张宇泽 王继锁 何亚樵

摘  要：在分析了天津地区光伏出力特性与电采暖负荷需求特性的基础上，研究了天津地区光伏与电采暖负荷接入对电网日负荷曲线的影响。研究表明天津地区光伏出力特性与商业负荷特性的耦合程度最好，商业负荷集中的地区最能够消纳光伏出力;而工业负荷特性与电采暖负荷需求特性较匹配，电采暖负荷接入工业集中地區可降低地区电网峰谷差。研究结果为天津地区供电企业预测电网负荷需求，指导电网规划建设提供技术支撑。

关键词：光伏;电采暖负荷;负荷特性;负荷曲线

中图分类号：TM715 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）33-0050-03

Abstract： Based on the analysis of photovoltaic output characteristics and electric heating load demand characteristics in Tianjin， the influence of photovoltaic and electric heating load on daily load curve of power grid in Tianjin is searched. The results show that the coupling degree of photovoltaic output characteristics and urban commercial load characteristics is the best， and the area with concentrated commercial load can most absorb photovoltaic power generation; while the industrial load characteristics match with the electric heating load demand characteristics， the peak valley difference of regional power grid can be reduced when the electric heating load is connected to the industrial concentrated area. The research results provide technical support for power supply enterprises in Tianjin to forecast the load demand of power grid and guide the planning and construction of power grid.

Keywords： photovoltaic; electric heating load; load characteristic; load curve

随着电能替代、清洁替代工程不断推进，光伏与电采暖负荷接入已成为电网发展的重要趋势。光伏出力主要受光照、温度等因素影响[1]，白天有光照时发电，夜间无出力。电采暖负荷需求集中在冬季供暖期，负荷特性主要取决于居民用户的热需求。光伏与电采暖负荷的接入均会对电网日负荷特性和日负荷曲线产生影响，可能改变日负荷曲线的峰谷时段和峰谷差。现有文献的研究方向集中在光伏或电采暖负荷接入后的电网负荷预测方法[2-6]，对光伏与电采暖负荷接入后的电网日负荷曲线研究较少。

基于此，本文首先分析了天津地区常规电力负荷特性、天津地区光伏出力特性和电采暖负荷需求特性。在此基础上，研究了天津地区光伏与电采暖负荷接入对电网日负荷曲线的影响。为天津地区供电企业预测电网负荷需求，指导电网规划建设，促进光伏电源消纳和电采暖负荷推广提供技术支撑。

1 天津地区常规电力负荷特性

天津地区常规电力负荷主要包含居民负荷、商业负荷和工业负荷三种类型，均存在自身固有特性[7]。

一年四季中居民日负荷特性大致相同，一天中出现三个负荷峰值，即早上6：00出现第一个小峰值，中午11：00出现第二个峰值，晚上20：00出现一天当中最大的峰值。受夏季和冬季温度的影响，夏、冬季节居民负荷平均水平高于春、秋季节。

四季中商业日负荷特性也大致相同，呈现“梯形”形状，负荷峰值数值差别不大。冬季夜晚温度低，居民出行较少，商业负荷在晚上20：00之后迅速降低;夏季傍晚温度适宜，居民夜晚活动较多，商业负荷在约23：00后出现降低;春、秋季节则位于夏、冬季节之间。

工业负荷一般在早上8：00迅速达到峰值，中午休息时会降低一部分，下午15：00恢复峰值状态，晚饭时间负荷降低，并保持至次日早上8：00。四季中工业负荷日曲线峰谷差区别较小。

2 天津地区光伏接入对电网日负荷曲线影响

2.1 天津地区光伏出力特性

天津地区各区域的气象因素，尤其是光照强度与温度差别不大，光伏出力特性基本一致。大部分地区年日照时数在2200～3000h范围内，年辐射总量在5016～5852MJ/m2，属三类光资源地区。光伏电站设备年利用小时数略高于全国平均水平。

以某光伏电站典型日出力曲线（如图1）为例进行分析，天津地区光伏日出力曲线呈现“一峰”特性，一般中午11：00～14：00为出力高峰期，18：00～次日6：00基本无出力。

各月出力曲线规律基本一致。春季光伏出力最大;夏季虽然光照强度最高，但气温升高导致光伏发电效率下降，因此出力小于春季;秋季的阴雨和雾霾天气对辐照度有影响，光伏出力小于夏季;冬季光伏出力最低。

2.2 天津地区光伏接入对电网日负荷曲线影响

电网对于光伏出力的消纳能力受多种因素制约，其中电网负荷特性与光伏出力特性的匹配程度是较为重要的一方面。若负荷特性与光伏出力特性较匹配，则光伏的接入可有效降低电网净负荷曲线的峰谷差。净负荷指电网实际用电负荷与光伏出力的差值，即该区域接入光伏后的网供负荷。若净负荷为负值则说明光伏出力没有被完全消纳。

分析光伏出力与居民负荷的耦合特性，往往在上午9：00至下午16：00这一时间段会出现光伏出力不能被居民负荷完全消纳的情况。且四季中都会出现该情况，其中春季最明显，秋、夏、冬季次之。四季日负荷曲线峰谷差区别较小。

分析光伏出力与商业负荷的耦合特性，冬、夏季节光伏出力可以被商业负荷完全消纳，仅有春、秋季节可能出现上午11：00至下午15：00这一时间段光伏出力不能被商业负荷完全消纳的情况。四季日负荷曲线峰谷差以春季为最大。

分析光伏出力与工业负荷的耦合特性，往往在上午7：00至9：00和上午11：00至下午15：00这两个时间段会出现光伏出力不能被工业负荷完全消纳的情况。其中在7：00至9：00时间段，只有冬季光伏出力可被工业负荷完全消纳;在11：00至下午15：00时间段，春、秋季光伏出力均不能被工业负荷完全消纳。四季日负荷曲线峰谷差以秋季为最大。

通过以上分析可知，天津地区光伏出力特性与商业负荷的耦合程度最好，其主要原因是城市中大型商场一般在上午9：00～10：00间开始营业，这一特征与光伏典型日出力特性较为相似，商业负荷在中午时段的较高负荷水平实现了对光伏出力的更好消纳。

3 天津地区电采暖负荷接入对电网日负荷曲线影响

3.1 天津地区电采暖负荷需求特性

电采暖负荷需求特性主要取决于居民用户的供暖需求，即热需求。用户热需求指为了维持舒适的室内温度，单位时间需要向室内输入的热量。与当地气候条件、建筑特性和用户用能习惯因素有关。其中气候条件主要包括室外温度、风速和日照等，建筑特性主要包括建筑的功能类型、建筑的形状、围护结构的热性能等[8]，用户用能习惯因素主要包括消费理念、生活方式等。例如部分经济状况相对较差的村庄，虽已拆除燃煤取暖设备，但居民燃烧秸秆取暖、做饭的现象仍然存在，冬季采暖期针对电采暖用户实行的峰谷电价政策能够显著激励居民自主选择在晚间用电低谷时段开启蓄热取暖设备储存热能，在白天用电高峰时段关闭设备释放热能，实现“低谷储能，全天供热”。上班族家庭在白天工作时段的采暖用电负荷需求较小，用电负荷高峰集中在下班回家之后的时间;而家中有老人的用户全天均有供暖需求。通过建立建筑热平衡模型，如式（1），可得到用户的热需求特性曲线：

QT=Q1+Q2-Q3-Q4          （1）

式中：QT为建筑温升耗热量，W;Q1为采暖设备散热量，W;Q2为内热源（照明、炊事、人体等）散热量，W;Q3为围护结构的传热耗热量，W;Q4为门窗渗透耗热量，W。

以某区域典型日电采暖负荷曲线（如图2）为例进行分析，天津地区电采暖负荷高峰出现在晚上20：00，这是因为夜晚时室外温度较低，用户热需求较大，导致电采暖设备启动较频繁，开动功率较大。20：00之后大部分用户进入晚间休息时间，降低了电采暖设备功率或关闭了电采暖设备，用电负荷逐渐下降。白天电采暖设备的用电负荷最低，这是因为白天气温相对较高，不需要很大的功率来维持室内温度，且上班族用户家中无人，不需要取暖。中午12：00后，气温逐步降低，电采暖用电负荷又会逐步上升。

3.2 天津地区电采暖负荷接入对电网日负荷曲线影响

居民负荷集中地区接入电采暖负荷后，负荷曲线出现了峰上加峰的情况，即居民负荷高峰时刻同样是电采暖设备的负荷高峰时刻，居民负荷的变化趋势和电采暖负荷的变化趋势相似。

商业负荷集中地区接入电采暖负荷后，负荷曲线呈现不完全匹配的情况，即商业负荷和电采暖负荷的高峰部分相互重合，也会造成峰上加峰的情况，但变化趋势有所不同。

工业负荷的变化趋势和电采暖负荷的变化趋势基本呈现互补的情况，可有效地平滑负荷曲线，使工业集中地区的电网负荷峰谷差减小。

4 结束语

本文首先分析了天津地区常规电力負荷，包括居民负荷、商业负荷和工业负荷三种类型负荷的特性。

分别分析了天津地区光伏出力特性和电采暖负荷需求特性，其中光伏日出力曲线呈现“一峰”特性，中午11：00～14：00为出力高峰时期，18：00～次日6：00基本无出力;而电采暖负荷曲线峰值出现在晚上20：00，之后用电负荷逐步下降，次日中午12：00后又逐步上升。在此基础上，研究了天津地区光伏与电采暖负荷接入对电网日负荷曲线的影响。研究表明天津地区光伏出力特性与商业负荷特性的耦合程度最好，商业负荷集中的地区最能够消纳光伏出力;而工业负荷特性与电采暖负荷需求特性较匹配，电采暖负荷接入工业集中地区可有效降低地区电网负荷峰谷差。

参考文献：

[1]张兴，曹仁贤，等.太阳能光伏并网发电及其逆变控制[M].北京：机械工业出版社，2018.

[2]李勤超，周立中，赵艳龙，等.基于分布式光伏典型日曲线的统调负荷预测方法[M].浙江电力，2019（6）：113-117.

[3]范文飞.光伏发电接入电网后的分时电价优化策略研究[D].成都：西南交通大学，2015.

[4]吴迪，王正风.基于逐日分段气象算法的日前负荷预测[J].电气应用，2020（6）：61-67.

[5]王明松.风-光-蓄-火联合发电系统的两阶段优化调度策略[J].电网与清洁能源，2020（5）：75-82.

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[7]黄志刚，郑卫洪.天津电网负荷模型及适应参数[J].电网与清洁能源，2011（2）：32-36.

[8]陈丽萍.乌鲁木齐市办公建筑采暖能耗研究[D].乌鲁木齐：新疆大学，2017.