劉永超（重慶電力設(shè)計院，重慶 401121）

適應(yīng)山地超大城市電網(wǎng)發(fā)展的空間負荷預(yù)測探討

劉永超
（重慶電力設(shè)計院，重慶 401121）

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐的加快，電網(wǎng)建設(shè)必須率先打破城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)思維，進而構(gòu)建和諧統(tǒng)一的電網(wǎng)以適應(yīng)新時代的發(fā)展。由于城市的層級和類型不同，城市電網(wǎng)建設(shè)和負荷預(yù)測面臨的實際情況也大為不同，如何做到山地超大城市電網(wǎng)發(fā)展適應(yīng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展﹑空間負荷預(yù)測支撐電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)是目前這類城市電網(wǎng)規(guī)劃亟須研究和解決的問題。

1 電網(wǎng)發(fā)展與空間負荷預(yù)測的關(guān)系

電網(wǎng)發(fā)展的目的是為當(dāng)?shù)赜秒娯摵商峁┌踩p可靠﹑充足﹑便捷﹑經(jīng)濟的電力?？臻g負荷預(yù)測的任務(wù)是明確各負荷元胞的空間布局﹑發(fā)展時序﹑負荷特性曲線等，進而綜合分析元胞組的負荷時空分布?？臻g負荷預(yù)測是電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃方案制定以及實施電網(wǎng)建設(shè)項目決策的重要依據(jù)，是電網(wǎng)規(guī)劃中的基礎(chǔ)工作。

2 空間電力負荷預(yù)測技術(shù)發(fā)展歷程

空間電力負荷預(yù)測也稱空間負荷預(yù)測（spatialload forecasting，SLF），是指對供電區(qū)域內(nèi)未來電力負荷的大小和位置的預(yù)測。國外自從20 世紀30年代中期出現(xiàn)有關(guān)電力負荷分布的負荷預(yù)測的記載以來，一直稱之為小區(qū)負荷預(yù)測。直到1983年，H.L.Willis給出了SLF 的定義，即在未來的供電范圍內(nèi)，根據(jù)電壓水平不同，將用地按照一定原則劃分為相應(yīng)大小的規(guī)則或不規(guī)則小區(qū)（每個小區(qū)又稱為一個負荷元胞，簡稱元胞），通過對元胞負荷的歷史數(shù)據(jù)的分析，以及對元胞內(nèi)土地利用的特征和發(fā)展規(guī)律的分析，來預(yù)測每個元胞中電力用戶負荷的數(shù)量﹑用量和產(chǎn)生的時間。從此SLF一詞被廣為接受和使用。

國內(nèi)關(guān)于SLF的研究起步相對較晚，最早明確使用SLF術(shù)語的文獻出現(xiàn)在1989

摘 要：城市電網(wǎng)建設(shè)和負荷預(yù)測既有共性更具個性。共性主要體現(xiàn)在同一特定對象的飽和負荷預(yù)測上，它主要跟產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口數(shù)量、GDP等外化指標(biāo)有關(guān)。個性主要體現(xiàn)在負荷的空間分布上，它主要跟城市總體規(guī)劃、城市定位、國家政策、地理氣候、民俗、地方電源及電網(wǎng)等因素有關(guān)。本文根據(jù)山地超大城市的特點，介紹了電網(wǎng)發(fā)展、負荷預(yù)測的思路，分析二者之間的內(nèi)在聯(lián)系，提出適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的空間負荷預(yù)測方法。

關(guān)鍵詞：山地超大城市；電網(wǎng)發(fā)展；空間負荷預(yù)測

圖1 某山地超大城市四季典型日負荷標(biāo)幺曲線

3 山地超大城市電網(wǎng)發(fā)展的特點

3.1 城市定位和特點

超大城市是城市序列的最高級，屬國家中心城市，對周邊地區(qū)具有強大的輻射和帶動能力。山地型城市由于地理環(huán)境的特殊性，往往具有高山﹑丘陵﹑平原﹑溝壑等各類地形交織綜合的特點，城市發(fā)展呈組團式格局。

3.2 電網(wǎng)發(fā)展受城市總體規(guī)劃制約

城市總體規(guī)劃是指導(dǎo)城市各項建設(shè)的總體框架，其他各項專項規(guī)劃都是在總體規(guī)劃的范圍內(nèi)進行細化﹑補充和協(xié)調(diào)?，F(xiàn)階段城市建設(shè)速度迅猛﹑土地消耗迅速，但對電網(wǎng)規(guī)劃的研究往往投入不足，進而導(dǎo)致電網(wǎng)建設(shè)滯后經(jīng)濟發(fā)展﹑建設(shè)成本陡增，嚴重時制約經(jīng)濟發(fā)展；鄉(xiāng)鎮(zhèn)電網(wǎng)建設(shè)投入不足，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理。因此，為保證電網(wǎng)發(fā)展的有效性和可行性，必須在城市總體規(guī)劃基礎(chǔ)上適時進行電網(wǎng)專項規(guī)劃。

3.3 電網(wǎng)建設(shè)具有多因素不確定性

（1）從負荷預(yù)測方面看，由于經(jīng)濟社會發(fā)展條件的變化，電力負荷增長存在著一定的不確定性，導(dǎo)致電網(wǎng)建設(shè)存在不確定性。

（2）電源建設(shè)受城市規(guī)劃及燃料來源等因素的限制，導(dǎo)致配套電網(wǎng)工程建設(shè)具有一定不確定性。

（3）山地超大城市具有組團式發(fā)展特點，城市骨架大﹑負荷密集區(qū)域多且較為分散﹑地質(zhì)特征復(fù)雜，點多﹑面廣﹑線長，建設(shè)資金相對不足，電網(wǎng)工程建設(shè)能否如期順利實施存在很多不確定性因素。

4 山地超大城市空間負荷預(yù)測的基本原則

4.1 堅持負荷預(yù)測與城市發(fā)展相適應(yīng)的原則

城市發(fā)展因其定位﹑地理位置﹑人口﹑經(jīng)濟形勢﹑經(jīng)濟政策﹑物價因素﹑電價因素﹑城鄉(xiāng)居民家用電氣化情況﹑燃料供應(yīng)等決定了負荷預(yù)測的獨特性和時空分布的唯一性。負荷預(yù)測必須深入分析和科學(xué)研究城市發(fā)展個性因素。

4.2 堅持按城市空間功能劃分原則開展空間負荷預(yù)測

山地超大城市因其城鄉(xiāng)總面積大﹑空間功能劃分各不相同且較為獨立﹑經(jīng)濟社會發(fā)展形態(tài)差異較大﹑地區(qū)發(fā)展程度及負荷密集程度迥異。因此，對城市不同的功能分區(qū)應(yīng)采用不同的空間負荷預(yù)測方法。

4.3 堅持以負荷特性曲線作為空間負荷預(yù)測的基礎(chǔ)

用電設(shè)備的安裝容量和最大負荷是分布在空間里的點狀靜止對象，無法反映自身隨時間的發(fā)展趨勢及相互間的作用效果。負荷特性曲線恰好綜合了城市發(fā)展的各種宏觀及微觀因素，準(zhǔn)確反映了負荷隨時間的變化，只有融合了負荷特性信息的空間負荷預(yù)測結(jié)果才能為電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)提供合理的決策依據(jù)。

5 山地超大城市空間負荷預(yù)測的方法探討

將城市按功能定位和發(fā)展程度分為三大區(qū)域，即主城成熟區(qū)﹑主城在建區(qū)和生態(tài)保護發(fā)展區(qū)。分別采用分類平均負荷密度指標(biāo)法﹑考慮不確定性因素的用地仿真法﹑趨勢預(yù)測法進行空間負荷預(yù)測。

從數(shù)學(xué)角度來講空間負荷預(yù)測存在以下3種映射關(guān)系：

式中，f1將地塊（x，y）的特征F （x，y）映射成地塊面積S（x，y），f2將地塊面積映射成片區(qū)負荷Q（x，y）。f3將片區(qū)負荷映射成區(qū)域總負荷。

式中，m為地塊編號，λ為地塊負荷發(fā)展程度，Pi為該地塊的負荷密度，Si（x，y）為第i地塊面積和，Qk（x，y）為k片區(qū)的負荷。

分類平均負荷密度指標(biāo)法在預(yù)測過程中將所有元胞內(nèi)相同性質(zhì)負荷聚合成一類，通過預(yù)測分類負荷平均密度，結(jié)合市政規(guī)劃方案中的用地信息，并根據(jù)各元胞內(nèi)分類負荷所占的面積，最終分別計算出各元胞的負荷值。其實質(zhì)是把各個元胞的負荷預(yù)測轉(zhuǎn)化為分類負荷及其分布的預(yù)測。該方法需要負荷及用地信息詳細，預(yù)測精確度較高，適合對主城成熟區(qū)的負荷預(yù)測。

考慮不確定性因素的用地仿真法將電力負荷的空間分布看作是基礎(chǔ)分布和事件分布相互疊加的結(jié)果，先采用傳統(tǒng)的用地仿真類SLF 方法對電力負荷分布的平穩(wěn)發(fā)展部分進行預(yù)測，得到基礎(chǔ)分布結(jié)果，再針對大事件發(fā)生的時間和位置的不確定性，引入多方案預(yù)測方法論，最終得出科學(xué)的空間負荷預(yù)測結(jié)果。該方法對土地跳躍式發(fā)展區(qū)域負荷預(yù)測具有優(yōu)勢，適用于主城在建區(qū)的空間負荷預(yù)測。

趨勢預(yù)測法簡單方便，數(shù)據(jù)需求量小，易于實現(xiàn)，適用于負荷發(fā)展平穩(wěn)﹑土地面積大且基礎(chǔ)資料不完備的生態(tài)保護發(fā)展區(qū)空間負荷預(yù)測。

結(jié)語

山地超大城市因其國家中心城市的定位在國家發(fā)展戰(zhàn)略中具有舉足輕重的地位，因其獨特的地形地勢對電網(wǎng)發(fā)展提出了更高要求。城市的發(fā)展離不開電網(wǎng)發(fā)展，合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和項目建設(shè)時序離不開空間負荷預(yù)測的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。因此，務(wù)必重視此類城市的負荷預(yù)測研究，采用合適的預(yù)測方法為電網(wǎng)發(fā)展提供有力的決策支撐。本文受《基于重慶“五大功能區(qū)”規(guī)劃的空間飽和負荷發(fā)展預(yù)測》（2015渝電科技4#）支持。

參考文獻

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中圖分類號：TM715

文獻標(biāo)識碼：A年。國內(nèi)目前空間負荷預(yù)測方法用得多的是直觀預(yù)測法（涂色法）﹑多元變量法﹑分類平均負荷密度指標(biāo)﹑考慮不確定性因素的用地仿真法﹑趨勢預(yù)測法等。