遼寧省日最大電力負(fù)荷與氣象因子的關(guān)系＊

王迪，林毅，王鵬，張婉瑩，孫婧

遼寧省日最大電力負(fù)荷與氣象因子的關(guān)系＊

王迪，林毅，王鵬，張婉瑩，孫婧

（遼寧省氣象服務(wù)中心，遼寧 沈陽 110166）

利用2016—2018年遼寧省日最大電力負(fù)荷資料和多種氣象要素的逐日觀測(cè)資料，探究了遼寧省日最大電力負(fù)荷的變化特征及其與多種氣象因子的關(guān)系。研究表明，近三年遼寧省日最大電力負(fù)荷呈現(xiàn)在波動(dòng)中增長的趨勢(shì)，且冬季平均的日最大電力負(fù)荷高于夏季；將氣象負(fù)荷分離后，分別計(jì)算了氣象負(fù)荷與平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、相對(duì)濕度、降水量、風(fēng)速六種氣象因子的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)氣溫是影響遼寧省氣象負(fù)荷最重要的氣象因子；夏季平均氣溫與氣象負(fù)荷的相關(guān)性最好，除溫度之外，相對(duì)濕度和風(fēng)速對(duì)夏季電力負(fù)荷也有一定的影響，冬季的降水量和風(fēng)速與氣象負(fù)荷也有顯著的相關(guān)性。

電力負(fù)荷；氣象因子；氣象負(fù)荷；氣溫

1 引言

電力行業(yè)是高氣象敏感行業(yè)之一，電能生產(chǎn)和運(yùn)輸、電網(wǎng)調(diào)度、電力負(fù)荷預(yù)測(cè)等均與天氣變化有著密切的關(guān)系[1]。隨著國民經(jīng)濟(jì)的增長和人民生活水平的提高，電力負(fù)荷受氣象要素的影響越來越大。早在20世紀(jì)中葉，國外就有學(xué)者關(guān)注到電力負(fù)荷受氣溫的變化特別敏感。已有的大量研究表明，溫度、濕度、風(fēng)力、日照強(qiáng)度、降水、云量等氣象要素和電力負(fù)荷變化的關(guān)系尤為重要，其中最關(guān)鍵的氣象要素是溫度變化，其次是濕度、風(fēng)力等因素[2]。其中對(duì)電力負(fù)荷影響最明顯的是夏季降溫負(fù)荷[3]，即由氣象要素的變化引起的用電負(fù)荷的波動(dòng)。近年來在全球氣候變暖的背景下，極端天氣事件頻發(fā)，氣象要素對(duì)電力負(fù)荷的影響不斷增大[4]，因此有必要研究電力負(fù)荷隨氣象要素變化的規(guī)律，并且在負(fù)荷預(yù)測(cè)中考慮氣象要素的影響，為電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行服務(wù)。本研究擬通過分析近年來遼寧省電力負(fù)荷與多種氣象要素之間的關(guān)系，找到對(duì)電力負(fù)荷影響最為顯著的高影響氣象要素，為提高電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率提供依據(jù)。

2 資料與方法

2.1 所用資料及處理方法

本文采用的日電力負(fù)荷資料由遼寧省電力有限公司提供，日最大電力負(fù)荷的單位是萬千瓦時(shí)。氣象資料由遼寧省氣象信息中心提供，主要包括日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、平均風(fēng)速、平均相對(duì)濕度等氣象要素的逐日觀測(cè)數(shù)據(jù)。上述所有資料的時(shí)間跨度均為2016-01-01—2018-12-31，數(shù)據(jù)完整無缺測(cè)，且均經(jīng)過了質(zhì)量控制。

遼寧省日最大電力負(fù)荷是遼寧省14個(gè)地市（沈陽、大連、鞍山、撫順、本溪、丹東、錦州、營口、阜新、遼陽、鐵嶺、朝陽、盤錦、葫蘆島）每日最大電力負(fù)荷的累加值。遼寧省逐日各氣象要素是遼寧省14個(gè)地市逐日各氣象要素?cái)?shù)據(jù)的算術(shù)平均值。

2.2 氣象負(fù)荷分離方法

由于電力負(fù)荷受到經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等許多要素影響，為探究電力負(fù)荷與氣象因子的關(guān)系，需要將其受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響的負(fù)荷分量去除，以得到影響其波動(dòng)變化的氣象負(fù)荷分量。

依據(jù)許多學(xué)者的相關(guān)研究[5-7]，本文采用以下公式來分離氣象負(fù)荷：

=0+m+（1）

式（1）中：為日最大電力負(fù)荷；0為受經(jīng)濟(jì)社會(huì)影響的基礎(chǔ)電力負(fù)荷；m為受氣象因子影響的氣象負(fù)荷；為隨機(jī)因素引起的負(fù)荷變化，此項(xiàng)較小一般忽略不計(jì)。0隨時(shí)間線性變化，可用以下公式來表示：

0=+

氣象負(fù)荷m即可用減去0來計(jì)算得到。

3 遼寧省日最大電力負(fù)荷變化特征

2016—2018年遼寧省日最大電力負(fù)荷散點(diǎn)圖及其線性趨勢(shì)如圖1所示。近三年，遼寧省日最大電力負(fù)荷波動(dòng)變化，且呈現(xiàn)明顯的線性增加趨勢(shì)，線性趨勢(shì)系數(shù)為0.45，這與人民生活水平的提高密切相關(guān)。日最大電力負(fù)荷的波峰均出現(xiàn)在夏季和冬季，一年內(nèi)電力負(fù)荷呈“雙峰型”分布，這主要是由于夏季氣溫高，空調(diào)等降溫設(shè)備使用量大大增加而導(dǎo)致降溫負(fù)荷高；遼寧11月已經(jīng)進(jìn)入供暖季，出現(xiàn)在冬季的波峰則主要與供暖能耗有關(guān)[8]。

遼寧省日最大電力負(fù)荷和氣象負(fù)荷的月變化曲線如圖2所示，1月最大原始電力負(fù)荷較高，春季最大電力負(fù)荷逐漸下降，5月最小，入夏6月開始迅速增加，夏季7月和8月達(dá)到一個(gè)波峰，秋季9月和10月電力負(fù)荷下降，入冬之后急劇增加并于12月達(dá)到最大。去除了基礎(chǔ)電力負(fù)荷的氣象負(fù)荷也有一致的變化特征。

圖1 2016—2018年遼寧省日最大電力負(fù)荷散點(diǎn)圖及其線性趨勢(shì)

圖2 遼寧省日最大電力負(fù)荷和氣象負(fù)荷的月變化曲線

從月平均電力負(fù)荷來看，遼寧省冬季平均的日最大電力負(fù)荷要高于夏季，從圖1也可以看到2016和2017年冬季的采暖負(fù)荷極值明顯高于夏季。

但值得注意的是，2018年夏季的7月底到8月初出現(xiàn)了氣象負(fù)荷的最大值（圖略），且2018年日最大電力負(fù)荷排名前五有3天是發(fā)生在這一時(shí)期，通過與天氣實(shí)況進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)2018年7月底8月初的電力負(fù)荷異常升高與同期發(fā)生的持續(xù)性高溫天氣密切相關(guān)。

2016—2018年遼寧省日最大電力負(fù)荷的星期一到星期日的一周變化如圖3所示。平均最大電力負(fù)荷為2 409（單位為萬千瓦），工作日星期一至星期五的電力負(fù)荷數(shù)值全部都高于平均值，而周末兩天的電力負(fù)荷明顯下降，這與周末大部分工作單位停工停產(chǎn)有關(guān)，可見電力負(fù)荷有明顯的周末效應(yīng)。

4 遼寧省日最大電力負(fù)荷與氣象因子的相關(guān)性分析

為了進(jìn)一步探究遼寧省日最大電力負(fù)荷與多種氣象因子的關(guān)系，選取了平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、相對(duì)濕度、降水量、風(fēng)速六種氣象要素。依據(jù)氣象負(fù)荷分離方法提取了2016—2018年遼寧省逐日氣象負(fù)荷之后，計(jì)算了氣象負(fù)荷與六種氣象因子的相關(guān)系數(shù)。

圖3 遼寧省日最大電力負(fù)荷的平均一周變化圖

結(jié)果表明氣溫與氣象負(fù)荷呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，也是影響遼寧省氣象負(fù)荷最重要的氣象因子，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.35，超過置信度為99%的顯著性檢驗(yàn)。

氣象負(fù)荷與氣象因子的逐月相關(guān)系數(shù)如圖4所示，可以清晰地看出各個(gè)氣象因子與氣象負(fù)荷的相關(guān)性變化。逐月來看，氣溫仍然是與氣象負(fù)荷相關(guān)性最好的因子，除了5月之外，其他各個(gè)月份的相關(guān)系數(shù)均通過了顯著性檢驗(yàn)。夏季的6—8月，平均氣溫與氣象負(fù)荷的相關(guān)性較最高氣溫和最低氣溫更好，8月平均氣溫與氣象負(fù)荷的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.82。4月、7月和供暖季的10月到次年1月，相對(duì)濕度與氣象負(fù)荷也有明顯的相關(guān)性。降水和風(fēng)速與氣象負(fù)荷的相關(guān)性僅在冬季的個(gè)別月份通過了顯著性檢驗(yàn)。

圖4 氣象負(fù)荷與氣象因子（平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、相對(duì)濕度、降水量、風(fēng)速）的相關(guān)系數(shù)逐月變化曲線

（虛線即相關(guān)系數(shù)顯著性為0.1的臨界線）

從季節(jié)變化來看，氣溫在夏季與氣象負(fù)荷的相關(guān)性最好，在冬季最差，但均通過置信度為99%的顯著性檢驗(yàn)。夏季，相對(duì)濕度與氣象負(fù)荷呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.25；而風(fēng)速與氣象負(fù)荷的相關(guān)系數(shù)為﹣0.13，即夏季平均風(fēng)速越小，氣象負(fù)荷越大。冬季，降雪量、風(fēng)速與氣象負(fù)荷呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而相對(duì)濕度則與氣象負(fù)荷沒有顯著的關(guān)系。

5 結(jié)論與討論

探究了遼寧省日最大電力負(fù)荷的逐日、逐月、周變化特征及趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)近三年遼寧省日最大電力負(fù)荷呈現(xiàn)在波動(dòng)中增長的趨勢(shì)，且冬季平均的日最大電力負(fù)荷高于夏季，并且存在明顯的周末效應(yīng)。進(jìn)一步研究了電力負(fù)荷與多種氣象因子的關(guān)系，將氣象負(fù)荷分離，計(jì)算了氣象負(fù)荷與平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、相對(duì)濕度、降水量、風(fēng)速六種氣象因子的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)氣溫與氣象負(fù)荷的相關(guān)性最好。從不同季節(jié)來看，夏季平均氣溫與氣象負(fù)荷的相關(guān)性最好，除溫度之外，相對(duì)濕度和風(fēng)速對(duì)夏季電力負(fù)荷也有一定的影響，冬季的降水量和風(fēng)速與氣象負(fù)荷也有顯著的相關(guān)性。

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P461

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.19.002

2095－6835（2019）19－0004－02

王迪（1989—），女，工程師，主要從事專業(yè)氣象預(yù)報(bào)與服務(wù)研究。

2018年遼寧省氣象局科研課題“基于多種氣象要素影響的遼寧省夏季電力系統(tǒng)短期負(fù)荷預(yù)測(cè)研究”

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕