文 献 综 述

一．电力系统负荷分类研究的背景及意义

负荷分类对电力系统的经济分析、运行和规划都具有重要意义,尤其是随着电力市场的不断发展,以及电力需求侧管理(DSM)技术的广泛应用,负荷分类已经成为电价制定、负荷预测、系统规划、负荷建模等工作的重要基础。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户,其负荷特性也并不完全一致。因此深入探讨更为科学准确的负荷分类方法及应用，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,具有重要的理论意义和实用价值。

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^[5]，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，针对负荷特性的研究，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。

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。

二．负荷的特征提取

电力系统的负荷随时间在不断发生变化^[6]，受到多种因素的影响，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，^【4】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，这并不是说它一点儿也不受影响。然而，由于工业负荷本身基础很大，另一方面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。科学、规范的负荷特性指标体系是负荷特性研究的基础。我国于1989年由原电力部颁发了《电力工业生产统计指标解释》^【6】，其中涉及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、最高负荷利用小时、同时率、不同时率、尖峰负荷率等14个。2001年初原国家电力公司对原《解释》进行了补充修改，其中增加了峰谷差率指标。这些指标都是电力系统规划和运行中常用和规范的负荷特性指标，并且都有明确的定义与计算方法。

负荷特性的指标数量多，而且涉及日、月、季、年等不同时段，有的是数值类，有的是曲线类；有的反映负荷特性总体状况，有的反映负荷的变化趋势。到目前为止还没有一个统一的分类方式和规范的指标体系，文献^【3】在充分调研分析的基础上，结合实际工作，考虑实用性，提出以下负荷及负荷特性指标体系分类方法：

(1)描述类(绝对量)。如日最大(小)负荷，日平均负荷，峰谷差等等。

(2)比较类(相对量)。如日负荷率、日最小负荷率、日峰谷差率等等。

(3)曲线类。如日负荷曲线、月负荷曲线、年负荷曲线等等。

三．分类方法

一般来讲^【7】，负荷可以分为城市民用负荷、商业负荷、农村负荷、工业负荷以及其它负荷。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，^【2】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。

1．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(千瓦)。

(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(如电容场能)而消耗的功率。它仅完成电磁能量的相互转换，并不做功，在这个意义上称为”无功"，计算单位是kvar (千乏)。

2．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^【8】：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。

3．按时间划分

负荷按时间可以分为年、月、日、时、分的负荷。

4．按对供电可靠性的要求划分^[1]

根据用电负荷的性质及对供电可靠性要求的不同，负荷可分为一类负荷、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^【11】。

(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^【12】：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。

5．按国际上用电负荷的通用分类

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、水利业。包括农村排灌、农副业、农业、林业、畜牧、渔业、水利业等各种用电。

(2)工业。包括各种采掘业、制造业等用电。

(3)地质普查和勘探业。

(4)建筑业。

(5)交通运输、邮电通信业。公路、铁路车站用电、码头、机场用电、管道运输、电气化铁路用电及邮电通信用电等。

(6)商业、公共饮食业、物资供应和仓储业、各种商店、饮食业、物资供应

单位及仓库用电等。

(7)其他事业单位。包括市内公共交通用电，路灯照明用电，文艺、体育单

位、国家党政机关、各种社会团体、福利事业、科研等单位用电。

(8)城乡居民生活用电。包括城市和乡村居民生活用电。

四．研究手段

研究电力系统负荷的构成情况，实际上就是要研究一种有效的负荷分类方法，即如何根据用户的负荷特性进行准确、科学的分类，使得划分到同一类中的用户具有相同或相似的负荷特性^[10]，以及合理地确定每一类用户的典型负荷曲线，从而有利于在此基础上的进一步应用，如提高负荷预测精度、降低负荷管理的难度等。分类的结果要满足类内具有较高的紧密性，类间具有较高的分离性，体现出不同类型用户之间的负荷特性差异。

聚类分析又称群分析、点群分析，是一种无监督分类方法，^【13】是定量研究样品或指标分类问题的一种多元统计方法。它是将分类对象置于一个多维空间中，按照它们空间关系的亲疏程度进行分类。通俗的讲，聚类分析就是根据事物彼此不同的属性进行辨认，将具有相似属性的事物聚为一类，使得同一类的事物具有高度的相似性。 传统的聚类方法有层次聚类分析法，动态聚类分析法，由于新的理论不断提出和发展，现在又有了模糊聚类分析法等。下面将对这些方法进行简单介绍。

1)层次聚类分析法(Hierarchical Clustering Method)

层次聚类法，又称等级聚类法。根据聚类过程方向的不同，可以分为分解法(divisively)和聚合法(agglomeratively)两类。分解法把整个集合看作一个整体(类)，再逐步划分为更小的部分(小类)。聚合法刚好相反，是把每一个个体都看成一个单独的类，尔后从样本相似度入手，通过粘连操作聚集相似度足够大的样本，逐步聚成更大的组(类)。层次聚类法是目前使用最多、研究最为充分的算法。

2)动态聚类分析法(Dynamic Clustering Method)

动态聚类法，又称划分聚类法、逐步聚类法，其基本思想是，在一个平面层次上对所有的样本点先做出某种较为粗略的划分，然后按照某种最优的准则进行修正，通过算法的迭代执行，得到一个较为合理的聚类结果。其中最为典型的就是K均值聚类算法。

3)模糊聚类分析法(Fuzzy Clustering Method)

模糊C均值聚类(( Fuzzy C-Means, FCM)算法，是一种基于划分的聚类算法，其思想是使被划分到同一类的对象之间的相似度最大，不同类之间的相似度最小。FCM是一种柔性的模糊划分，依据每个样本相对于各个聚类中心的隶属度大小进行分类。

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