引言

人类在大气环境中活动，经受着气象要素的综合作用，尽管人们通常用气温高低来表示环境冷热，但是，人体对外界冷热的舒适感，并不能仅仅根据气温或者其他单一的气象要素来评价。在诸多气象要素中，气温、湿度及风速这3个气象因子对人体舒适度的影响最为明显，因此成为影响电力负荷短期波动的主要因子。所以，在电力负荷预测中仅仅考虑温度等单一的气象指标就不够全面和准确^[1-2]。文中就同时反映这3个气象要素的有效温度和各个气象要素组合对电力负荷的影响进行了分析。

1 资料的选取和处理 1.1 资料的选取

分析资料为广西2003—2006年1—12月电网逐日24点负荷，及14个市气象站(南宁、桂林、柳州、河池、玉林、梧州、贵港、来宾、崇左、钦州、百色、贺州、防港、北海)同期逐日平均气温、相对湿度、风等气象要素。

1.2 电力资料的处理 1.2.1 原始数据的处理

近年来，由于电力供应紧张，广西出现了不同程度的拉限电情况。另外，在电力系统实际运行时，数据采集系统出现错误或由于特殊事件引起负荷的异常变化，也会导致观测数据背离常规，从而影响负荷特性分析的准确性，造成所读取的电力负荷数据不能反映实际的需求，就需要将这些数据进行还原。为此，在进行负荷特性分析前，首先需对资料进行处理，本文采用基于数理统计理论中t检验的方法^[3]对广西电网24点负荷数据进行处理，以相邻时段负荷变化量作为辨识对象，通过计算待检测点负荷变化量的参数是否大于阈值实现自动辨识，若超出阈值，则判定为异常数据，利用检验参考数据均值代替被检测量，从而保证历史负荷数据的准确性和完整性。取t检验方法处理后的24点负荷平均值为日平均负荷值。

1.2.2 气象负荷的提取

影响电力负荷长期变化的因素很多，且这些因素间作用机制非常复杂，但总体可归纳为三方面因素的影响。(1)电力负荷随着社会经济发展等因素作用所体现的趋势项部分(经济负荷)；(2)环境因素(主要为气象因素)影响而引起电力负荷出现波动部分(气象负荷)；(3)随机因素的影响。所以研究气象条件与电力负荷的关系时，必须将气象负荷从总负荷中提取出来。由于近年来广西国民经济增长速度加快，经济负荷随时间变化的并不是简单的线性回归，故不能用简单的线性回归方法处理。

文中利用月负荷同期增长率来进行处理，具体方法是找出每年电力负荷最小的月份，认为其电力负荷几乎不受气象条件变化的影响，用该月的日电力负荷平均值来代表全年的平均经济负荷，剔除这部分负荷就是气象负荷。另外为消除电力负荷在节日和双休日与工作日的变化不同，分析数据剔除了节日和双休日的数据。

2 气象因子与电力负荷的关系 2.1 有效温度

表征人体舒适度与电力负荷关系的气象指数有很多种^{[1, 4-5]}，本文选取有效温度进行分析。

有效温度定义为^[4-5]：与任一温、湿度组合的空气热感觉相同的饱和湿空气温度，在室外考虑了风的作用为:

$ \begin{array}{l} {T_E} = 37 - \left( {37 - T} \right)/[0.68 - 0.14{H_{\rm{r}}} + 1/(1.76\\ \;\;\;\;\;\;\; + 1.4{V^{0.75}})]\; - 0.29T(1 - {H_{\rm{r}})} \end{array} $

(1)

式中T_E、T、H_r、V分别是有效温度(℃)、气温(℃)、相对湿度(%)和风速(m ·s^-1)。

2.2 气象因子与电力负荷的关系

计算了1—12月各月平均气温、平均相对湿度、平均风速和有效温度与月平均电力负荷的相关系数(表 1)。

由表 1可知，3—11月气温与电力负荷为正相关关系，其中两者在4—10月的相关系数显著性水平α＝0.01。冬季(12月至2月)为负相关，但未通过相关显著性水平检验，这与许多研究结果是一致的^[2]，即：夏季为降温负荷为主，冬季为取暖负荷为主。广西地处华南，主要是夏季降温负荷，冬季的取暖负荷不明显。

3月、5—10月相对湿度与电力负荷为显著负相关关系，α＝0.01；12月至2月、4月相对湿度与电力负荷为正相关关系，α＝0.05。相对湿度与电力负荷的关系除4月份外，其余月份与气温和负荷的关系恰恰相反。夏季相对湿度越大负荷越低，这是因为夏季降雨多，空气常常达到或接近饱和，所以相对湿度就大，由于降雨使得人体感觉舒适，负荷就降低；冬季气温低，如果相对湿度越大，天气湿冷，人体会感觉寒冷，取暖用电负荷就增加。

5—6月平均风速与电力负荷为正相关关系，4月、10—11月风速与电力负荷为负相关关系，α＝0.05。风速与电力负荷的关系除5—6月份外，其余月份同气温与电力负荷的关系恰恰相反。初夏时节，气温越高，环境中的热风可使人体皮肤温度上升，使人不舒适，负荷就增加；秋季气温不是太低时，风加强热的传导和对流，使人体散热增快，人体感觉舒适，负荷就减小。

1—12月各月有效温度与电力负荷的关系，与气温和电力负荷的关系趋势完全一致。4—10月，气温与电力负荷的相关系数比相对湿度、风速与电力负荷的相关系数大，表明影响电力负荷的主要因子是气温。但如果单从分析某一气象要素与电力负荷的关系，有时与实际情况是不相符的。比如，5—10月份相对湿度与电力负荷的相关为负，并不能反映出在高温高湿的情况下，人体感觉不舒服，需采取降温除湿等措施，使得降温负荷增加的情形。再如，5—6月份风速与电力负荷呈正相关关系，但是许多研究表明，当气温低于人体温度时，风是有助于散热的，降温负荷也会减小。因此，单一考虑某一气象要素不能准确反映气象因子对电力负荷的影响。由于有效温度在4—10月与负荷的相关显著，所以文中着重分析了4—10月气象因子、有效气温对负荷的影响情况。

3 有效温度对电力负荷的影响

分别分析了气温、相对湿度、风速不同组合情况下有效温度对电力负荷的影响。

3.1 各气象因子组合下有效温度对负荷的影响

由于7月份有效温度(T_E7)与电力负荷(P₇)的相关最显著，为此，我们分析了7月份气温(T₇)、相对湿度(H_r7)、风速(V₇)不同组合下的有效温度对负荷的影响。首先通过相关分析找出影响7月份电力负荷变化最明显(相关最好)的气温和相对湿度值(称为敏感气温和敏感湿度)。分析得出，广西7月份电力负荷敏感气温是27℃，敏感相对湿度是70%，风速取平均风速值(2m·s^-1)。然后分析了在敏感气温、敏感相对湿度、平均风速条件下，气温、相对湿度、风速不同组合的有效温度对电力负荷的影响(图 1~3)。

从图 1可知，在一定的风速(2m·s^-1)条件下，相对湿度越大，气温越高，负荷增加就越快，呈线性增长的趋势，其增长幅度(即负荷增量ΔP₇，下同)见表 2、表 3。

从表 2可知，气温在25~37℃范围内，在同一温度下，相对湿度从70%到90%每增加10%，负荷增量分别为135~306MW，均为正的增量，表明负荷为增加的。

从表 3可知，相对湿度在60%~90%范围内，在同一相对湿度下，气温从26℃到37℃每增加1℃，负荷增量分别为300~335MW。此时负荷正的增量较大，可看出气温变化对负荷的影响比相对湿度变化对负荷的影响要大。

通过表 2、表 3分析表明，在一定的风速条件下，当高温高湿时，人体感觉就会闷热，用来降温的负荷就要加大。

从图 2可知，在一定相对湿度(70%)条件下，气温越高，风速越小，负荷基本呈增长的趋势，但不是线性的趋势，当气温接近人体温度时，风速变化对负荷的影响呈相反的趋势，其增长幅度见表 4、表 5。

从表 4可知，气温在25~35℃时，在同一气温下，风速从1m·s^-1到4m·s^-1 每增加1m·s^-1，负荷增量分别为-750~-20MW，为负的增量，尤其风速在1m·s^-1时负增量很大，即风速从静风到有风时，人体感觉明显舒适，负荷则明显减少；当气温在36℃时，风速变化对负荷几乎没有影响，因为这时外界环境温度接近人体温度，人与外界几乎没有对流交换热量，就不受风速影响；当气温在37℃时，风速每增加1m·s^-1，负荷增量分别为20~55MW，为正的增量，即负荷为增加，这是因为气温过高(超过人体温度)，风速加大，热传导使得人体感觉反而不适，负荷就增加。

从表 5可知，风速从0~4m·s^-1时，在同一风速下，气温从26到37℃每增加1℃，负荷增量分别为216~361MW，均为正的增量，表明气温越高，用于降温的负荷就增加。

从图 3可知，在一定温度(27℃)条件下，相对湿度越大，风速越小，负荷呈增长的趋势，其增长幅度见表 6、表 7。

从表 6可知，相对湿度在60%~90%时，在同一相对湿度下，风速从1m·s^-1到4m ·s^-1每增加1m·s^-1，负荷增量分别为-861~-222MW，为负的增量，即负荷为减少，尤其风速从静风到1m·s^-1时负荷减少很明显。

从表 7可知，风速在0~4m·s^-1时，在同一风速下，相对湿度从70%到90%每增加1 0%，负荷增量分别为111~168MW，为正的增量，即负荷为增加。

以上分析表明，夏季(7月份)，影响电力负荷变化明显的是气温，以气温和风速、气温和相对湿度组合下气象要素的变化对负荷的影响较大，在同一风速和湿度条件下，气温变化(每增加1℃)对负荷的影响使其增量在216~361MW和300~335MW，表明气温对电力负荷变化起很大作用。湿度与气温组合对电力负荷变化也有较大的影响，在同一风速下，相对湿度变化(每增加10%)对负荷的影响使其增量在135~306MW。风速从静风到有风时，风速变化(每增加1m·s^-1)对负荷的影响较大(最大可达-861MW)，随着风速的增加这种影响明显减小，当超过一定气温时，风速变化(每增加1m·s^-1)对负荷呈反相的影响，即为正的增量。

3.2 有效温度对电力负荷的影响

根据各月有效温度(T_E)和电力负荷(P)的变化情况，我们按各月负荷变化超过60MW时进行分段分析(表 8~9)。

从表 8可知，4月份，有效温度小于14℃时，气温适宜、湿度为正常范围，这时人体感觉就舒适，负荷就小；有效温度在15~19℃时，随着气温的升高，负荷增加(增量73MW)；有效温度在20~22℃时，随着气温的升高，相对湿度的增加，负荷明显增加(增量211MW)；有效温度在23~24℃时，气温升高，相对湿度减小，负荷增量随着气温的升高而增加。表明4月份随着气温的升高，有效温度也随之升高，负荷也增加，但不是线性的趋势，而是有不同段的增量。

5月份，有效温度在17~19℃时，相对湿度明显增大，这时降雨多，但主要是受偏南暖湿气流影响产生的降雨，日平均气温稍升，此时气温约在22.5℃左右，处于较适宜范围，但由于降雨，人体感觉舒适，负荷明显减小(减量224MW)；有效温度在20~22℃时，气温升高，湿度减小，人体感觉偏热，负荷明显增加(增量261MW)；有效温度在23~26℃时，气温继续升高，风速减小，负荷增量明显加大(405MW)。

10月份，有效温度在15~16℃时，大都是受干冷空气或冷高压脊控制，无雨，气温低，有效温度在17~20℃时，受相对较弱的冷空气影响，相对湿度明显增大，这时降雨多，气温日较差小，日平均气温稍升，此时日平均气温在23℃左右，处于较适宜范围，由于降雨多，人体感觉舒适，负荷有306MW的明显减小量；有效温度在21~25℃时，气温升高，风速减小，负荷转为明显增加的趋势(增量436MW)。

从表 9可知，6—9月份随着有效温度的升高，负荷为线性增加的趋势，但各月负荷明显增大量时的有效温度不同。6月份有效温度大于24℃时，负荷线性增量加大，7月份和8月份有效温度大于25℃时，负荷增量明显增大，9月份有效温度在大于23℃和大于27℃时，负荷分别有两次明显的增量。

4 小结

综上所述，通过对有效温度、气温、相对湿度和风与电力负荷的关系分析，得到以下几点结论：

(1) 春、夏、秋季的有效温度及气温与电力负荷为正的显著相关关系，冬季12—2月为负相关，但未通过相关显著性检验。表明，夏季在南方以降温负荷为主；冬季为取暖负荷，但不显著。

(2) 有效温度与电力负荷的关系，与气温和电力负荷的关系趋势完全一致；气温与电力负荷的相关比相对湿度和风速的相关显著，表明影响电力负荷的主要因子是气温。

(3) 夏季以气温和风速、气温和相对湿度组合下的变化对负荷的影响较大。

(4) 风速从静风到有风时，对负荷的影响很大(负荷明显减少)，随着风速的增加这种影响明显减小，当气温超过一定数值时，风速变化对负荷呈反相的影响，即负荷反为增加。

(5) 6—9月负荷随着气温和有效温度的升高而线性增加，在气温高时，线性趋势增量明显加大。

(6) 4月份随着气温的升高，有效温度也随之升高，负荷也增加，但不是线性的趋势，而是有不同段的增量。

(7) 5月和10月份，为春夏和夏秋季的过渡季节，在有效温度不是太高的阶段，气温适宜，相对湿度增大，降雨多，负荷有下降的趋势；当有效温度超过一定数值时，负荷随气温和有效温度的升高而增加。

(8) 4—10月，气温和有效气温与电力负荷平均相关系数分别为0.53和0.51，相差不大，但有效气温综合考虑了气温、相对湿度、风速的作用，能够反映不同气象要素变化对负荷变化的影响情况，尤其在春夏和夏秋季的过渡时期，更能够反映负荷的波动情况，所以有效温度能较好的反映气象因子与电力负荷的关系^[1]。