具有经常的年增长以及明显的季节性波动特点，而且居民用电负荷的特点还与居民的日常生活和工作的规律紧密相关。但居民负荷的季节性变化在很多情况下，直接影响系统峰值负荷的季节性变化，但其影响程度则取决于居民用电负荷在系统总负荷中所占的比例。随着经济的不断发展，尤其是随着空调、
42、电冰箱、彩电等家用电器的广泛使用，居民负荷变化对系统峰值负荷变化的影响越来越大，同时居民负荷在系统负荷中所占的比重，以及居民负荷季节性变动对系统峰值负荷季节性变动的影响，都会越来越大。从负荷的特点看，地区间呈现不同的特点，如夏季的南方由于大量空调投入，负荷剧增；而北方的冬季在取暖器投运后，也会造成用电负荷增长等。在同一天内，负荷也极不平衡，生活用电的高峰往往和电力系统高峰段重叠。4) 商业用电负荷商业负荷，主要是指商业部门里的照明、空调、动力等用电负荷。包括批发、零售中消耗的负荷和有偿为客户提供住宿和餐饮活动时消耗的电力负荷。商业负荷覆盖面积大，且用电增长平稳。但随着季节的变化，商业负荷同样存
43、在较大的波动。虽然商业负荷在电力负荷中所占比重不及工业负荷和民用负荷，但商业负荷中的照明类负荷占用电力系统高峰时段。此外，商业部门由于商业行为在节假日会增加营业时间，从而成为节假日中影响电力负荷的重要因素之一。5) 其它用电负荷这类负荷包括地质普查和勘探过程中消耗的负荷；建筑和安装过程中的用电负荷；交通运输、仓储和邮政服务中的用电负荷；信息传输、计算机服务和软件制造、服务过程中消耗的用电负荷；金融、房地产、商务过程中消耗的用电负荷；公用事业及管理过程中消耗的用电负荷。这部分负荷占负荷总量的比重相对较小，但随着第三产业的不断发展，其在国民经济中所占比重的不断增加，推动了建筑、计算机服务、信息传输
44、、房地产、仓储等行业的发展，使其用电量迅速增长，呈现出快速增长的趋势。2.4 电力用户负荷分类的应用电力系统负荷分类的研究就是对电力系统用户负荷构成的研究，即对一定范围（一个地区、一个部门、一个企业）内用户负荷组成的种类、比重及其相互之间关系的总体表述。随着电力市场的深入发展和负荷管理技术的不断提高，电力系统负荷分类的应用也越来越广泛，主要体现在以下几个方面：a) 定制电价16随着电力体制的改革和电力市场的发展，现行的电价体制逐渐暴露出新的问题，其中之一就是电价的分类不尽合理。现行的电价分类基本上按照用户用电行业和用途划分6，这种分类方法没有考虑用户的用电负荷特性，定价过程中的政策因素多于效率
45、因素，使电价水平既不能反映企业的生产成本，也不能适应市场经济的需要，严重阻碍了市场经济条件下电力资源的优化配置。随着电力市场改革的不断深入，终端用户将拥有选择售电商的权利，这就要求售电商必须通过制定公平合理的消费价格和相应的营销策略来挖掘和占领更多的市场。因此，售电商需要根据消费者的电力需求特点、用电行为和习惯等不同特征进行市场划分，制定相应的营销策略。文献3中提出了一种考虑负荷分类和用电特性的电价决策方法，特别计及了不同用户的负荷率、电压等级、负荷形状、可靠性要求等因素，通过实际算例验证了该决策方法的有效性，可以作为有关部门在制定电价时的参考。b) 负荷预测总负荷预测原则上有两种办法：一种是
46、根据总负荷的过去历史资料进行预测，另一种办法就是将各类负荷分别预测，然后再综合成总的负荷预测。分类负荷指不同类型的负荷，也可能指不同地区的负荷。直接预测总负荷一般来说较容易操作，而且也较平滑，能够表明负荷增长的趋势。而分类负荷预测的优点在于，在某一类负荷中，其增长趋势的不正常情况有可能被发现，并且由于各类负荷都得到预测，因此，总的负荷预测结果是比较明确的。目前常用的方法是将各类用电负荷的典型负荷曲线进行加权累加的方法，即将预测系统范围内的用电负荷分类后，分别选择典型负荷曲线，分类进行预测，再将分类预测曲线按一定的规则叠加后即可得到待预测的日负荷曲线。文献17以该地区各典型行业的日负荷曲线为依据
47、，运用典型负荷曲线叠加法编制了该地区实际的日负荷曲线，算例结果表明运用该方法编制的地区日负荷曲线可以为该地区错峰用电方案、年度运行方式的制定等提供可靠的参考依据。c) 系统规划与负荷管理18在电力系统规划过程中，在指定季节、日类型等典型情况下，系统总的负荷需求主要取决于用户负荷的构成情况。通过考虑规划地区不同类型用户负荷的增长方式和用电习惯，可以获得更为精确的负荷预测模型，降低规划地区发电容量和负荷需求之间的不匹配程度，减少地区之间通过联络线上的功率传输等。目前，电力需求侧管理（DSM）作为一项新的负荷管理技术，在逐步推行电力市场的条件下，已经引起人们越来越多的关注。它与传统意义上的用电管理有着本质的不同，是一种需要由客户参与、并且能够充分挖掘电能资源的负荷管理方法和技术。由于电力需求侧管理强调客户的参与，因此要求电力公司和客户之间建立良好的伙伴关系，相互了解，共享信息，共同承担风险，共同争取利益。电力需求侧管理通过掌握和分析系统的负荷构成，可以引导电力用户选择合理的用电时间，或采用合理的蓄能方式，达到移峰填谷的作用。从而减少用电峰谷差，降低电力最大需求，提高用