城市電網(wǎng)規(guī)劃的負(fù)荷預(yù)測方法探討

中國南方電網(wǎng)廣東電網(wǎng)佛山順德供電局 馬建剛 黃春平 關(guān)倩瑩

城市電網(wǎng)規(guī)劃工作從電網(wǎng)系統(tǒng)建立之日起至今一直作為電力工作者研究的重點，尤其是在最近幾年里，隨著“兩型”社會的建設(shè)和國家農(nóng)網(wǎng)升級改造步伐的加快，城鄉(xiāng)電網(wǎng)規(guī)劃工作受到國家、電力部、地方政府、電力公司等多方的高度重視。預(yù)測結(jié)果的可行性、準(zhǔn)確性，不僅會影響到整個城市電網(wǎng)規(guī)劃工作的質(zhì)量水平，甚至還會影響整個城市社會經(jīng)濟發(fā)展能源開發(fā)利用戰(zhàn)略目標(biāo)的制定[1]。

1.城市電網(wǎng)電力負(fù)荷預(yù)測模型方法

隨著科學(xué)技術(shù)尤其是智能自動化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，電網(wǎng)負(fù)荷的預(yù)測方法和模型也越來越多，從常規(guī)的回歸分析模型、趨勢外推模型、時間序列模型，演變到當(dāng)前以人工智能為主的灰色系統(tǒng)模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；從簡單的電力彈性系數(shù)法、產(chǎn)值單耗法，演變到當(dāng)前專門應(yīng)用到城市電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測的行業(yè)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)法、和空間負(fù)荷密度指標(biāo)法。

2.城市電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計電力負(fù)荷綜合預(yù)測體系

地區(qū)用電量及負(fù)荷增長水平在很大程度上直接反映了該地區(qū)的社會經(jīng)濟現(xiàn)狀和其發(fā)展增長潛力。城市規(guī)劃部門制定的城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃是電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測的主要參考依據(jù)[2]。

2.1 負(fù)荷預(yù)測方法模型分類

城市電網(wǎng)規(guī)劃負(fù)荷預(yù)測，按其基本功能作用可以劃分為電量預(yù)測、電力負(fù)荷預(yù)測、空間負(fù)荷預(yù)測、以及電力負(fù)荷需求曲線預(yù)測等多種類型。其中電量和電力負(fù)荷預(yù)測主要針對城市社會經(jīng)濟發(fā)展未來的電力需求量預(yù)測，對城市電網(wǎng)規(guī)劃供電電源點選擇、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整等具有較強的指導(dǎo)意義。電量和負(fù)荷預(yù)測又主要包括：城市供電總量電量和負(fù)荷預(yù)測、以及產(chǎn)業(yè)行業(yè)電量和負(fù)荷預(yù)測兩大類；而空間負(fù)荷預(yù)測則可以根據(jù)用電負(fù)荷所分布的地理位置、時間和數(shù)量，確定城市社會經(jīng)濟發(fā)展所需的空間發(fā)展，是城市電網(wǎng)高壓變電站選址、容量、以及供電模式確定的基礎(chǔ)，其負(fù)荷預(yù)測的準(zhǔn)確可靠性直接決定了整個城市電網(wǎng)規(guī)劃方案的可行性、可靠性、可操作性、以及適應(yīng)性；負(fù)荷曲線預(yù)測是城市電網(wǎng)經(jīng)濟節(jié)能調(diào)度運行和提高電網(wǎng)供電可靠性的重要依據(jù)，可以根據(jù)電網(wǎng)歷史運行日負(fù)荷曲線預(yù)測不同氣象類型、節(jié)假日等條件下的電能需求總量與分類負(fù)荷間的關(guān)系，是城市電網(wǎng)電量、負(fù)荷預(yù)測、以及空間負(fù)荷預(yù)測間的重要連接紐帶。綜上所述，城市電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中電力負(fù)荷預(yù)測，要根據(jù)城市社會經(jīng)濟發(fā)展和用地規(guī)劃，以空間負(fù)荷分布預(yù)測為基礎(chǔ)，采用多種電力負(fù)荷預(yù)測模型方法進(jìn)行城市電網(wǎng)負(fù)荷總量及負(fù)荷增產(chǎn)率等指標(biāo)的準(zhǔn)確預(yù)測，確保城市電網(wǎng)規(guī)劃具有較高質(zhì)量水平[3]。

表1 大良規(guī)劃資料表（單位：公頃）

2.2 城市電網(wǎng)規(guī)劃電力負(fù)荷預(yù)測流程

負(fù)荷預(yù)測的規(guī)劃時間目標(biāo)通常包括遠(yuǎn)景年(長期)、中間年(中期)和近期(短期)等多種類型，進(jìn)行具體負(fù)荷預(yù)測工作時，要根據(jù)城市電網(wǎng)調(diào)度運行已有的歷史數(shù)據(jù)資料，在充分結(jié)合該城市社會經(jīng)濟發(fā)展特點的基礎(chǔ)上，制定出完善系統(tǒng)的預(yù)測流程。

3.城市電網(wǎng)電力負(fù)荷預(yù)測實例分析

近期，為解決快速增長的電力需求與電力設(shè)施建設(shè)空間之間的供需矛盾，我局與地方國土資源和城鄉(xiāng)規(guī)劃局聯(lián)合進(jìn)行地方近期電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃，協(xié)調(diào)城市建設(shè)和電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)系。

3.1 方法及步驟

（1）負(fù)荷密度法基本原理

根據(jù)要預(yù)測地區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展及用電情況，如供電區(qū)域人口、工業(yè)生產(chǎn)水平、設(shè)備數(shù)量變化和特性經(jīng)濟趨勢對負(fù)荷增長的影響等采用空間負(fù)荷預(yù)測法進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)城市的規(guī)劃，運用時空地理分布模型，將負(fù)荷落實到城市的具體位置。

表2 遠(yuǎn)景預(yù)測負(fù)荷密度取值上下限

表3 部分國家和地區(qū)人均用電量

（2） 負(fù)荷密度法的優(yōu)點

不確定因素少。由于受到數(shù)據(jù)、預(yù)測所采用的模型以及很多人為主觀因素的影響，目前大部分負(fù)荷預(yù)測方法都帶有很多的不確定因素。而負(fù)荷密度法在分區(qū)規(guī)劃資料準(zhǔn)確的前提下，不確定因素只有負(fù)荷密度的取值，其他受人為影響的因素也相對較少，這在理論上能夠保證得到比較準(zhǔn)確的預(yù)測結(jié)果。

計算靈活性高。由于整個預(yù)測過程是從每一個小地塊壘起來的，我們可以按照不同的要求組合出各種大小區(qū)域的總的負(fù)荷預(yù)測值，也就是說，不僅能得到總量的預(yù)測，還可以知道地區(qū)負(fù)荷的空間分布，對于以后的變電站布點工作有較大幫助。

（3）預(yù)測步驟

1）分區(qū)及土地使用類的劃分

按城市總體規(guī)劃方案將區(qū)域分區(qū)，在分區(qū)的基礎(chǔ)上再細(xì)分為許多的小地塊，對于每個小地塊，城市規(guī)劃均對其用地性質(zhì)、負(fù)荷密度、占地面積以及容積率作了規(guī)劃。

2）負(fù)荷預(yù)測分地塊負(fù)荷計算和地塊負(fù)荷合并兩個步驟

根據(jù)每個地塊的用地性質(zhì)、用地面積、建筑容積率等數(shù)據(jù)得出每個地塊與規(guī)劃相適應(yīng)的遠(yuǎn)期負(fù)荷預(yù)測值。

由于存在一個負(fù)荷同時率的問題，對于不同類型的負(fù)荷不能直接把他們簡單相加，因此需要將不同類型的負(fù)荷按負(fù)荷特性曲線相加。這樣就能得出一條新的合并后的分區(qū)日負(fù)荷曲線，曲線的最大值就是遠(yuǎn)期負(fù)荷預(yù)測值。

3.2 負(fù)荷計算

以順德區(qū)大良街道為例，地域面積80km2，其中用電土地面積67.8km2。2011年最高負(fù)荷391.13MW，電量18.82億千瓦時，人口42.8萬人，負(fù)荷密度5768.88kW/km2，人均用電量4397.2kwh。本次規(guī)劃期限為2012年-2020年。

根據(jù)總體規(guī)劃，大良的規(guī)劃用地情況如表1。

在采用負(fù)荷密度法進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測時，負(fù)荷密度是一個非常關(guān)鍵的因素，它選得是否恰當(dāng)會影響預(yù)測結(jié)果的正確性。為此，我們對各類典型負(fù)荷密度現(xiàn)狀進(jìn)行了抽樣實測，抽樣包括9個居住用地、9個行政商業(yè)、9個醫(yī)療教育、12個一類工業(yè)、9個二類工業(yè)、11個三類工業(yè)的負(fù)荷密度現(xiàn)狀。根據(jù)負(fù)荷密度現(xiàn)狀，考慮各類負(fù)荷增長率，確定遠(yuǎn)景預(yù)測負(fù)荷密度取值上下限發(fā)（見表2）。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，得出每個地塊與規(guī)劃相適應(yīng)的遠(yuǎn)期負(fù)荷預(yù)測值：

地塊的遠(yuǎn)期負(fù)荷預(yù)測值=地塊用地面積×地塊建筑容積率×地塊遠(yuǎn)景負(fù)荷密度

最后運用各類負(fù)荷的典型日負(fù)荷特性曲線，對各地塊負(fù)荷合并，得出大良區(qū)域遠(yuǎn)期負(fù)荷預(yù)測結(jié)果：最大負(fù)荷92.76萬kW，規(guī)劃面積統(tǒng)計63.9562km2，平均負(fù)荷密度1. 45萬kW/km2。

3.3 負(fù)荷預(yù)測結(jié)果的橫向比較

橫向比較的關(guān)鍵是選擇具有對比性的國家或城市。一般選經(jīng)濟發(fā)達(dá)，且經(jīng)濟結(jié)構(gòu)與本地區(qū)有某種相似的國家或城市作比較對象?？紤]到佛山地區(qū)的人口、面積、經(jīng)濟發(fā)展的趨勢，我們選取東京、紐約、廣州等大都市作為對比分析（見表3）。

根據(jù)城市總體規(guī)劃，對比國內(nèi)外人均用電量，遠(yuǎn)景規(guī)劃按人均用電量1.1萬kwh計算，基本與許多發(fā)達(dá)國家人均用電量相當(dāng)。

預(yù)測廣州遠(yuǎn)景負(fù)荷為1900萬kW，平均負(fù)荷密度達(dá)2.16萬kW/km2。本次規(guī)劃得出大良地區(qū)遠(yuǎn)景平均負(fù)荷密度為1.45萬kW/km2，略低于廣州。

4.結(jié)束語

隨著城市規(guī)劃建設(shè)發(fā)展的規(guī)模和速度的進(jìn)一步加快，電網(wǎng)規(guī)劃中電力負(fù)荷預(yù)測的重要性日益顯現(xiàn)，且對電力負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)的可靠性和精確度要求也越來越高。常規(guī)的電力負(fù)荷預(yù)測方法在城市電網(wǎng)規(guī)劃中應(yīng)用比較廣泛，其預(yù)測結(jié)果對城市電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)具有非常重要的參考價值。但要進(jìn)一步提高電力負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)的可靠性和精確度，就需要結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能預(yù)測技術(shù)，形成綜合的電力負(fù)荷預(yù)測模型方法，進(jìn)而為城市電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)中的電源點布設(shè)、供電模式、規(guī)模容量的確定，以及投入時間以及具體供電線路走向提供重要的科學(xué)合理的參考數(shù)據(jù)依據(jù)，確保電網(wǎng)規(guī)劃具有較高質(zhì)量水平。

[1]康重慶,夏清,張伯明.電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測研究綜述與發(fā)展方向的探討[J].電力系統(tǒng)自動化,2004,28(17):1-11.

[2]王穎,彭澎.考慮不確定性的城市電網(wǎng)空間負(fù)荷預(yù)測方法[J].電力科學(xué)與工程,2009,25(2):24-26.

[3]左新南,龔里.縣級電網(wǎng)規(guī)劃負(fù)荷預(yù)測方法的探討[J].紅水河,2005,26(2):135-137.