空間負(fù)荷預(yù)測(cè)方法在浙江省科技城電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

文 凡，周 亞，章 浩

（臨安市供電局，浙江 臨安 311300）

電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是電網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)，負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性直接影響規(guī)劃工作的優(yōu)劣。負(fù)荷預(yù)測(cè)是根據(jù)已知的用電需求并考慮對(duì)此有影響的經(jīng)濟(jì)、氣象等因素，研究用電負(fù)荷與主要影響因素之間的內(nèi)在聯(lián)系和發(fā)展規(guī)律，預(yù)測(cè)未來的負(fù)荷變化趨勢(shì)。由于負(fù)荷預(yù)測(cè)是根據(jù)電力負(fù)荷的過去和現(xiàn)在來推測(cè)其未來的數(shù)值，因此負(fù)荷預(yù)測(cè)研究的對(duì)象不是確定事件[1]。針對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)的不確定性，雖然目前已有很多關(guān)于負(fù)荷預(yù)測(cè)方法和模型的研究，但各種預(yù)測(cè)方法都有一定的適用范圍，必須根據(jù)實(shí)際規(guī)劃情況進(jìn)行選擇。

1 負(fù)荷預(yù)測(cè)方法選擇

為提升浙江省科技綜合實(shí)力和區(qū)域創(chuàng)新能力，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，浙江省政府于2009年作出了建設(shè)浙江省科研創(chuàng)新基地的決定，并將以科創(chuàng)基地為基礎(chǔ)，進(jìn)一步拓展打造以青山湖為核心、總規(guī)劃面積達(dá)115 km2的浙江省科技城。作為創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo)區(qū)，浙江省科技城的建設(shè)在臨安、杭州及浙江省的歷史發(fā)展時(shí)期都具有重要的戰(zhàn)略意義。

作為省政府全新打造的規(guī)劃新區(qū)，浙江省科技城的規(guī)劃用地性質(zhì)與現(xiàn)狀相比變化較大。一方面，電力負(fù)荷預(yù)測(cè)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料嚴(yán)重缺乏；另一方面，即使能收集到部分歷史數(shù)據(jù)，但因土地性質(zhì)的調(diào)整及科技城自身的特殊定位，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的參考價(jià)值也很有限。而以往在負(fù)荷預(yù)測(cè)中采用的分類電量、分類負(fù)荷以及總電量、總負(fù)荷的趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法需要詳細(xì)的歷史數(shù)據(jù)作為參考，并不適用于科技城的負(fù)荷預(yù)測(cè)。因此，結(jié)合目前掌握的科技城資料，以及對(duì)各種負(fù)荷預(yù)測(cè)方法適用范圍的分析，認(rèn)為空間負(fù)荷預(yù)測(cè)法是較為理想的選擇。

空間負(fù)荷預(yù)測(cè)是配電網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)，也是目前配電網(wǎng)規(guī)劃的研究熱點(diǎn)。空間負(fù)荷預(yù)測(cè)的理論最早由美國(guó)學(xué)者H.Lee Willis在20世紀(jì)80年代提出[2-3]。相比于其它方法，采用空間負(fù)荷預(yù)測(cè)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）有關(guān)部門提供了相對(duì)詳細(xì)的用地規(guī)劃、地塊性質(zhì)、建筑面積、建筑物構(gòu)成等信息。

（2）對(duì)于新開發(fā)的區(qū)域，缺乏歷史的負(fù)荷數(shù)據(jù)，因此不能用趨勢(shì)法來進(jìn)行預(yù)測(cè)，而空間負(fù)荷預(yù)測(cè)法就不存在這樣的問題。

（3）電網(wǎng)中經(jīng)常出現(xiàn)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移問題會(huì)對(duì)常規(guī)負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的結(jié)果產(chǎn)生很大影響，而空間負(fù)荷預(yù)測(cè)法則不受其影響。

（4）常規(guī)負(fù)荷預(yù)測(cè)方法很難考慮小區(qū)用地性質(zhì)改變后的負(fù)荷發(fā)展情況，而空間負(fù)荷預(yù)測(cè)卻可以做到。

2 空間負(fù)荷預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型[4]

由于負(fù)荷預(yù)測(cè)受很多不確定性因素的影響，在利用空間負(fù)荷預(yù)測(cè)方法進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，如何建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型以消除不確定性因素的影響是比較關(guān)鍵的問題。

空間負(fù)荷預(yù)測(cè)就是將土地按性質(zhì)分成若干地塊，再根據(jù)不同地塊確定用電負(fù)荷。從數(shù)學(xué)角度看，空間負(fù)荷預(yù)測(cè)及其計(jì)算存在以下3種映射：

式中：f1將小區(qū)的特征F（x，y）映射成土地使用面積 L（x，y）； f2將土地使用面積 L（x，y）映射成小區(qū)負(fù)荷 S（x，y），即：

式中：m為土地使用類別個(gè)數(shù)；LCi為第i類的負(fù)荷密度； Li（x，y）和 Si（x，y）分別表示小區(qū)（x，y）的第i類土地使用面積和負(fù)荷。

映射f3將小區(qū)負(fù)荷累加成系統(tǒng)負(fù)荷：

f2和 f3是式（2）和式（3）所表示的 2 個(gè)簡(jiǎn)單映射，而映射f1是非線性的、隨機(jī)的，與時(shí)間和空間都有關(guān)系，受主、客觀因素雙重影響，難以找到精確的數(shù)學(xué)關(guān)系。實(shí)際上，f1的變化就是土地使用的決策過程。對(duì)于一般地區(qū)，由于規(guī)劃的不完整性和多變性，要獲取詳細(xì)且數(shù)十年不變的規(guī)劃比負(fù)荷預(yù)測(cè)本身更困難。由于園區(qū)已有詳細(xì)的用地規(guī)劃，并且在執(zhí)行過程中會(huì)得到法律和行政手段的保證，f1的映射相對(duì)明晰。因此，以上數(shù)學(xué)模型的建立能在很大程度上消除負(fù)荷預(yù)測(cè)中不確定性因素的影響，使空間負(fù)荷預(yù)測(cè)的結(jié)果更合理。

3 負(fù)荷預(yù)測(cè)分析

空間負(fù)荷預(yù)測(cè)法的預(yù)測(cè)步驟是：不同性質(zhì)地塊數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、規(guī)劃用電指標(biāo)、分類負(fù)荷預(yù)測(cè)等。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果權(quán)衡取值，最終確定負(fù)荷規(guī)劃。

3.1 不同性質(zhì)地塊數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

浙江省科技城負(fù)荷分類根據(jù)規(guī)劃部門的用地性質(zhì)進(jìn)行劃分，最終確定規(guī)劃區(qū)城市建設(shè)用地負(fù)荷分為9類：研究教育設(shè)施用地、居住用地、公共設(shè)施用地、工業(yè)用地、產(chǎn)業(yè)服務(wù)用地、對(duì)外交通用地、道路廣場(chǎng)用地、綠地、旅游休閑用地。按照不同性質(zhì)用地分類，在規(guī)劃區(qū)域范圍內(nèi)按照街道以及用地性質(zhì)，對(duì)每個(gè)小區(qū)進(jìn)行詳細(xì)編號(hào)。整理后得到如表1所示的用地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

由表1可見，科技城以研究教育設(shè)施用地、居住用地為主，占城市建設(shè)用地規(guī)模的47.8%，用電量較高的公共設(shè)施用地占12.98%。以上3種用地性質(zhì)負(fù)荷將占據(jù)科技城負(fù)荷的主導(dǎo)地位。本文將重點(diǎn)針對(duì)這3類負(fù)荷密度進(jìn)行詳細(xì)分析。

3.2 規(guī)劃用電指標(biāo)

為了使負(fù)荷密度指標(biāo)能夠代表未來的發(fā)展情況，對(duì)已經(jīng)得到充分發(fā)展的大中型城市同類型負(fù)荷的負(fù)荷密度情況進(jìn)行調(diào)查，并以這些負(fù)荷密度指標(biāo)作為規(guī)劃區(qū)負(fù)荷密度指標(biāo)設(shè)置的主要依據(jù)。同時(shí)，對(duì)于地區(qū)特點(diǎn)明顯的分類，如工業(yè)和居住用地等再結(jié)合本地的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。各類性質(zhì)用地調(diào)研情況如下：

表1 浙江省科技城用地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

（1）部分城市教育科研用地負(fù)荷密度指標(biāo)調(diào)查結(jié)果如表2所示。

表2 教育科研用地負(fù)荷密度指標(biāo)調(diào)查結(jié)果

（2）科技城規(guī)劃建設(shè)了形態(tài)結(jié)構(gòu)完整、配套設(shè)施齊全、環(huán)境優(yōu)美、功能布局合理的現(xiàn)代化居住區(qū)，規(guī)劃建設(shè)包含多種住宅層次，滿足不同層次市民生活居住的需要。

國(guó)內(nèi)部分城市典型小區(qū)的負(fù)荷密度指標(biāo)調(diào)查結(jié)果如表3所示。

表3 國(guó)內(nèi)部分城市典型小區(qū)的負(fù)荷密度指標(biāo)調(diào)查結(jié)果

（3）商業(yè)金融用地、文化娛樂用地的負(fù)荷密度指標(biāo)調(diào)查結(jié)果如表4所示。

（4）不同行業(yè)工業(yè)用地負(fù)荷密度指標(biāo)調(diào)查結(jié)果如表5所示。

（5）區(qū)內(nèi)對(duì)外交通用地主要為公路用地，負(fù)荷密度指標(biāo)為20 MW/km2；區(qū)內(nèi)道路廣場(chǎng)用地主要用于安排道路和停車場(chǎng)，負(fù)荷密度指標(biāo)按占地面積計(jì)算，確定為0.2 MW/km2；另外，結(jié)合科技城實(shí)際情況，確定旅游休閑用地負(fù)荷密度指標(biāo)為8 MW/km2，產(chǎn)業(yè)服務(wù)用地負(fù)荷密度指標(biāo)為8 MW/km2。

表4 商業(yè)金融用地、文化娛樂用地的負(fù)荷密度指標(biāo)調(diào)查結(jié)果

表5 不同行業(yè)工業(yè)用地負(fù)荷密度調(diào)指標(biāo)調(diào)查結(jié)果

根據(jù)以上分析，結(jié)合科技城整體規(guī)劃，規(guī)劃區(qū)域內(nèi)不同性質(zhì)用地負(fù)荷指標(biāo)選取結(jié)果見表6。

表6 浙江省科技城用地負(fù)荷指標(biāo)匯總

3.3 分類負(fù)荷預(yù)測(cè)

由于規(guī)劃區(qū)各個(gè)地塊的用地性質(zhì)、用地面積等資料較詳細(xì)，適合采用負(fù)荷密度進(jìn)行地塊負(fù)荷計(jì)算，即根據(jù)各個(gè)地塊的用地性質(zhì)、用地面積等詳細(xì)資料，計(jì)算每個(gè)地塊與規(guī)劃相適應(yīng)的遠(yuǎn)期負(fù)荷預(yù)測(cè)值：

式中：Li為第i類用地的遠(yuǎn)期負(fù)荷預(yù)測(cè)值；Si為第i類用地區(qū)塊的面積；Pi為第i類用地區(qū)塊的遠(yuǎn)期負(fù)荷密度。

根據(jù)表6負(fù)荷指標(biāo)選取情況及科技城不同性質(zhì)的用地?cái)?shù)據(jù)，由式（4）計(jì)算得到遠(yuǎn)景年各類用地性質(zhì)的負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果如表7所示。

表7 浙江省科技城分類負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果匯總

3.4 預(yù)測(cè)結(jié)果分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，未考慮同時(shí)率的總負(fù)荷合計(jì)為628.08 MW；考慮同時(shí)率0.6，則總負(fù)荷合計(jì)為376.8 MW。合計(jì)得到科技城總預(yù)測(cè)負(fù)荷后，再用人均電力、人均電量、負(fù)荷密度3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行校核。

（1）根據(jù)新區(qū)發(fā)展規(guī)劃，新區(qū)遠(yuǎn)景年的人口將達(dá)到30萬，規(guī)劃區(qū)的總負(fù)荷為376.8 MW，人均負(fù)荷約1256 W。與其他類似園區(qū)相比，該數(shù)值是合理的，因此預(yù)測(cè)結(jié)果合理。

（2）考慮科技城用電性質(zhì)，取最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)5000 h，則人均電量為6280.8 kWh，此結(jié)果與目前發(fā)達(dá)城市的人均電量相當(dāng)，故預(yù)測(cè)結(jié)果較合理。

（3）科技城的負(fù)荷密度為 8.34 MW/km2，與目前類似科技園區(qū)的負(fù)荷密度相近，表明預(yù)測(cè)結(jié)果合理。

5 結(jié)論

針對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)的不確定性，結(jié)合浙江省科技城區(qū)域作為新建規(guī)劃區(qū)的特點(diǎn)，分析了空間負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)，并且給出了在科技城區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃中的詳細(xì)應(yīng)用步驟。通過考慮了不確定性的空間負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的應(yīng)用，減少了以往負(fù)荷預(yù)測(cè)中對(duì)歷史數(shù)據(jù)的依賴性，極大地消除了不確定性因素的影響，提高了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。預(yù)測(cè)結(jié)果表明，應(yīng)用本文提到的方法進(jìn)行電力負(fù)荷預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果符合電網(wǎng)規(guī)劃的要求，對(duì)其它類似的電網(wǎng)規(guī)劃具有很大的參考價(jià)值。

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