家用空调量增加对电网负荷变化影响的研究毕业设计论文.docx

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家用空调量增加对电网负荷变化影响的研究毕业设计论文

毕业设计（论文）

题目：

家用空调量增加对电网负荷变化影响的研究

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

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学位论文原创性声明

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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

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3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

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2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

3）其它

家用空调量增加对电网负荷变化影响的研究

摘要

随着国家经济的发展，人民生活水平日益提高的同时居民用电量也随之提高。

在每年的夏、冬季节，由于空调的使用所产生的空调负荷对电网的稳定产生了极大的影响。

根据研究表明，我国大部分地区夏季空调负荷平均已经占到尖峰负荷的30%以上，而一些经济发达地区的空调负荷甚至达到了电网负荷的一般以上。

所以说对空调负荷的研究，将为电网调峰，应对负荷变化起到重要的作用。

目前，国内外对于空调负荷的研究，主要是从定性上通过电网负荷运行的历史数据对空调负荷进行预测，而从空调本身上出发对其负荷的定量研究较少。

本文尝试从家用空调量增长的角度出发，通过研究人口增长、空调数量的增长，从而对空调负荷进行估计。

然后通过计算得到的空调负荷将其与电网负荷、温度变化三者之间联系起来，找到了一定的规律。

最后针对日益增加的空调负荷，给出了一些可行的措施和建议。

关键词：

家用空调量;电网负荷；空调负荷；气温

THERESEARCHOFHOUSEHOLDAIRCONDITIONERSINCREASEDIMPACTONTHEGRIDLOADCHANGE

ABSTRACT

Withthedevelopmentofthenationaleconomy,thelivingstandardsofthepeopleareincreasing,andtheconsumptionofresidentsisalsoimproved. Inthesummerandwinterfestivaleveryyear,theairconditioningloadgeneratedbytheuseoftheairconditionerhasagreatinfluenceonthestabilityofthepowernetwork.. Accordingtothestudy,inmostregionsofChinainsummerairconditioningloadaveragehasaccountedformorethan30%ofthepeakload,andsomeeconomicallydevelopedregionsoftheairconditioningloadevenstandtohalfofthecountry. Sothestudyonairconditioningload,forpowerpeaking,responsetoloadchangesplayanimportantrole. Stationatpresent,domesticandforeignresearchonairconditioningload,mainlyfromqualitativebythehistoricaldataofthepowergridloadoperationoftheairconditioningloadpredictioninfromtheairitselfisbasedonthequantitativestudyoftheloadisless. Thispaperfromtheamountofhouseholdairconditioninggrowthpointofview,throughthestudyofpopulationgrowth,thegrowthofthenumberofairconditioning,thusonairconditioningloadisestimated. Thencalculatetheairconditioningloadwillbewiththepowergridloadandtemperaturechangethreelinkbetweenandfoundsomerules. Atlast,somefeasiblemeasuresandsuggestionsaregivenforincreasingairconditioningload..

KeyWords:

Householdairconditioningquantity;Loadofpowernetwork

1绪论

1.1选题的背景和意义

随着国家的快速发展，经济水平地不断提高，人民的生活也在发生着翻天覆地的变化。

由于各类家电在家庭中的迅速普及，我国居民用电量在电网总用电量中的比重也在日益增大。

电网负荷特性研究的目的就是考虑如何分配好现有的有限的电力，同时又需要保证来自各方面的电力需求，为电力部门的决策提供有效的依据。

做好电网负荷特性的研究十分重要，在开拓电力用户、调整电力负荷结构和完成跨区域电网间的资源优化等方面都离不开对电网负荷特性的研究[1]。

从电网负荷曲线上看，电网负荷较稳不稳定，各种因素都会对电网负荷的稳定性造成影响，如：

气象因素、节假日、国家政策等。

其中气象因素是这些因素中较为普遍且对电网影响非常明显的一种。

随着家用空调的普及，当天气炎热和天气寒冷时，人们更多地使用空调来降温和取暖。

因此，在气象因素中，气温变化又是其中最为影响电网负荷变化的一环。

近年来，每年的夏、冬季由于空调使用所产生的空调负荷在电网负荷中所占的比重越来越大，随着极端天气的出现频率变高，空调使用对电网产生的影响也变得越来越大。

全国地区平均空调负荷占比已经高达40%，但是这40%负荷的实际消耗电量不到全国年总发电量的6%，40%和6%,仿佛长颈鹿的身躯和脑袋，构成了两个极端。

从全国范围看，由于空调制冷用电所导致的电网高负荷运行时间一般都不会超过三十天[2]。

相关方面的专家称其为集中式能源消费模式，这种用电消费结构极不合理。

造成的影响就是大部分时间电网输配送的电力是过剩的，而制冷需求旺盛时，电力的供应又会不足，直接导致电力的投资增大，效益回报率低。

2013年，我国南方多个地区遇到了有史以来的“最炎热夏天”。

在2013年7月-8月，我国江南、江淮、江汉三江地区和西南地区的重庆等七个省事，高温炎热天数平均为32.4天。

与往年同期的14.8天相比，该年高温炎热天气多出整整一倍以上，并且七地平均最高气温达到34.7摄氏度，为同期历史最高值。

在中国中东部地区，总记482个监测站检测到的日最高气温突破了有记录来的最大值，与历史记录相比，也是高温天气天数最多的。

从2013年的全年气温来说，也是较为炎热的一年。

全年平均气温为10.3℃比往年同一时间段的9.7℃高出了0.6度，是从1961年以来气温历史记录的同时期第四高温度。

如此极端的天气，从电力方面的反映明显。

2013年我国城乡居民电力消费同比增长9.3%，占全国的比例上升了0.18%。

其中第三季度，由于全国许多地区遇到了连续的高温炎热天气，对城市居民和农村居民电力消费贡献是同比增加了18.1%，是近年来同时期电力增长的最大值。

达到了10.8%。

用电增速在第四个季明显放缓，回落至8.3%，尽管如此仍然高于前两年第四季的增速。

2014年是我国历史上最暖的年份之一,全年气温与历史平均温度比偏高0.5℃。

2014年夏季，全国各地区平均气温为21.2℃，与往年同期相比偏高。

但是这并不意味这该年的空调负荷较往年会高，这是因为虽然新疆西部、华北等地区温度较常年要偏高0.3℃左右，黑龙江东北部及新疆北方的局部气温与往年同期相比要偏高1-2℃。

但是我国江南地区北部及淮汉地区的气温与往年同期相比要偏低0.6℃以上，长江中下游地区气温远低于往年同期，出现了历史罕见的凉夏。

虽然从全国来讲夏季的总体温度较往年同期较高，但是因为是我国高纬度地区夏季气温偏高，而低纬度地区夏季气温偏低，因此造成的空调的使用量反而降低。

在电力方面的反映明显，全年社会用电的增速由于受到全国异常天气的影响下降超过1%，第三季度我国城乡居民生活用电增速同比下降23.3%。

该季对全社会用电增速的影响率为-57.8%。

由2013年和2014年气温变化引起用电量的变化我们可以看出，空调使用所产生的负荷对电网负荷的影响有多大，一边是由炎热造成的当季用电量同比增长17.6另一方是因为凉夏对全年社会用电增速产生下降超过1个百分点的影响。

2005年国电公司就曾做过“用电高峰时段空调负荷控措施课题研究”，研究显示在每年夏季，我国华中、华东地区电网的空调负荷占全网比重约30%，在经济发达地区空调负荷的比重更高，约占到了40%左右[3]。

由此可见，空调负荷是电力负荷预测中不可忽视的一环，做好空调负荷的研究，对电网负荷的的分析是十分重要的。

对地区电网負荷特性的分析与未来电力負荷的预测是当地监管部门日常工作中重要的一环[5]。

分析的水平高低与预测的准确性，将会直接影电力系统运行的稳定性，从而导致运行不经济。

根据英国的一项研究结果：

短期负荷预测的误差每偏离0.1%，直接影响约1780000￡每年的经营成本增加。

各种不确定因素与地区电力负荷间联系的不准确性和预测难度是导致地区符合预测产生误差的主要原因。

通过以上的论述，可知对地区电网负荷特性的分析和预测是十分必要的。

因此，做好家用空调量增长对地区电网负荷变化影响的研究有以下意义：

对电力系统有利。

做好电网负荷预测可以帮助电厂员工了解该地区电力负荷变化的规律性，做好调控电力生产的工作。

还可以减省国家投资在电力工业资金，并且可以提高生产设备的发电效率,从而达到降低电力成本，提高电力生产经济性的目的。

同时做好电网负荷预测工作也有助于提高电力网的安全性和稳定性，提供高品质的电力。

对广大用户有利。

因为做好负荷预测可以帮助电力部门更好的监管和调整电力供应，从而保证电力用户的安全用电，避免由于高峰时期的集中用电而造成的电网崩溃和拉闸限电情况的发生。

从企业生产的角度出发，推荐采用工人轮休制度，错开用电高峰，这样既有利于生产又对电网稳定性起到了帮助。

1.2国内外研究现状

1.2.1电力负荷特性分析现状

电力负荷特性分析的重要性不言而喻,在国内外都将其作为一个重要课题进行研究。

常说的电力系统负荷特性一般而言分为两类：

（1）负载电压特性或频率特性。

分为静态型负荷特性和动态型负荷特性，主要研究当系统受到外界因素影响时，电网电压或频率与功率负荷之间的关系。

（2）负菏的时间曲线特性。

指某时间段内负菏与时间变化的关系曲线，体现电网负菏变化特点与趋势。

为未来发电计划的制定和地区电网负菏的合理分配提供理论依据。

曰本于1953年成立了由曰本九家大型发电集团组建了曰木电力调查协会。

该委员会的主要职能是对各地区电力负荷做定期调查,并作特性分析,然后预测该地区将来对电力的需求。

该公司通过分析最大负荷、三天最大的平均负荷、地区平均电力负荷、电负荷率、和历史负荷曲线等电力指标对该地区的电网负荷特性进行分析。

作为曰本电力负荷分析与预估的有关委员会，其在研究指标准的选取和方法上有许多我国可以向之学习和参考之处。

我国于1988年就出台了《电力企业生产统计指标解释》。

在指标解释中，对电力负荷特性研究做了规范性地指导，主要指标包括电网最大负荷、电网最大三日平均负荷、平均电力负荷、电负荷率、电力负荷曲线等十四项指标。

随着我国电力体质改革的深化。

由于区域经济发展和区域的历史数据积累之间的差距，因此各地的负荷特性有所不同差距很大。

随着新指标的颁布，市场竞争日发激烈，我国学着在电力特性分析和预测上的研究也取得了多方面的成果。

2000年，我国国电公司就在全国范围内多个地区进行了电网负荷特性调研及分析预测，并对分析结果和主要电网详细负荷特性指标、地区电网负荷特性曲线进行了总结，为发电公司的合理经营与良性发展提供了参考依据[6]。

随着近年来我国电力用户的增多，我国电力供需之间的矛盾越来越大，因此更深入地进行电力负荷特性的分析的重要性不言而喻。

但大部分关于负荷特性的研究都是从网、省区域性的电网进行研究，在理论上的研究较多，从影响因素各个层面上的量化分析较少。

从理论上来说电力负荷预测方法主要分为经典电网负荷预估法与现代电网负荷预估法。

经典电网负荷预估方法是经过分析该地区电网负荷变化的规律，从而对未来趋势进行预估，主要方法有：

（1）回归分析法

在数据统计中随机变量如果有向某条线集中的趋势，那么这条线就叫回归线，这种现象被称为回归。

根据对预估对象历史资料中的数学统计，对历史数据进行合理化分析，并通过数理建模的方法对该地区电网未来的负荷进行预测。

运用在电力负荷预测，通过拟合过去的历史记录的负载获得负荷变化曲线。

回归法的优点是分析负荷时较为简单快捷，但是对数据的要求比较高，适合中期和长期的负荷分析，对短期的负荷预测没有实用性。

（2）趋势外推法

电网负荷趋势外推法就是根据该地区已有的历史数据，通过分析历史数据的变化趋势，通过外推的方法得到该地区未来的电网负荷发展趋势。

当该地区电网负荷时间内没有特殊的由于季节因素和明显的电网负荷循环规律变动时，可以通过绘出相关函数曲线来反映电网负荷负荷与时间之间的关系。

即以时问和时问序列关系建立出曲线趋势模型，并将曲线延伸。

当代入时间到曲线中，就可以得到电网负荷的预测值。

通常趋势预测所用的的模型包括数学线性趋势模版、指数分析趋势模版、多项式分析趋势摸型等。

该方法的优点是对数据的依赖性较小，只需要历史负荷的数据，但如果负荷中出现波动将会造成误差。

因此趋势外推法只是用于地区电网负荷曲线较平稳、趋势发展性较强的电网负荷估测中。

（3）时间序列预测法

电网时间序列预测法被承认是系统性最高的一种估测方法，在方法中时间被当作随机变量来研究。

首先将被选中的时间序列假设成为某一随即程序出现的，然后通过初始数据建立模型来描述这一过程。

最后通过参数估计，在已经和过去的观测值下，求得预测值。

电网的时间序列法与方法

（1）类似，比较适合中期预测。

现代电网负荷预测方法主要包括以下两种：

（1）人工神经网络法

人工神经网络是一门综合度高的学科，涵盖的学科非常宽泛，包括生理神经学、树立科学、信息分析学科和计算机学科等。

人工神经网络法的优点是可以模拟人脑的智能，像人一样拥有记忆信息、学习能力、理论推导能力和智能优化计算等特征。

BP网络是在电力负荷预测中经常用到的一种方法。

BP神经网络是前一个具有多层次感知馈电的神经网络。

隐含层可以是单层或多层，在真实导入任何隐含层和输出层的经神元等于在每个经神元邻近的上层加权和输出。

BP神经网络分析信息是在完成利用培训样本从进入到输出的在拓补结构上，并不须要明确表明的映射，仅在所选择的网络延展结构，通过了解算法来变换每个神经元的连接权数和阈值，最低的误差信息。

BP神经网络的优势在于更加擅长解决复杂问题，具有极强的鲁棒性。

并且具有强大的内存容量，线性关联能力和较强的自我学习功能，可实现精确优化功能，缺点是该网络构造的设计主要开发者的经验的制约，容易产生过拟合和局域最小值，神经收敛速度慢和振动的影响。

（2）专家系统预测法

电网专家系统预测方法是基于只能的的电脑程序系统被搭建起来，具有丰富的专业理论和实践经验，并利用这些信息做出合理化地推断，并用于智能决策。

系统主要部位有四个：

专家知识库，逻辑推理机，知识获取窗和解释装置。

其中最亟待解决的问题，就是要实现专家知识库建立和练习逻辑推理的这一过程，简单来就就是运用专家的知识解决问题的过程。

在专家系统估测方法中，域知识和电网的历史记录数据被专家和研究人员输入到专家知识库和数据库系统。

根据历史数据库里的特殊信息，推测引擎开发用于选择选取专家库中的知识进行推理，得到最好的估测结果。

在实际负荷预测，许多估测摸型专家系统收集的决策和评价政策所造成的突然事件负载波动。

由专家估计的经验能够进化为了避免繁复的数学计算，迅速得到相对好的估测结论，避免了人为和复杂推理人工错误，避免了由于模型单一来估测单方面的不足。

短变负荷在负荷估计的时期，专家库中的知识是难以概括，因此电网专家估测系统通常只适合对地区负荷做中估测。

电网负荷预测的定义是通过分析该地区电力负荷，社会形态，经济状况，气象条件等历史数据，探索将来该地区电力负荷数据会有怎样的变化，试着找出电网负载和各种因素之间的关系，并对未来的电网负荷做预测[7]。

在很长一段时间，从事负荷预估技术人员的科研内容主要放在有记录的详细预算算法新的和完善，将地区负载的资料作为一个“单纯”的数据，采用纯数理方法进行研究，没有从电力系统本身特点上出发。

然而，电网负荷在各个地区的变化跟该地区自身的发展密不可分，只有全面把握该地区的电网负荷特性，科学且合理地作出更加准确地进行电网负荷估测。

目前国内对于电网负荷特性的调查大部分是针对地区电网、某省（市）的研究，而针对地区行业特点的电网调查比较少。

空调负荷出发对电网负荷的研究主要集中在定姓研究，从量上的研究空调负荷比较少。

这主要是由于难以确定空调负荷曲线，而行业负荷曲线还可以由行业大中用户主要的负载曲线来推求，因此根据本行业做出定量分析和负荷曲线得到方便。

以下是我国学者在该方向的研究情况：

。

周晖等人从电力企业做市场开发的角度出发，分析了北京地区在1998-2003年夏季负荷变化，并且深入分析了温度变化与其的关系。

同时运用相关和回归原理，通过建立单位温升和单位温降的荷载效应数学模型，对定量的掌握北京地区夏季主要负荷变化规律提供了理论依据[9]。

权轶等人通过对比某地区空调负荷和气温关系，把握地区最大空调负荷与同期最高温度、平均温度及理论人体舒适度指数四者之间的高度相关性。

通过数学建模的方法，揭示空调负载受气温影响的变化，这对研究夏季高温时期地区负荷、空调负荷的变化规律提供了重要的理论基础[10]。

吴蓓等人通过实验数据建立了空调负荷的模型。

首先通过静电压稳定状态的分析，研究在不同负载下的城区电压稳定性与空调负荷之间的关系。

然后结合实际，通过对我国东部某城市电网空调负荷的计算分析，研究该地区随着空调数量的增加将会对该地区城市电网电压稳定性造成怎样的危害，提醒有关部门要予以关注，提前采取有效措施，避免危险情况的发生[19]。

张宏刚等提出的电网负荷预侧方法是要运用到了气象因素粗槽极理论。

首先找出粗槽极负荷变化和气象变化的之间规律，找出影响电网负荷的主要气象原因。

然后以主要气象原因作为坐标，从坐标出发寻找最近的历史数据再结合时间序列法估测未来的电网负荷。

这种方法可以避免在人为预估电网负荷是对气象原因主观性的影响，为开发计算机预估电网负荷提供了很好的想法[4]。

1.3研究的主要内容

本项目从家用空调量的增加着手研究其对电网负荷变化的影响，选取了A地区作为研究对对象，本文研究的具体内容如下：

（1）主要介绍了电网负荷研究的重要性和温度对负荷变化的影响，而影响的途径就是通过空调。

（2）选取了A地区作为研究对象，分别以电网年、月、日的负荷变化分析了A地区的负荷特性，然后研究了其电力消费结构。

（3）对A地区空调数量做大致统计，分析该地区空调数量增长趋势，并对该地区空调负荷进行预测。

（4）结合A地区温度、空调量增长、空调负荷三者的关系，对A地区电网进行分析，给出建议。

1.4本章小结

由于每年夏、冬季空调的使用所产生的负荷在当季的用电量中占了很大比重，而由于空调负荷所产生的对电网调峰的压力不容忽视，因此研究空调负荷对电网调峰的影响就显得十分重要了。

因此本章提出的本文主要研究内容：

从家用空调数量的增长角度着手，研究其对电网负荷变化的影响。

2电网负荷研究

2.1负荷特性分析基础

2.1.1负荷特性分析的方法

目前，我国在分析地区负荷特性是主要分为两方面进行考虑：

（1）电网内部因素影响的分析，主要通过该地区年、月、日等负荷曲线，分析其变化规律，就是从电网本身的历史数据着手进行分析。

（2）电网受外界影响因素的分析，外界因素主要需要考虑到该地区气象因素、区域经济发展、节假日等特殊时期和国家政策等，都是会对电网造成比较大影响的外界因素。

地区电网负荷特性分析的目的，是为了研究该地区用电负荷发展的规律，为地区未来负荷的预侧打好基础，同时也可以了解该地区用电情况的具体分布和特点。

特性分析的方法有数学统计分析法、行业特点负荷分