基于行業(yè)大數(shù)據(jù)的飽和空間負(fù)荷預(yù)測(cè)方法

庾力維， 何敬開(kāi)

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局，廣東 東莞 523000；2.廣州依萊科電力科技有限公司，廣東 廣州 510630)

0 引 言

目前，電網(wǎng)規(guī)劃日益精細(xì)，飽和空間負(fù)荷預(yù)測(cè)[1]是電網(wǎng)中長(zhǎng)期規(guī)劃的基礎(chǔ)。常用的飽和空間負(fù)荷預(yù)測(cè)方法主要為負(fù)荷密度法，基于城市規(guī)劃進(jìn)行預(yù)測(cè)。城市規(guī)劃一般把工業(yè)劃分為一類、二類和三類工業(yè)等，劃分標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)其對(duì)環(huán)境污染的影響，與負(fù)荷密度和負(fù)荷特性等并無(wú)直接關(guān)系。實(shí)際上工業(yè)細(xì)分行業(yè)[2]眾多，不同行業(yè)負(fù)荷密度相差很遠(yuǎn)。因此，有必要專門針對(duì)工業(yè)進(jìn)行更細(xì)致的行業(yè)劃分和取值。

傳統(tǒng)負(fù)荷密度法的負(fù)荷密度主要參考規(guī)范取值，但規(guī)范中的取值范圍跨度很大，需要從中選取更具體的取值。為避免過(guò)分受到主觀取值影響，實(shí)際工作中往往結(jié)合部分用戶負(fù)荷密度調(diào)研。但此類調(diào)研實(shí)際上也只是少量的抽樣調(diào)查，難以反映普遍情況。因此，有必要通過(guò)大數(shù)據(jù)[3]分析，為負(fù)荷密度取值提供更充足的依據(jù)。

傳統(tǒng)負(fù)荷密度法的同時(shí)率取值往往是經(jīng)驗(yàn)值，受主觀因素影響較大。且同時(shí)率受行業(yè)類別影響非常大，同一區(qū)域內(nèi)的地塊[4]若為同一行業(yè)，其同時(shí)率往往較高，反之若行業(yè)差別較大，尤其是工商業(yè)與居民負(fù)荷，其同時(shí)率往往較低。規(guī)劃片區(qū)眾多，每個(gè)片區(qū)內(nèi)部地塊的行業(yè)分布各有不同，大大增加了同時(shí)率準(zhǔn)確取值的難度。因此，本文提出先通過(guò)大數(shù)據(jù)分析確定行業(yè)內(nèi)部同時(shí)率，再通過(guò)行業(yè)間的負(fù)荷曲線[5]疊加計(jì)算區(qū)域負(fù)荷。

傳統(tǒng)負(fù)荷密度法預(yù)測(cè)的地塊飽和負(fù)荷缺少與現(xiàn)狀負(fù)荷的對(duì)比分析，可能出現(xiàn)現(xiàn)狀負(fù)荷大于預(yù)測(cè)飽和負(fù)荷的情況。傳統(tǒng)負(fù)荷密度法缺少對(duì)特殊點(diǎn)負(fù)荷的分析，例如供水廠、高鐵牽引站和自備電廠轉(zhuǎn)網(wǎng)供等特殊負(fù)荷不適合采用負(fù)荷密度法進(jìn)行飽和負(fù)荷預(yù)測(cè)。因此，有必要增加對(duì)地塊現(xiàn)狀負(fù)荷和特殊點(diǎn)負(fù)荷的對(duì)比修正。

基于上述原因，本文引入基于大數(shù)據(jù)的“空間-行業(yè)”負(fù)荷密度法，通過(guò)細(xì)分工業(yè)行業(yè)、大數(shù)據(jù)分析、負(fù)荷曲線疊加、現(xiàn)狀負(fù)荷和特殊點(diǎn)負(fù)荷修正等，更切實(shí)反映各地塊行業(yè)和負(fù)荷特性，減少關(guān)鍵指標(biāo)取值主觀影響，提高飽和空間負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性和客觀性。

1 總體方法流程

本文所提出的“空間-行業(yè)”負(fù)荷密度法總體方法流程如圖1所示。

圖1 總體方法流程

2 地塊分類

2.1 地塊行業(yè)分類

可根據(jù)計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)[6]的電量和負(fù)荷數(shù)據(jù)，確定地區(qū)和配變的現(xiàn)狀主要行業(yè)。系統(tǒng)現(xiàn)有行業(yè)分類眾多，可根據(jù)行業(yè)性質(zhì)相近程度合并出少量主要的現(xiàn)狀行業(yè)分類。通過(guò)地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)確定各配變所屬地塊。兩者相結(jié)合，確定各地塊現(xiàn)狀主要行業(yè)分類。

可根據(jù)地區(qū)產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目規(guī)劃和招商引資等情況，確定地區(qū)和地塊規(guī)劃的主要行業(yè)分類。

2.2 地塊類型劃分

按照規(guī)劃是否建設(shè)用地，現(xiàn)狀是否已通電以及現(xiàn)有負(fù)荷與規(guī)劃用地性質(zhì)是否一致，把地塊劃分為A、B、C、D四類，如表1所示。

表1 地塊類型劃分

A類用地是指規(guī)劃為建設(shè)用地，現(xiàn)狀已通電，且現(xiàn)有負(fù)荷與規(guī)劃用地性質(zhì)一致，如規(guī)劃為商業(yè)用地，現(xiàn)狀也為商業(yè)負(fù)荷。此類用地屬于較為穩(wěn)定的用地，負(fù)荷類型不變，未來(lái)主要為現(xiàn)有用戶負(fù)荷增長(zhǎng)或者同類負(fù)荷改造，如城市更新規(guī)劃中的連片工改工。

B類用地是指規(guī)劃為建設(shè)用地，現(xiàn)狀已通電，但現(xiàn)有負(fù)荷與規(guī)劃用地性質(zhì)不一致，如規(guī)劃為商業(yè)用地，現(xiàn)狀為工業(yè)負(fù)荷。此類用地將來(lái)改造可能性很大，負(fù)荷類型也將發(fā)生改變，如城市更新規(guī)劃和三舊改造規(guī)劃中的工業(yè)改商住等。

C類用地是指規(guī)劃為建設(shè)用地和現(xiàn)狀未通電，即新增的未開(kāi)發(fā)建設(shè)用地。

D類用地是指規(guī)劃為非建設(shè)用地和現(xiàn)狀已通電，即違建用地。

3 地塊常規(guī)負(fù)荷

地塊常規(guī)飽和負(fù)荷預(yù)測(cè)主要取決于負(fù)荷密度取值。在參考規(guī)范取值和負(fù)荷調(diào)研基礎(chǔ)上，可通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，為負(fù)荷密度取值提供更充足依據(jù)。

從計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)提取全市配變負(fù)荷數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS系統(tǒng)確定的配變所在地塊，統(tǒng)計(jì)得出地塊現(xiàn)狀負(fù)荷，并結(jié)合地塊行業(yè)屬性和地塊面積數(shù)據(jù)，得出全市各行業(yè)各地塊負(fù)荷密度。把各行業(yè)負(fù)荷密度由低至高排序，按面積均分為十檔。隨著行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勝劣汰、產(chǎn)業(yè)升級(jí)和城市更新改造，現(xiàn)狀較為差舊的都將逐步升級(jí)或淘汰，因此排除最低幾檔和最高一檔后，可取其中負(fù)荷密度排前10%～30%的作為預(yù)測(cè)密度取值的主要參考依據(jù)之一。該區(qū)間密度反映的是當(dāng)規(guī)劃范圍內(nèi)所有建設(shè)用地負(fù)荷均發(fā)展到現(xiàn)狀排前列的同類負(fù)荷水平時(shí)，該地區(qū)的負(fù)荷情況，具有普遍性參考意義。

4 地塊負(fù)荷修正

4.1 地塊基于現(xiàn)狀的負(fù)荷

地塊基于現(xiàn)狀的負(fù)荷并非單純指地塊現(xiàn)狀已有負(fù)荷，而是指基于現(xiàn)狀已有信息判斷地塊很可能達(dá)到的最大負(fù)荷，包含三種情況：地塊現(xiàn)有的最大負(fù)荷；地塊現(xiàn)有裝變將來(lái)負(fù)荷發(fā)展成熟時(shí)可能達(dá)到的最大負(fù)荷；地塊內(nèi)明確的用戶報(bào)裝負(fù)荷。

部分地塊雖然已開(kāi)發(fā)利用，但配變投運(yùn)時(shí)間尚短，其負(fù)荷遠(yuǎn)未發(fā)展成熟，如剛建成一兩年的小區(qū)一般入住率較低。因此，衡量此類地塊現(xiàn)狀負(fù)荷不僅要看現(xiàn)有負(fù)荷，還要看現(xiàn)有裝變將來(lái)負(fù)荷發(fā)展成熟時(shí)可能達(dá)到的最大負(fù)荷。

從計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)導(dǎo)出全市配變數(shù)據(jù)，從中篩選各行業(yè)投運(yùn)時(shí)間5年以上的配變，分析各行業(yè)配變飽和負(fù)載率[7]，再結(jié)合各地塊現(xiàn)有裝變?nèi)萘?，?jì)算各地塊現(xiàn)有裝變將來(lái)負(fù)荷發(fā)展成熟時(shí)可能達(dá)到的最大負(fù)荷。

地塊基于現(xiàn)狀的負(fù)荷取值視乎地塊配變投運(yùn)時(shí)間而定，投運(yùn)時(shí)間短的按現(xiàn)有裝變飽和負(fù)載率估算負(fù)荷+報(bào)裝負(fù)荷，投運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)的取現(xiàn)有負(fù)荷+報(bào)裝負(fù)荷。

4.2 特殊點(diǎn)負(fù)荷

部分特殊點(diǎn)負(fù)荷不適合采用負(fù)荷密度法進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，如供水廠、高鐵牽引站和自備電廠轉(zhuǎn)網(wǎng)供等。此類負(fù)荷一般數(shù)量不多，可逐個(gè)核實(shí)網(wǎng)供負(fù)荷。

4.3 地塊負(fù)荷修正

以地塊為單位，在地塊常規(guī)負(fù)荷基礎(chǔ)上，結(jié)合基于現(xiàn)狀的負(fù)荷和特殊點(diǎn)負(fù)荷進(jìn)行對(duì)比修正。目的是為了避免單純采用負(fù)荷密度法預(yù)測(cè)而忽略了現(xiàn)狀的負(fù)荷信息，更貼合用戶具體特性。

結(jié)合上文地塊分類進(jìn)行負(fù)荷修正，具體如下：

(1) A類。A類用地屬于較為穩(wěn)定的用地，負(fù)荷類型不變，可能存在地塊未完全開(kāi)發(fā)，工業(yè)用地二次開(kāi)發(fā)，居住及商業(yè)辦公的同類更新，其地塊飽和負(fù)荷取值可取負(fù)荷密度法預(yù)測(cè)值和基于現(xiàn)狀負(fù)荷值中的大值。

(2) B類。B類用地將來(lái)改造可能性很大，負(fù)荷類型也將發(fā)生改變，如城市更新規(guī)劃和三舊改造規(guī)劃中的工業(yè)改商住等，可采用負(fù)荷密度法預(yù)測(cè)值作為地塊飽和負(fù)荷取值。

(3) C類。C類用地是新增建設(shè)用地，現(xiàn)狀無(wú)負(fù)荷，可采用負(fù)荷密度法預(yù)測(cè)值作為地塊飽和負(fù)荷取值。

(4) D類。D類用地是違建用地，可通過(guò)衡量將來(lái)違建用地清拆的可能性，來(lái)判斷是否保留現(xiàn)狀負(fù)荷。

(5) 特殊點(diǎn)負(fù)荷。確定了各地塊負(fù)荷密度法預(yù)測(cè)值和基于現(xiàn)狀的負(fù)荷值修正后，再根據(jù)特殊點(diǎn)負(fù)荷具體情況，逐個(gè)判斷其對(duì)地塊負(fù)荷的取值影響并修正最終地塊飽和負(fù)荷預(yù)測(cè)取值。

5 區(qū)域最大負(fù)荷

以市為例，從全市計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)導(dǎo)出配變負(fù)荷、所屬行業(yè)數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)分析各主要行業(yè)內(nèi)配變到市的同時(shí)率。由于配變與地塊的數(shù)量級(jí)非常相近，可將該配變到市的同時(shí)率作為地塊到市的同時(shí)率采用。通過(guò)各行業(yè)地塊最大負(fù)荷以及同時(shí)率計(jì)算全市各行業(yè)最大負(fù)荷。

從計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)可導(dǎo)出主要行業(yè)的典型日負(fù)荷曲線。負(fù)荷曲線縱軸統(tǒng)一以各點(diǎn)負(fù)荷相對(duì)于最大負(fù)荷的比值來(lái)表示。

結(jié)合各行業(yè)最大負(fù)荷以及行業(yè)負(fù)荷曲線，可模擬預(yù)測(cè)全市各行業(yè)負(fù)荷日曲線，各行業(yè)日曲線疊加得出全市日曲線，取其中最大值即為預(yù)測(cè)的全市最大飽和負(fù)荷值。

6 實(shí)例計(jì)算

6.1 計(jì)算過(guò)程

以某市為例，把各行業(yè)劃分為居民、商業(yè)、辦公、電子信息、電氣機(jī)械及設(shè)備、化工、紡織服裝、玩具及文體、食品飲料和煙草、木材和家具、包裝印刷、造紙、金屬、非金屬以及其他制造業(yè)等16個(gè)主要行業(yè)。

分別選取該市各行業(yè)投運(yùn)時(shí)間5年以上的全部10 kV配變，分析其負(fù)載率。全市配變大數(shù)據(jù)分析各行業(yè)同時(shí)率，結(jié)果如表2所示。

表2 行業(yè)配變飽和負(fù)載率和同時(shí)率

居民、商業(yè)、辦公配變飽和負(fù)載率較低，均在50%左右，工業(yè)配變飽和負(fù)載率較高，平均達(dá)到75%，主要是由于工業(yè)配變均為專變，需要交納配變?nèi)萘抠M(fèi)用，其配變利用效率必然更高。

各行業(yè)同時(shí)率普遍在0.60～0.75之間，辦公類同時(shí)率較低，主要是因?yàn)橛?jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)中教育和醫(yī)療等大量行業(yè)均劃分在辦公類中，辦公類包含行業(yè)較多。

從計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)導(dǎo)出該16個(gè)主要行業(yè)的日負(fù)荷曲線，采樣周期為1 h，整點(diǎn)采樣，如圖2所示。

圖2 主要行業(yè)日負(fù)荷曲線

6.2 結(jié)果校核

該市2018年全社會(huì)用電負(fù)荷156 45 MW，通過(guò)“空間-行業(yè)”負(fù)荷密度法，預(yù)測(cè)該市2035年全社會(huì)用電負(fù)荷31 200 MW。

6.2.1 用電量校核

用人均用電量法和電力彈性系數(shù)法預(yù)測(cè)該市用電量，并對(duì)用電負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行校核。該市2018年用電量807億kW·h，最高負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)5 156 h。預(yù)測(cè)2035年用電量1 556億kW·h，計(jì)算得出最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為4 989 h，符合第三產(chǎn)業(yè)和居民用電占比增長(zhǎng)的預(yù)期，說(shuō)明用電量和用電負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果相符。

6.2.2 飽和負(fù)荷密度校核

對(duì)比該市現(xiàn)狀和2035年預(yù)測(cè)結(jié)果負(fù)荷密度如表3所示。

從表3可見(jiàn)，規(guī)劃整體建設(shè)用地及工商住用地負(fù)荷密度均比現(xiàn)狀提高了一倍左右，符合該市國(guó)際先進(jìn)制造中心定位以及城市更新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)趨勢(shì)。

表3 現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)負(fù)荷密度對(duì)比

7 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于大數(shù)據(jù)的“空間-行業(yè)”負(fù)荷密度法，在傳統(tǒng)負(fù)荷密度法基礎(chǔ)上，細(xì)分工業(yè)行業(yè)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析確定關(guān)鍵參數(shù)取值，通過(guò)負(fù)荷曲線疊加計(jì)算負(fù)荷，對(duì)比現(xiàn)狀負(fù)荷和特殊點(diǎn)負(fù)荷進(jìn)行修正，最后用人均用電量法和電力彈性系數(shù)法等方法進(jìn)行校驗(yàn)。通過(guò)上述優(yōu)化措施，更切實(shí)反映各地塊行業(yè)和負(fù)荷特性，減少關(guān)鍵指標(biāo)取值主觀影響，提高了飽和空間負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性和客觀性。