孫　昕，呂　陽，張　欣，陳　晨，李雪男

（北京電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京　100055）

基于大數(shù)據(jù)的負(fù)荷指標(biāo)及同時(shí)率測(cè)算方法

孫昕，呂陽，張欣，陳晨，李雪男

（北京電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京100055）

隨著科技的發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的持續(xù)提高，各種用戶類別的負(fù)荷特性都在不斷發(fā)生變化，建立與各城市負(fù)荷水平相一致的負(fù)荷密度指標(biāo)及同時(shí)率體系具有重要意義。提出基于大數(shù)據(jù)的負(fù)荷指標(biāo)及負(fù)荷同時(shí)率測(cè)算方法，并應(yīng)用配套開發(fā)的負(fù)荷數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對(duì)北京市負(fù)荷指標(biāo)及同時(shí)率進(jìn)行初步測(cè)算，形成了飽和負(fù)荷預(yù)測(cè)指標(biāo)推薦表。

負(fù)荷指標(biāo)；同時(shí)率；負(fù)荷數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；樣本選取；負(fù)荷密度曲線

0　引言

空間負(fù)荷預(yù)測(cè)是城市電網(wǎng)規(guī)劃的重要環(huán)節(jié)，其預(yù)測(cè)結(jié)果是確定所需配置供電設(shè)備容量和分布的基礎(chǔ)。目前，用于開展空間負(fù)荷預(yù)測(cè)的規(guī)劃單位建設(shè)用地負(fù)荷指標(biāo)主要引自GB/T 50293—2014《城市電力規(guī)劃規(guī)范》。該指標(biāo)面向全國(guó)，用于規(guī)范遠(yuǎn)景年各類用地的單位建筑面積負(fù)荷水平，給定的指標(biāo)范圍較為寬泛，僅規(guī)定了居住、公建和工業(yè)3類用地的用電指標(biāo)范圍，且沒有對(duì)各類用地的負(fù)荷同時(shí)率選取原則做出說明。根據(jù)GB/T 50293—2014，居民建筑用電指標(biāo)范圍是30～70 W/m2，公共建筑用電指標(biāo)范圍是40～150 W/m2，工業(yè)用地用電指標(biāo)范圍是40～120 W/m2［1］。

隨著科技的發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的持續(xù)提高，電腦、空調(diào)、烤箱等家用電器得到了廣泛應(yīng)用；商業(yè)、辦公、醫(yī)療、市政等樓宇建筑已基本全部采用中央空調(diào)集中供冷的模式；晶體管制造、數(shù)據(jù)中心等新興產(chǎn)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生［2］。伴隨而來的是各類用戶的負(fù)荷特性都在不斷發(fā)生變化。因此，亟需充分利用各城市電力信息系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)，建立與各城市科技、經(jīng)濟(jì)水平相一致的負(fù)荷密度指標(biāo)及同時(shí)率體系，用于指導(dǎo)后續(xù)各層面電網(wǎng)規(guī)劃中的負(fù)荷預(yù)測(cè)工作［3］。

提出基于大數(shù)據(jù)的負(fù)荷指標(biāo)及同時(shí)率測(cè)算方法，并配套開發(fā)負(fù)荷數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)?；谠撓到y(tǒng)，自動(dòng)提取北京市電力信息系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)北京市負(fù)荷指標(biāo)及同時(shí)率進(jìn)行初步測(cè)算，并形成了飽和負(fù)荷預(yù)測(cè)指標(biāo)推薦表。

1　測(cè)算方法

1.1數(shù)據(jù)接入模式

通過構(gòu)建負(fù)荷數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，可采集電網(wǎng)業(yè)務(wù)層數(shù)據(jù)進(jìn)行負(fù)荷指標(biāo)測(cè)算。系統(tǒng)采用Web Service接口方式從電力數(shù)據(jù)中心獲取營(yíng)銷系統(tǒng)的用戶臺(tái)賬數(shù)據(jù)以及用戶信息采集系統(tǒng)的表計(jì)負(fù)荷數(shù)據(jù)，WebService協(xié)議需要對(duì)接Weblogic WebService和JMS數(shù)據(jù)接口，進(jìn)入U(xiǎn)base通用WebService數(shù)據(jù)整合框架，采用A到A的模式將營(yíng)銷數(shù)據(jù)寫入U(xiǎn)base PMS數(shù)據(jù)表，自動(dòng)轉(zhuǎn)到營(yíng)銷增量數(shù)據(jù)計(jì)算引擎，與配網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)中心進(jìn)行增量計(jì)算及數(shù)據(jù)增量計(jì)算和審計(jì)標(biāo)識(shí)。

營(yíng)銷系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入。用戶臺(tái)賬數(shù)據(jù)主要采集用戶數(shù)據(jù)、表計(jì)數(shù)據(jù)、計(jì)量點(diǎn)數(shù)據(jù)、臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)、變壓器數(shù)據(jù)，按照臺(tái)賬數(shù)據(jù)，自動(dòng)形成負(fù)荷模型中表計(jì)→用戶→變壓器（配電箱進(jìn)線）的邏輯關(guān)系，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算負(fù)荷數(shù)據(jù)，作為規(guī)劃負(fù)荷預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，主要屬性有用戶用地性質(zhì)、建筑面積、用地面積、坐標(biāo)等。營(yíng)銷系統(tǒng)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)方式如圖1所示。

圖1　營(yíng)銷系統(tǒng)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)邏輯

用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入。用采數(shù)據(jù)主要采集表計(jì)的三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率，數(shù)據(jù)時(shí)間粒度15 min，即負(fù)荷曲線中為每天96點(diǎn)，根據(jù)營(yíng)銷臺(tái)賬數(shù)據(jù)計(jì)算的表計(jì)用戶變壓器關(guān)系模型，系統(tǒng)自動(dòng)依據(jù)表計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算用戶和變壓器的負(fù)荷曲線數(shù)據(jù)，作為規(guī)劃負(fù)荷預(yù)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)方式如圖2所示。

圖2　用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)邏輯

1.2樣本選取原則

通過數(shù)據(jù)接口，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)可提取用戶樣本基本信息及用電信息，并自動(dòng)進(jìn)行樣本篩選，形成典型用戶樣本庫。飽和樣本的篩選方法主要有兩種。一是根據(jù)各樣本逐年每月電量信息，考慮3月、6月、10月負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定，受天氣影響較小，若逐年3月、6月、10月電量值存在波動(dòng) （增長(zhǎng)率在-5%～+5%之間），認(rèn)為該樣本已經(jīng)基本趨于飽和；二是計(jì)算樣本年均電量增長(zhǎng)率，增長(zhǎng)率在2%以下可近似認(rèn)為該樣本負(fù)荷趨于飽和［4］。其他樣本屬于不飽和樣本。

1.3負(fù)荷密度指標(biāo)測(cè)算方法

數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)根據(jù)自動(dòng)生成的飽和用戶樣本庫，對(duì)用戶負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并采用正態(tài)分布法、加權(quán)平均法等算法，形成多維度用電指標(biāo)，生成各用戶類型飽和年負(fù)荷密度曲線。

每個(gè)樣本用電指標(biāo)測(cè)算方法。從各樣本中篩選出年單小時(shí)最大電量，近似認(rèn)為該電量值代表了該樣本的最大負(fù)荷情況。以最大負(fù)荷為分子，樣本建筑面積為分母，計(jì)算得出該樣本的用電指標(biāo)。

每類用戶類別用電指標(biāo)測(cè)算方法。一是負(fù)荷趨于飽和的樣本作為有效樣本；二是將同種用戶類別的有效樣本進(jìn)行對(duì)比分析，核實(shí)是否存在個(gè)別樣本指標(biāo)過高或過低的情況，如果存在，核實(shí)原始數(shù)據(jù)并分析原因，如果屬于正常因素，則該樣本參與該用戶類別的用電指標(biāo)測(cè)算，如果屬于個(gè)例因素，該樣本記為無效樣本；三是在確定有效樣本基礎(chǔ)上計(jì)算分析各樣本用戶的負(fù)荷指標(biāo)結(jié)果；四是將各有效樣本用電指標(biāo)求和取平均，考慮負(fù)荷自然增長(zhǎng)的影響，將平均值上浮5%～10%作為基準(zhǔn)值，并給出上浮比例原因分析，以基準(zhǔn)值為中點(diǎn)，上下分別浮動(dòng)5%形成該類用戶類別的用電指標(biāo)范圍［5］。

各類用地性質(zhì)用電指標(biāo)測(cè)算方法。各類用地包含多種用戶類別，將負(fù)荷特性較為接近的用戶類別進(jìn)行適度合并，對(duì)于各類用地性質(zhì)形成1～2個(gè)推薦用電指標(biāo)。以商業(yè)金融用地性質(zhì)為例，該用地性質(zhì)包含酒店、銀行、數(shù)據(jù)中心、購物中心等多個(gè)用戶類別，因酒店、購物中心、銀行等用電指標(biāo)較為接近，可適度合并，合并后商業(yè)金融類用地性質(zhì)分兩種用電指標(biāo)，分別為金融業(yè)用地（C22）和商業(yè)服務(wù)業(yè)用地（C21、C23～C26）。

1.4同時(shí)率測(cè)算方法

數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)依據(jù)各類用戶飽和年負(fù)荷密度曲線，可綜合考慮不同用戶類型組合，不同建筑面積等情況，對(duì)戶間同時(shí)率進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算［6］。

式中：K為同時(shí)率；Pmax為系統(tǒng)飽和年最大負(fù)荷；Pimax為第i個(gè)用戶飽和年最大負(fù)荷。

2　負(fù)荷指標(biāo)測(cè)算

2.1用戶樣本

根據(jù)北京城市定位，北京市政府在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上做出了相應(yīng)的調(diào)整，從1990年開始，第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)放緩，比例相對(duì)下降，第三產(chǎn)業(yè)比例有所上升。北京市政府在城市用地規(guī)劃方面將北京市城市用地主要分為居住、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)金融、行政辦公、文化娛樂、醫(yī)療衛(wèi)生、教育科研、中小學(xué)幼托、體育、市政設(shè)施、倉儲(chǔ)、交通運(yùn)輸和其他用地14大類。在14類用地性質(zhì)的基礎(chǔ)上又細(xì)分為44種用戶類別。

經(jīng)過系統(tǒng)自動(dòng)處理，共形成包括44類用戶類別共計(jì)3200個(gè)有效樣本。針對(duì)每個(gè)樣本，選取數(shù)據(jù)質(zhì)量較好的2008—2012年負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)算。

歷史電量數(shù)據(jù)。針對(duì)44類用戶類別，分別選取多個(gè)已投產(chǎn)多年負(fù)荷趨于飽和的典型用戶作為樣本，依托用采系統(tǒng)獲得各樣本2008—2012年每小時(shí)的電量數(shù)據(jù)，以及各樣本2006—2012年每月的電量值，以每小時(shí)電量數(shù)據(jù)作為單小時(shí)平均負(fù)荷。

樣本基本信息。根據(jù)營(yíng)銷系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，整理得到各樣本的基本信息，包括各用戶的占地面積、建筑面積等。按照14類用地性質(zhì)的44種用戶分類原則，形成樣本信息數(shù)據(jù)庫。

2.2測(cè)算結(jié)果及校驗(yàn)

對(duì)于選取的樣本，根據(jù)其基本信息及電量信息，應(yīng)用加權(quán)平均法在負(fù)荷數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中對(duì)每類用戶類別進(jìn)行負(fù)荷指標(biāo)測(cè)算。以工業(yè)用地為例，該類用地可細(xì)分為電子設(shè)備制造、汽車制造廠、食品加工廠、制藥廠、紡織廠及其他工業(yè)用戶。

1）電子設(shè)備制造用戶。該用戶類別單位建筑面積負(fù)荷加權(quán)平均為141.7 W/m2，最大負(fù)荷發(fā)生集中發(fā)生在第三季度。針對(duì)該類用戶選取6個(gè)樣本，于2013年7月17日—19日進(jìn)行負(fù)荷實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)單位建筑面積負(fù)荷加權(quán)平均為158.5 W/m2。

2）汽車制造廠用戶。該用戶類別單位建筑面積負(fù)荷加權(quán)平均為78.7 W/m2，最大負(fù)荷發(fā)生集中發(fā)生在第三季度。針對(duì)該類用戶選取4個(gè)樣本，于2013 年7月16日—19日進(jìn)行負(fù)荷實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)單位建筑面積負(fù)荷加權(quán)平均為78.2 W/m2。

3）食品加工廠用戶。該用戶類別單位建筑面積負(fù)荷加權(quán)平均為41.8 W/m2，最大負(fù)荷發(fā)生集中發(fā)生在第三季度。針對(duì)該類用戶選取6個(gè)樣本，于2013 年7月16日—19日進(jìn)行負(fù)荷實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)單位建筑面積負(fù)荷加權(quán)平均為48 W/m2。

4）制藥廠用戶。該用戶類別單位建筑面積負(fù)荷加權(quán)平均為77.7 W/m2，最大負(fù)荷發(fā)生集中發(fā)生在第三季度。針對(duì)該類用戶選取6個(gè)樣本，于2013年7 月15日—19日進(jìn)行負(fù)荷實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)單位建筑面積負(fù)荷加權(quán)平均為63.8 W/m2。

5）紡織廠用戶。該用戶類別單位建筑面積負(fù)荷加權(quán)平均為24.4 W/m2，最大負(fù)荷發(fā)生集中發(fā)生在第三季度。針對(duì)該類用戶選取2個(gè)樣本，于2013年7 月19日—21日進(jìn)行負(fù)荷實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)單位建筑面積負(fù)荷加權(quán)平均為27.5 W/m2。

6）其他工業(yè)用戶。該用戶類別單位建筑面積負(fù)荷加權(quán)平均為57.7 W/m2，最大負(fù)荷發(fā)生集中發(fā)生在第三季度。針對(duì)該類用戶選取2個(gè)樣本，于2013年7月19日—21日進(jìn)行負(fù)荷實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)單位建筑面積負(fù)荷加權(quán)平均為47.5 W/m2。

根據(jù)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范，工業(yè)用地細(xì)分為一類工業(yè)用地（M1）、二類工業(yè)用地（M2）等。其中電子設(shè)備制造和汽車制造屬于一類工業(yè)用地，通過對(duì)該2種用戶類別單位建筑面積負(fù)荷加權(quán)平均，同時(shí)結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)校核，測(cè)算一類工業(yè)負(fù)荷指標(biāo)為100 W/m2。其中食品加工廠、制藥廠、紡織廠和其他屬于二類工業(yè)用地，通過對(duì)該4種用戶類別單位建筑面積負(fù)荷加權(quán)平均，同時(shí)結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)校核，測(cè)算二類工業(yè)負(fù)荷指標(biāo)為40 W/m2。

《城市電力規(guī)劃規(guī)范》中工業(yè)用地用電指標(biāo)為40～120W/m2。因此，新測(cè)算的一類工業(yè)用地100W/m2負(fù)荷指標(biāo)，二類工業(yè)用地40W/m2負(fù)荷指標(biāo)是合理的。

經(jīng)過測(cè)算，形成包括14類用地性質(zhì)和44種用戶類別的飽和負(fù)荷預(yù)測(cè)指標(biāo)推薦表，如表1所示。

表1　飽和負(fù)荷預(yù)測(cè)指標(biāo)推薦表

3　同時(shí)率測(cè)算

從飽和用戶樣本庫中提取3類用地性質(zhì)，包括C21商業(yè)用地 （商業(yè)金融用地）、C23貿(mào)易咨詢用地（商業(yè)金融用地）以及M1一類工業(yè)用地（工業(yè)用地），共計(jì)115個(gè)用戶樣本用于同時(shí)率指標(biāo)初步測(cè)算。

應(yīng)用負(fù)荷數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，可對(duì)各用戶負(fù)荷信息進(jìn)行分析，形成3類用地的飽和年負(fù)荷密度曲線，如圖3～5所示。假設(shè)3類用地的建筑面積相同，可計(jì)算出不同用地性質(zhì)組合方式下的同時(shí)率，詳見表2。該測(cè)算結(jié)果的準(zhǔn)確性需通過進(jìn)一步的研究分析進(jìn)行校驗(yàn)。

圖3　飽和年C21商業(yè)用地負(fù)荷密度曲線

圖4　飽和年C23貿(mào)易咨詢用地負(fù)荷密度曲線

圖5　飽和年M1工業(yè)用地負(fù)荷密度曲線

表2　不同用地性質(zhì)組合方式下的同時(shí)率測(cè)算結(jié)果

4　研究拓展

基于負(fù)荷數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，可在今后研究中，重點(diǎn)從以下方面實(shí)現(xiàn)應(yīng)用拓展。

探究多維度負(fù)荷指標(biāo)體系。根據(jù)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)庫，建立各種用戶類型在不同天氣、不同季節(jié)、不同建筑面積、不同發(fā)展階段等情況下的日、年度負(fù)荷特性曲線。以此為依據(jù)，并可結(jié)合用戶實(shí)際負(fù)荷情況，對(duì)各類用戶進(jìn)行短期、中期、長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)，以及各種用戶組合方式下的同時(shí)率測(cè)算。

研究各用戶類型負(fù)荷發(fā)展系數(shù)。根據(jù)各用戶類型歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，可分析出其負(fù)荷變化趨勢(shì)近似S型曲線。負(fù)荷增長(zhǎng)特性與其發(fā)展階段密切相關(guān)，一般可分為慢速增長(zhǎng)期、快速增長(zhǎng)期和緩慢增長(zhǎng)飽和期3個(gè)階段。可對(duì)各類用戶負(fù)荷發(fā)展系數(shù)進(jìn)行研究測(cè)算，用于指導(dǎo)各用戶類型逐年負(fù)荷預(yù)測(cè)。

深化同時(shí)率研究。研究不同建筑面積對(duì)同一用戶類型負(fù)荷曲線的影響，形成建筑面積變化對(duì)各類用戶負(fù)荷曲線的修正系數(shù)集；基于發(fā)展系數(shù)研究，分析負(fù)荷不同發(fā)展階段對(duì)同時(shí)率的影響。

5　結(jié)語

提出了基于大數(shù)據(jù)的負(fù)荷指標(biāo)及負(fù)荷同時(shí)率測(cè)算方法，并應(yīng)用配套開發(fā)的負(fù)荷數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對(duì)北京市負(fù)荷指標(biāo)及同時(shí)率進(jìn)行了初步測(cè)算，并形成了包括14類用地性質(zhì)、44種用戶類別飽和負(fù)荷預(yù)測(cè)指標(biāo)推薦表。

推薦的用電指標(biāo)能夠體現(xiàn)北京地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，為電網(wǎng)規(guī)劃中的負(fù)荷預(yù)測(cè)工作提供了更科學(xué)合理的依據(jù)。

［1］GB/T 50293-2014城市電力規(guī)劃規(guī)范［S］.

［2］張振，王鋒陳，敏曦.基于BP網(wǎng)絡(luò)的電力負(fù)荷預(yù)測(cè)改進(jìn)研究［J］.中國(guó)電業(yè)（技術(shù)版），2015（10）：12-15.

［3］蔣琪，李文輝，蔣勃.城市電網(wǎng)協(xié)同負(fù)荷預(yù)測(cè)及協(xié)同規(guī)劃研究與實(shí)現(xiàn)［J］.中外企業(yè)家，2015（35）：85-87.

［4］康重慶，趙燃，陳新宇，等.多級(jí)負(fù)荷預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)問題分析［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（9）：1-7.

［5］孫旭，任震.空間負(fù)荷預(yù)測(cè)在城市電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用［J］.繼電器，2005，33（14）：79-81.

［6］何善瑾.上海電力系統(tǒng)最大負(fù)荷同時(shí)率分析［J］.供用電，2008，25 （1）：13-15.

孫昕（1984），工程師，博士，從事電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)及管理等工作；

呂陽（1987），工程師，碩士，從事配電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)等工作；

張欣（1990），工程師，碩士，從事配電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)等工作；

陳晨（1988），工程師，碩士，從事配電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)等工作；

李雪男（1983），高級(jí)工程師，碩士，從事電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)及管理等工作。

The Big Data Based Load Index and Simultaneity Factor Estimation Method

SUN Xin，LV Yang，ZHANG Xin，CHEN Chen，LI Xuenan
（State Grid Beijing Economic Research Institute，Beijing 100055，China）

With the development of technology and the improvement of national economy，load characteristics of various customers are changing constantly.Therefore，building a load index and simultaneity factor estimation system which is consistent with the urban load demand level is significant.The big data based load index and simultaneity factor estimation method is put forward.Using the load data analysis system，which is developed based on the method，load indexes and simultaneity factors of Beijing are preliminarily calculated，and saturated load indexes recommendation form is established.

load indexs；simultaneity factor；load data analysis system；sample selection；load density curve

TM714

A

1007-9904（2016）01-0037-04

2015-11-25