基于用地規(guī)劃的遠景空調空間負荷預測方法研究

國網浙江長興縣供電有限公司 李建華 周亞明 陳建業(yè)

據統(tǒng)計，全國各主要城市的空調負荷在電力總負荷中占比的總體水平在30～55%之間，已成為當前電力負荷調控最受關注的組成部分。同時，隨著社會經濟發(fā)展和人民生活水平的提高，可預見我國空調負荷還將呈現(xiàn)進一步增長態(tài)勢，電力峰谷差將進一步拉大，由此對電網經濟運行，電力供需平衡的沖擊也將越來越大。在上述背景下，如何在當前全面實施網格化管理的情況下，掌握各電力用戶或供電網格（單元）的空調負荷分布特性、了解空調負荷的變化規(guī)律、制訂有效的措施來控制高峰時段空調的負荷增長、改善電網負荷特性、提高電網建設及運行的經濟性尤為重要。

目前空調負荷的預測大多是面向區(qū)域總量的，沒有針對具體的用戶，也沒有細化到網格或單元，更沒有區(qū)分用戶的產業(yè)類型，據此制訂的降低空調負荷的措施均缺乏針對性。文獻[1]提出了最大負荷比較法與基準負荷比較法2種方法，通過分析年用電負荷曲線中各季節(jié)的負荷差異，對夏季空調負荷（氣溫敏感負荷）最大值進行了測算；文獻[2]提出了一種溫度梯度法，根據用電主體對溫度耐受程度不同，將空調負荷分解為居民空調負荷和非居民空調負荷，體現(xiàn)了居民用戶與非居民用戶對氣溫耐受程度的差異特征。本文提出一個基于城鎮(zhèn)用地規(guī)劃的遠景空調負荷預測實用方法，以此為分區(qū)電力需求側響應目標的制定及多元融合高彈性配電網目標網架優(yōu)化規(guī)劃提供決策依據。

1 城鎮(zhèn)用地規(guī)劃及配電網格模型

用地規(guī)劃（城鎮(zhèn)控制性詳細規(guī)劃）是城市、縣人民政府城鄉(xiāng)規(guī)劃主管部門根據城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)總體規(guī)劃的要求，用以控制建設用地性質、使用強度和空間環(huán)境的規(guī)劃。用地規(guī)劃包括：土地使用性質及其兼容性等用地功能控制要求；容積率、建筑高度、建筑密度、綠地率等用地指標；基礎設施、公共服務設施、公共安全設施的用地規(guī)模、范圍及具體控制要求，地下管線控制要求；基礎設施用地的控制界線（黃線）、各類綠地范圍的控制線（綠線）、歷史文化街區(qū)和歷史建筑的保護范圍界線（紫線）、地表水體保護和控制的地域界線（藍線）等“四線”及控制要求。

配電網格模型。網格化是配電系統(tǒng)分層分區(qū)管理的一種具體實現(xiàn)方法。參照DSMT配電網格模型定義[3]，提出面向空調空間負荷預測的配電網格模型。配電網格模型架構從上至下依次包括縣市/區(qū)、統(tǒng)籌區(qū)、供電分區(qū)、供電網格、供電單元、用電網格、地塊共7個層級定義。在基于城市用地規(guī)劃開展的遠景空調負荷預測中，“地塊”是負荷預測的基本對象，而用電網格（接入單元）是一個面向用電接入管理的低壓供電區(qū)域。

2 空調負荷預測的基本方法及面向網格的遠景空調負荷預測方法

2.1 空調負荷指標體系

常用于空調電力負荷預測的指標包括兩種體系，一是反映不同類型建筑物用能需求的冷/熱負荷指標體系，二是反映不同行業(yè)電力負荷總需求及空調負荷占比的電力負荷指標體系，在指標取值上，兩類負荷指標均需按照本地區(qū)全年氣候變化、各類建筑用能特征、工作（或居?。┱叩墓ぷ鳎ɑ蛏睿┝晳T、地區(qū)經濟及用電水平來確定，地區(qū)差異非常大。同時在遠景負荷預測中，由于地塊尚未開發(fā)，實際的建筑物類型及產業(yè)類型是未知的，因此只能用市政規(guī)劃中的用地性質來表達（表1）。

表1 不同行業(yè)的空調負荷指標

2.2 冷/熱負荷指標法

根據冷/熱負荷指標進行空調負荷預測是空調負荷預測的基本方法：根據用地規(guī)劃中各地塊的用地性質及各地塊的占地面積、容積率，按照表1中的冷/熱負荷指標以P=Q×S×r計算出各地塊的冷/熱負荷；根據不同類型制冷系統(tǒng)的冷熱能效得出該地塊空調電力負荷數值PE=P/Eη。式中P為地塊的冷/熱負荷，單位W；PE為地塊的空調電力負荷，單位W；Q取該地塊冷/熱負荷指標的最大值，單位W/m2；S為該地塊的占地面積，單位m2；r為該地塊的容積率；Eη為制冷系統(tǒng)的冷熱能效比，一般為3～5，額定制冷/熱量與額定功率（耗電量）的比值，能效比數值越大，表明該產品使用時能源轉換效率越高，則在單位時間內耗電量也就相對越少。

2.3 空調負荷占比法

為提高預測的精確性，空調負荷預測需應用到多種預測方法，需通過2種以上負荷預測方法對規(guī)劃區(qū)空調負荷進行預測，以便對空調負荷預測的合理性進行校驗。在常規(guī)電力負荷預測方法中，地塊總負荷大致分為基礎電負荷及空調電負荷兩個部分，如表1，地塊用地性質不同、即產業(yè)不同，空調負荷在總負荷中的占比也不同。根據地塊的電力總負荷及空調負荷占比求得空調電力負荷PE=P×k。式中P為地塊的電力總負荷，單位為W；PE為地塊的空調電力負荷，單位為W；k為空調負荷占比。

2.4 面向網格的遠景空調負荷預測方法

根據負荷持續(xù)用電性質分類，不同行業(yè)白天與晚上的負荷同時率分別為：連續(xù)生產型（二、三類工業(yè)用地）1/0.9、商業(yè)服務型（含商業(yè)設施、文化、體育、大專院校等用地）0.8/1、公共服務型（醫(yī)療衛(wèi)生、交通樞紐用地）1/0.6、居住型（居住用地）0.2/1、日常工作型（上述4類外的其它用地）1/0.4，負荷高峰發(fā)生在白天或晚上兩個時段之一。因此，在求得地塊的空間負荷預測結果后，根據網格劃分，經式匯總，可得到包括用電網格、供電單元、供電網格等在內的各級網格的空調負荷預測結果。式中，為網格的空調總負荷；a為該地塊的行業(yè)負荷同時率；i=1，2，…，n，為地塊數。

表2 遠景空調負荷預測值

3 算例與結果

以長興縣某片區(qū)為例，首先分別通過空調電力負荷占比和空調冷熱負荷兩種方法對該區(qū)域的地塊空調負荷進行計算；其次根據各地塊的行業(yè)負荷同時率，以供電網格為預測單位對各供電網格的空調負荷進行預測；然后以電力總負荷預測值為基準，計算空調冷熱負荷指標法得到的空調負荷占比，并計算該預測結果與常規(guī)電力負荷預測中的空調負荷占比的差距；最后根據專家評價，采用最大、最小、加權平均等方法得到各供電網格的空調負荷預測值。

如表2，冷熱負荷指標法預測結果比空調負荷占比法預測結果略大，平均偏高7.42%，兩種方法的預測誤差在合理范圍內。根據長興縣域的地理氣候及社會經濟發(fā)展的實際水平，空調負荷預測值擬按最大值取值，由此得到該片區(qū)的空調負荷占比平均值為43.06%，空調負荷總值為148.5MW。

綜上，冷熱負荷指標法及空調負荷占比法是空調負荷預測的基本方法，兩種預測結果的誤差在10%以內，在合理范圍內，說明該地區(qū)的空調負荷指標取值基本合理，預測方法實用可行。