高校公共樓層用電量與氣溫關(guān)系分析

高校公共樓層用電量與氣溫關(guān)系分析高校公共樓層用電量與氣溫關(guān)系分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TU242；TU111.195文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791〔2022〕02〔a〕-0135-04

Abstract：BymeansofstatisticalanalysisofairtemperatureanddailyPowerConsumptionofcommunalbuildingsinFujianAgricultureandForestryUniversity〔FAFU〕inthreeacademicyears，including2022-2022，2022-2022and2022-2022，itislearnedthattherelationofdailyPowerConsumptionandairtemperatureisobviouslysegmented：theyhavehighcorrelativityinthehightemperaturerangeandarelessrelevantbelowthecriticaltemperaturewhichisgenerallybetween25℃～30℃.Byanalyzingthecorrelationbetweenelectricityconsumptionandairtemperaturewithvariousfunctions，itshowsthatthecoefficientofdeterminationR2inthegoodnessoffitofpolynomialandlinearfunctionisthemaximum，whichismorethan80%.Finally，takingintoaccountthepracticalityandmaneuverability，theauthorbuildapredictivemodeloflinearregressionforcalculatingdailypowerconsumptionaccordingtothetemperature.

KeyWords：StatisticalAnalysis；DailyPowerConsumption；Airtemperature；TheRegressionForecastingMode；CollegePublicFloor

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的繁榮開(kāi)展和國(guó)民生活水平的提高，空調(diào)越來(lái)越成為各個(gè)家庭、機(jī)構(gòu)不可或缺的電器之一，主要用于夏季高溫時(shí)降溫制冷?？照{(diào)屬于大型的耗電設(shè)備，它的用電量是不可忽略的一局部并且有明顯的季節(jié)性特征，于高校來(lái)說(shuō)更是如此；另外根據(jù)美國(guó)學(xué)者估計(jì)，夏季高溫期間因氣溫升高用于調(diào)節(jié)空氣溫度的電量占全部電量的17%，一旦發(fā)生熱浪事件，該比值更是可達(dá)20%[1]。因此，氣溫對(duì)日用電量的影響不容無(wú)視。

當(dāng)今高校的公共樓層均存在不同的用電類(lèi)型，各種辦公設(shè)備的耗電量相當(dāng)龐大，而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)外界氣溫升高會(huì)導(dǎo)致耗電量增加，了解增長(zhǎng)的程度的多少能為高校所在電網(wǎng)部門(mén)對(duì)其合理調(diào)度提供參考依據(jù)。另外研究高校公共樓層的日用電量與氣溫的關(guān)系可為高校相關(guān)管理部門(mén)在提高用電效率，減少浪費(fèi)提供相關(guān)數(shù)據(jù)。

1研究對(duì)象與數(shù)據(jù)來(lái)源

該文擬對(duì)福建農(nóng)林大學(xué)公共樓層A的2022―2022、2022―2022、2022―2022學(xué)年的工作日用電量與相對(duì)應(yīng)氣溫的關(guān)系運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析辦法進(jìn)行分析討論。

數(shù)據(jù)采集于為樓層A提供電力能源的第九變電站，通過(guò)正確地統(tǒng)計(jì)、篩選與剔除異常數(shù)據(jù)得到研究分析所用的數(shù)據(jù)。

2結(jié)果分析

2.1日用電量與氣溫的關(guān)系

以氣溫為自變量，日用電量為因變量，分別作2022―2022學(xué)年、2022―2022學(xué)年、2022―2022學(xué)年用電量與氣溫的散點(diǎn)圖〔圖1、圖2、圖3〕，以察看用電量與氣溫存在的關(guān)系，從圖1～圖3可以看出，用電量與氣溫的總體上呈非線性關(guān)系。但當(dāng)氣溫高于某個(gè)臨界溫度時(shí)，用電量與氣溫存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)氣溫低于它時(shí)，用電量根本處于一個(gè)穩(wěn)定的區(qū)間。并且從三幅圖中可以看出三個(gè)不同學(xué)年的臨界溫度大致相同，根本處于25℃～30℃之間。

2.2平均日用電量與氣溫的關(guān)系

以氣溫為自變量，各個(gè)氣溫下對(duì)應(yīng)的平均日用電量為因變量，分別作2022―2022學(xué)年、2022―2022學(xué)年、2022―2022學(xué)年二者的折線圖〔圖4、圖5、圖6〕，以察看平均日用電量與氣溫具體的變化趨勢(shì)。

從圖4可以看出，在2022―2022學(xué)年內(nèi)，當(dāng)氣溫高于26℃平均日用電量開(kāi)始明顯增加，呈明顯的線性關(guān)系，除個(gè)別點(diǎn)，氣溫越高，每增加1℃平均日用電量增加量越大，即存在1℃效應(yīng)量[2]；而氣溫低于26℃時(shí)，平均日用電量根本處于500kW《h高低徘徊，無(wú)明顯的高低波動(dòng)。圖5那么顯示2022―2022學(xué)年用電情況相對(duì)復(fù)雜，氣溫高于29℃平均日用電量開(kāi)始增加；在33℃～36℃區(qū)間，平均日用電量根本不發(fā)生變化，1℃效應(yīng)并不明顯；在氣溫為18℃～28℃區(qū)間，平均日用電量根本穩(wěn)定在550KWh附近；低于18℃時(shí)，平均日用電量與氣溫呈波動(dòng)較大的負(fù)相關(guān)關(guān)系。根據(jù)圖6所示，當(dāng)氣溫高于27℃，平均日用電量與氣溫呈正相關(guān)；在低于27℃的區(qū)間內(nèi)，平均日用電量與氣溫呈較為平緩的負(fù)線性相關(guān)?？梢?jiàn)，在不同氣溫下，日用電量的用電情況呈現(xiàn)多樣性，需要分開(kāi)討論。2.3分段分析氣溫與用電量的關(guān)系

根據(jù)上文所述，可知平均日用電量與高溫閾值、低溫閾值或中低溫閾值呈不同的關(guān)系，表現(xiàn)出明顯的分段性。為了尋找每個(gè)分段日用電量與氣溫呈何種關(guān)系及關(guān)系強(qiáng)度如何，對(duì)上文所述的不同分段進(jìn)行多種函數(shù)擬合，求出擬合優(yōu)度判定系數(shù)R2值，以察看日用電量在哪種函數(shù)關(guān)系下被氣溫解釋的比例較大，進(jìn)而判斷其相關(guān)性。

〔1〕低溫閾值與中低溫閾值。

根據(jù)上文所述的低溫閾值與中低溫閾值進(jìn)行擬合后得到擬合優(yōu)度判定系數(shù)的值如表1所示，由圖表可以明顯的看出，整體上，三個(gè)學(xué)年均以多項(xiàng)式進(jìn)行擬合時(shí)擬合優(yōu)度判定系數(shù)最大，線性函數(shù)與指數(shù)函數(shù)次之，而對(duì)數(shù)函數(shù)與冪函數(shù)的擬合優(yōu)度判定系數(shù)受學(xué)年具體的用電情況影響較大。

不同學(xué)年的擬合優(yōu)度差別也較為明顯，2022―2022學(xué)年R2的最大值為0.3739；2022―2022學(xué)年低溫閾值內(nèi)R2的最大值為0.4986，中低溫閾值內(nèi)R2的最大值為0.1293；2022―2022學(xué)年的R2的最大值為0.8075，表現(xiàn)出較大的相關(guān)性，在該閾值內(nèi)最大平均日用電量為1686.9kW《h，最小平均日用電量為880.1kW《h，相差806.8kW《h，由于并不存在取暖設(shè)備且通過(guò)與2022―2022學(xué)年、2022―2022學(xué)年的情況比照可認(rèn)為這與該學(xué)年的用電特殊性有關(guān)，屬于不可控因素，且相比于高溫閾內(nèi)的用電情況，這種情況根本可忽略其對(duì)用電調(diào)度的影響。〔見(jiàn)表1〕

綜上所述，當(dāng)氣溫處于低溫域與中低溫閾時(shí)，日用電量變化比擬平穩(wěn)，整體上與氣溫相關(guān)性不大。

〔2〕高溫閾值。

對(duì)三個(gè)學(xué)年內(nèi)高溫閾值進(jìn)行擬合后得到的擬合優(yōu)度判定系數(shù)R2的值如表2所示，與低溫閾值、中低溫閾值相似，對(duì)三個(gè)學(xué)年高溫閾里的用電量進(jìn)行擬合得到的擬合優(yōu)度判定系數(shù)的最大值均為在使用多項(xiàng)式擬合時(shí)得到的，線性函數(shù)次之，兩種函數(shù)的擬合優(yōu)度均超過(guò)0.8，說(shuō)明假設(shè)用這兩個(gè)函數(shù)進(jìn)行擬合時(shí)，日用電量能夠很好地被氣溫解釋?zhuān)恢笖?shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)的擬合優(yōu)度雖然不如線性函數(shù)和多項(xiàng)式，但是其值均超過(guò)0.7，這再次證明了在高溫閾內(nèi)，日用電量與氣溫的相關(guān)性非常明顯。

2.4預(yù)測(cè)模型

2.4.1預(yù)測(cè)模型的建立

由前文所述可證明：在高溫閾內(nèi)，氣溫與日用電量的相關(guān)性很高。基于此，那么一定可以找到它們之間的關(guān)系模型，并通過(guò)氣溫的預(yù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)日用電量的預(yù)測(cè)[3]。

在調(diào)查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)近幾年的整體日用電量呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)，這說(shuō)明日用電量可由兩局部表示――年際變化對(duì)其產(chǎn)生的影響Q〔y〕與由氣溫變化對(duì)其產(chǎn)生的影響Q〔t〕，那么日用電量可表示為：

Q〔d〕=Q〔y〕+Q〔t〕

對(duì)于Q〔t〕，它在高溫閾與氣溫t有顯著的相關(guān)性且二者根本呈正態(tài)分布。由表2可知Q〔t〕與t的關(guān)系由多項(xiàng)式表示為最優(yōu)，線性函數(shù)次之，但二者相差不大，考慮到預(yù)測(cè)模型的實(shí)用性與可操作性，選擇以線性函數(shù)進(jìn)行模型建立，即線性回歸模型Q〔t〕=Q0+bt+ε，此研究對(duì)象的系統(tǒng)偏差可忽略，即E〔ε〕=0。選取2022―2022學(xué)年的高溫閾〔t≥26℃〕對(duì)應(yīng)的用電量作為建立預(yù)測(cè)模型的數(shù)據(jù)，由最小二乘法求得系數(shù)Q0=-3557.8，b=147.93，那么可得回歸方程Q〔t〕為：

Q〔t〕=-3557.8+147.93t+ε

選定置信度α=0.05，對(duì)其進(jìn)行F檢驗(yàn)，查表可得本模型的檢驗(yàn)值F0.05〔1，86〕=3.952，而對(duì)上述方程求得的F=123.1807，顯然F>F0.05〔1，86〕，說(shuō)明回歸方程的擬合效果好。

對(duì)于Q〔y〕，近幾年整體呈回升趨勢(shì)，而其增長(zhǎng)量根據(jù)你年際的不同而不同，因此在相同溫度下對(duì)分別求其增長(zhǎng)率并察看其具體情況，求得年平均增長(zhǎng)率為56.61%，那么有以2022―2022年的日用電量為基準(zhǔn)可得Q〔y〕：

Q〔y〕=Q〔t〕×〔〔1+56.61%〕^〔y-2022〕-1〕

綜上所述，可得預(yù)測(cè)模型組：

Q〔d〕=Q〔y〕+Q〔t〕

Q〔y〕=Q〔t〕×〔〔1+56.61%〕^〔y-2022〕-1〕

Q〔t〕=-3557.8+147.93t+ε〔t≥26℃〕

式中：t為當(dāng)天最高氣溫；y為該氣溫所對(duì)應(yīng)學(xué)年的上半學(xué)年；ε為隨機(jī)誤差。

至此，模型建立完成，而在處理數(shù)據(jù)時(shí)察看到日用電量在相同學(xué)年內(nèi)及相同的氣溫下是以離散型數(shù)據(jù)形式存在的，因此，在使用時(shí)應(yīng)對(duì)其日用電量區(qū)間進(jìn)行估計(jì)以增大其估計(jì)值的準(zhǔn)確性與參考性。

2.4.2模型的優(yōu)點(diǎn)與缺乏

〔1〕優(yōu)點(diǎn)

預(yù)測(cè)模型不僅考慮氣溫對(duì)用電量的影響，還考慮年際變化的影響，這增加了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

在建立模型前，先求各個(gè)函數(shù)的擬合優(yōu)度判定系數(shù)，以判斷建立何種模型能夠更好地使用氣溫解釋用電量；在均有高擬合優(yōu)度的情況下，采用線性回歸模型使其有更好的實(shí)用性與操作性。

〔2〕缺乏。

由于用電量的年增長(zhǎng)量是不固定的且當(dāng)用電量飽和時(shí)年際日用電量根本不增長(zhǎng)，而模型使用固定平均年增長(zhǎng)率求基準(zhǔn)用電量只能在短期內(nèi)使用，假設(shè)要預(yù)測(cè)長(zhǎng)遠(yuǎn)之后的用電量，那么應(yīng)通過(guò)其前幾年的用電數(shù)據(jù)重新統(tǒng)計(jì)分析再對(duì)年平均增長(zhǎng)率進(jìn)行調(diào)整，較為繁瑣；只適用于高溫閾的日用電量預(yù)測(cè)。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)福建農(nóng)林大學(xué)公共樓層A的2022―2022學(xué)年、2022―2022學(xué)年、2022―2022學(xué)年工作日的日用電量與氣溫進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論。

〔1〕學(xué)校的日用電量與氣溫關(guān)系緊密，氣溫對(duì)電力調(diào)度有較大的影響。

〔2〕日用電量在不同氣溫下有明顯的分段性，