配電網(wǎng)空間負(fù)荷預(yù)測方法分析

黃曉暉

(廣東電網(wǎng)公司佛山順德供電局，528000)

負(fù)荷預(yù)測是電力系統(tǒng)規(guī)劃工作的基礎(chǔ)。電力需求包含3 個(gè)因素：規(guī)模、變化的時(shí)間和地理位置。空間負(fù)荷預(yù)測（Spatial Load Forecasting，SLF）是對同時(shí)包含這3 個(gè)因素的電力需求進(jìn)行預(yù)測。SLF 最早由H. Lee Willis 于上世紀(jì)80 年代初提出的，即在未來電力企業(yè)供電范圍內(nèi)，根據(jù)城市電網(wǎng)電壓等級的不同，將城市用地按照一定規(guī)則劃分為相應(yīng)大小的規(guī)則網(wǎng)格或不規(guī)則小區(qū)（小區(qū)也稱為元胞），通過對每個(gè)小區(qū)歷史數(shù)據(jù)、土地利用特征及發(fā)展規(guī)律的分析，預(yù)測每個(gè)小區(qū)負(fù)荷的數(shù)量、用量和產(chǎn)生的時(shí)間。配電網(wǎng)規(guī)劃最終要落實(shí)到對變電站選址、容量、饋線線徑、開關(guān)設(shè)備及投入時(shí)間等細(xì)節(jié)的規(guī)劃，只有在比較準(zhǔn)確地預(yù)測出供電區(qū)域負(fù)荷未來的時(shí)空分布，才能做好這項(xiàng)工作。因此，SLF 在配電網(wǎng)規(guī)劃中具有非常重要的作用。

1 空間負(fù)荷預(yù)測方法分析

1.1 方法種類概述

據(jù)文獻(xiàn)[2]研究，SLF 有幾十種方法。按照負(fù)荷分布與總量預(yù)測的關(guān)系，SLF 分為自上而下與自下而上兩類方法。自上而下即先預(yù)測負(fù)荷總量，再將總量分配到各個(gè)小區(qū)里；自下而上是先預(yù)測各區(qū)域的負(fù)荷分布，再匯總成負(fù)荷總量。根據(jù)預(yù)測過程能否寫出解析表達(dá)式，SLF 分為解析法和非解析法兩類。依照數(shù)據(jù)利用和計(jì)算方法，SLF 分為用地仿真法、負(fù)荷密度指標(biāo)法、多元變量法和趨勢分析法四類。除了用地仿真法屬于自上而下的方法，其他三種皆屬自下而上的方法。用地仿真法是通過分析城市土地利用的特性與發(fā)展規(guī)律，預(yù)測土地使用類型、地理分布及面積構(gòu)成，然后再將它轉(zhuǎn)化為空間負(fù)荷。負(fù)荷密度指標(biāo)法是按照政府有關(guān)部門或開發(fā)單位所制定的各區(qū)域用地功能劃分指標(biāo)，計(jì)算研究區(qū)域的負(fù)荷分布。多元變量法是以小區(qū)年負(fù)荷峰值歷史數(shù)據(jù)及可以影響負(fù)荷峰值變化的相關(guān)變量為基礎(chǔ)，預(yù)測目標(biāo)年的負(fù)荷峰值及相應(yīng)的負(fù)荷峰值總量。趨勢分析法即根據(jù)負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)而外推負(fù)荷發(fā)展趨勢。以上各類方法中除多元變量法以外，每一類方法中都包含若干種不同的方法。每一種方法都有其適應(yīng)性和局限，沒有一種方法是完美的，否則也就不會(huì)同時(shí)有如此多種方法并存了。作為預(yù)測本身就是對未來的推測，由于影響未來變化的因素非常多，不確定性是肯定存在的，所以沒有現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)答案，采用不同的預(yù)測方法可用來相互比較和驗(yàn)證，但無法預(yù)先確定某一種方法就是最佳的。

1.2 預(yù)測的基本流程

SLF 的預(yù)測流程包括：空間信息收集→相關(guān)信息的分析或建模→負(fù)荷增長預(yù)測。隨著城市地理信息系統(tǒng)（GIS）的廣泛應(yīng)用，可利用GIS 平臺(tái)收集和處理待預(yù)測區(qū)域在地理、交通、市政、社區(qū)、城市發(fā)展總體規(guī)劃及土地利用總體規(guī)劃方面的屬性信息。然后根據(jù)不同負(fù)荷類別對各區(qū)域使用條件的具體要求，評價(jià)待預(yù)測區(qū)域開發(fā)適應(yīng)程度，按照一定的規(guī)則（如得分高低等）決定不同區(qū)域的發(fā)展情況，以及明確各種約束條件（包括負(fù)荷總量、分類負(fù)荷預(yù)測、新增用地面積等）。再按照所采用的方法建模或利用相關(guān)模塊，對該區(qū)域的負(fù)荷增長情況進(jìn)行預(yù)測。一般經(jīng)過空間信息收集、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備模塊、分析與預(yù)測模塊，然后求取待測區(qū)域的負(fù)荷時(shí)空分布和系統(tǒng)負(fù)荷。

2 空間負(fù)荷預(yù)測方法應(yīng)用分析

2.1 負(fù)荷密度指標(biāo)法的應(yīng)用

表1 規(guī)劃用地分類負(fù)荷統(tǒng)計(jì)結(jié)果

在土地使用性質(zhì)比較明確，用地決策不成為突出問題的情況下，負(fù)荷密度指標(biāo)法簡單實(shí)用，并在我國配網(wǎng)規(guī)劃中獲得廣泛應(yīng)用。負(fù)荷密度指標(biāo)法種類很多，大致可分為傳統(tǒng)方法、智能算法和發(fā)展曲線法三類。傳統(tǒng)方法包括直觀法和分類負(fù)荷平均密度指標(biāo)法。智能算法包括基于雙層貝葉斯分類模型、模糊理論、AHP 與TOPSI、ANFIS 等。發(fā)展曲線法包括基于VAI、飽和密度與相對系數(shù)、計(jì)及元胞屬性及發(fā)展時(shí)序等方法。下面是分類負(fù)荷平均密度指標(biāo)法的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。某城區(qū)地塊按用地性質(zhì)分為9 類，分類統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

在SLF 預(yù)測過程中，各區(qū)域需要根據(jù)土地使用類型劃分為小區(qū)。對于每一個(gè)小區(qū)，再按照用地性質(zhì)、負(fù)荷密度、占地面積、容積率進(jìn)行規(guī)劃。表1 中的土地?cái)?shù)據(jù)收集于政府規(guī)劃部門的土地規(guī)劃方案。負(fù)荷預(yù)測值按下式計(jì)算：

2.2 用地仿真法的應(yīng)用

用地仿真法在國外用得較多，利用衛(wèi)星照片得到歷史年和現(xiàn)狀年的城市土地資料，再進(jìn)行用地決策，采用一定技術(shù)分析負(fù)荷空間分布。這種方法預(yù)測空地負(fù)荷相關(guān)性好，能適應(yīng)短、中、長期預(yù)測，技術(shù)方法眾多，如基于模糊邏輯、粗糙集、遺傳算法、蟻群算法、元胞自動(dòng)機(jī)等多種方法。其建模過程可表示為：

螞蟻覓食過程中，會(huì)沿途釋放信息素，其他螞蟻根據(jù)信息素濃度指導(dǎo)自己前進(jìn)，也就是向著信息素濃度高的方向移動(dòng)。通過信息素，螞蟻建立起協(xié)同搜索蟻巢和食物源最短路徑的通信機(jī)制。用地仿真法的預(yù)測流程大致為分類負(fù)荷總量預(yù)測→小區(qū)劃分→空間信息提取→數(shù)據(jù)預(yù)處理→樣本數(shù)據(jù)表建立→用地類型動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則→小區(qū)負(fù)荷預(yù)測。先在GIS 軟件SuperMap 平臺(tái)中編輯待預(yù)測區(qū)域。該區(qū)域用地面積約11km2，采用正方形網(wǎng)格劃分為375 個(gè)200m×200m 規(guī)則小區(qū)，剔除臨江的小區(qū)，實(shí)際劃分275 個(gè)小區(qū)。通過蟻群算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類挖掘，并獲取轉(zhuǎn)換規(guī)則，然后就可以進(jìn)行預(yù)測了。圖1 為現(xiàn)狀年與目標(biāo)年負(fù)荷空間分布。圖中灰度值代表了小區(qū)負(fù)荷密度的大小，灰度愈高則負(fù)荷密度越大。規(guī)劃圖的負(fù)荷預(yù)測結(jié)果直觀地顯示在GIS 平臺(tái)上，利用此圖進(jìn)行配電網(wǎng)規(guī)劃十分方便。

圖1 現(xiàn)狀年與目標(biāo)年負(fù)荷空間分布

3 結(jié)語

在我國配電網(wǎng)規(guī)劃實(shí)踐中，由于土地利用規(guī)劃受到強(qiáng)制執(zhí)行，不必深究用地決策有效性問題，因而負(fù)荷密度指標(biāo)法成為空間負(fù)荷預(yù)測中的主要方法。然而了解其他方法應(yīng)用仍有必要，例如用地仿真法盡管目前應(yīng)用較少，但其長期負(fù)荷預(yù)測優(yōu)勢明顯，隨著我國GIS 平臺(tái)的普及以及用戶、土地、人口等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)手段的完善，這種方法也會(huì)有更多的應(yīng)用。

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