適應山地超大城市電網發展的空間負荷預測探討

劉永超（重慶電力設計院，重慶 401121）

適應山地超大城市電網發展的空間負荷預測探討

劉永超
（重慶電力設計院，重慶 401121）

隨著我國城鎮化建設步伐的加快，電網建設必須率先打破城鄉二元結構思維，進而構建和諧統一的電網以適應新時代的發展。由于城市的層級和類型不同，城市電網建設和負荷預測面臨的實際情況也大為不同，如何做到山地超大城市電網發展適應當地經濟社會發展﹑空間負荷預測支撐電網規劃建設是目前這類城市電網規劃亟須研究和解決的問題。

1 電網發展與空間負荷預測的關系

電網發展的目的是為當地用電負荷提供安全﹑可靠﹑充足﹑便捷﹑經濟的電力。空間負荷預測的任務是明確各負荷元胞的空間布局﹑發展時序﹑負荷特性曲線等，進而綜合分析元胞組的負荷時空分布。空間負荷預測是電網發展規劃方案制定以及實施電網建設項目決策的重要依據，是電網規劃中的基礎工作。

2 空間電力負荷預測技術發展歷程

空間電力負荷預測也稱空間負荷預測（spatialload forecasting，SLF），是指對供電區域內未來電力負荷的大小和位置的預測。國外自從20 世紀30年代中期出現有關電力負荷分布的負荷預測的記載以來，一直稱之為小區負荷預測。直到1983年，H.L.Willis給出了SLF 的定義，即在未來的供電范圍內，根據電壓水平不同，將用地按照一定原則劃分為相應大小的規則或不規則小區（每個小區又稱為一個負荷元胞，簡稱元胞），通過對元胞負荷的歷史數據的分析，以及對元胞內土地利用的特征和發展規律的分析，來預測每個元胞中電力用戶負荷的數量﹑用量和產生的時間。從此SLF一詞被廣為接受和使用。

國內關于SLF的研究起步相對較晚，最早明確使用SLF術語的文獻出現在1989

摘 要：城市電網建設和負荷預測既有共性更具個性。共性主要體現在同一特定對象的飽和負荷預測上，它主要跟產業結構、人口數量、GDP等外化指標有關。個性主要體現在負荷的空間分布上，它主要跟城市總體規劃、城市定位、國家政策、地理氣候、民俗、地方電源及電網等因素有關。本文根據山地超大城市的特點，介紹了電網發展、負荷預測的思路，分析二者之間的內在聯系，提出適應電網發展的空間負荷預測方法。

關鍵詞：山地超大城市；電網發展；空間負荷預測

圖1 某山地超大城市四季典型日負荷標幺曲線

3 山地超大城市電網發展的特點

3.1 城市定位和特點

超大城市是城市序列的最高級，屬國家中心城市，對周邊地區具有強大的輻射和帶動能力。山地型城市由于地理環境的特殊性，往往具有高山﹑丘陵﹑平原﹑溝壑等各類地形交織綜合的特點，城市發展呈組團式格局。

3.2 電網發展受城市總體規劃制約

城市總體規劃是指導城市各項建設的總體框架，其他各項專項規劃都是在總體規劃的范圍內進行細化﹑補充和協調。現階段城市建設速度迅猛﹑土地消耗迅速，但對電網規劃的研究往往投入不足，進而導致電網建設滯后經濟發展﹑建設成本陡增，嚴重時制約經濟發展；鄉鎮電網建設投入不足，電網結構不合理。因此，為保證電網發展的有效性和可行性，必須在城市總體規劃基礎上適時進行電網專項規劃。

3.3 電網建設具有多因素不確定性

（1）從負荷預測方面看，由于經濟社會發展條件的變化，電力負荷增長存在著一定的不確定性，導致電網建設存在不確定性。

（2）電源建設受城市規劃及燃料來源等因素的限制，導致配套電網工程建設具有一定不確定性。

（3）山地超大城市具有組團式發展特點，城市骨架大﹑負荷密集區域多且較為分散﹑地質特征復雜，點多﹑面廣﹑線長，建設資金相對不足，電網工程建設能否如期順利實施存在很多不確定性因素。

4 山地超大城市空間負荷預測的基本原則

4.1 堅持負荷預測與城市發展相適應的原則

城市發展因其定位﹑地理位置﹑人口﹑經濟形勢﹑經濟政策﹑物價因素﹑電價因素﹑城鄉居民家用電氣化情況﹑燃料供應等決定了負荷預測的獨特性和時空分布的唯一性。負荷預測必須深入分析和科學研究城市發展個性因素。

4.2 堅持按城市空間功能劃分原則開展空間負荷預測

山地超大城市因其城鄉總面積大﹑空間功能劃分各不相同且較為獨立﹑經濟社會發展形態差異較大﹑地區發展程度及負荷密集程度迥異。因此，對城市不同的功能分區應采用不同的空間負荷預測方法。

4.3 堅持以負荷特性曲線作為空間負荷預測的基礎

用電設備的安裝容量和最大負荷是分布在空間里的點狀靜止對象，無法反映自身隨時間的發展趨勢及相互間的作用效果。負荷特性曲線恰好綜合了城市發展的各種宏觀及微觀因素，準確反映了負荷隨時間的變化，只有融合了負荷特性信息的空間負荷預測結果才能為電網規劃建設提供合理的決策依據。

5 山地超大城市空間負荷預測的方法探討

將城市按功能定位和發展程度分為三大區域，即主城成熟區﹑主城在建區和生態保護發展區。分別采用分類平均負荷密度指標法﹑考慮不確定性因素的用地仿真法﹑趨勢預測法進行空間負荷預測。

從數學角度來講空間負荷預測存在以下3種映射關系：

式中，f1將地塊（x，y）的特征F （x，y）映射成地塊面積S（x，y），f2將地塊面積映射成片區負荷Q（x，y）。f3將片區負荷映射成區域總負荷。

式中，m為地塊編號，λ為地塊負荷發展程度，Pi為該地塊的負荷密度，Si（x，y）為第i地塊面積和，Qk（x，y）為k片區的負荷。

分類平均負荷密度指標法在預測過程中將所有元胞內相同性質負荷聚合成一類，通過預測分類負荷平均密度，結合市政規劃方案中的用地信息，并根據各元胞內分類負荷所占的面積，最終分別計算出各元胞的負荷值。其實質是把各個元胞的負荷預測轉化為分類負荷及其分布的預測。該方法需要負荷及用地信息詳細，預測精確度較高，適合對主城成熟區的負荷預測。

考慮不確定性因素的用地仿真法將電力負荷的空間分布看作是基礎分布和事件分布相互疊加的結果，先采用傳統的用地仿真類SLF 方法對電力負荷分布的平穩發展部分進行預測，得到基礎分布結果，再針對大事件發生的時間和位置的不確定性，引入多方案預測方法論，最終得出科學的空間負荷預測結果。該方法對土地跳躍式發展區域負荷預測具有優勢，適用于主城在建區的空間負荷預測。

趨勢預測法簡單方便，數據需求量小，易于實現，適用于負荷發展平穩﹑土地面積大且基礎資料不完備的生態保護發展區空間負荷預測。

結語

山地超大城市因其國家中心城市的定位在國家發展戰略中具有舉足輕重的地位，因其獨特的地形地勢對電網發展提出了更高要求。城市的發展離不開電網發展，合理的電網結構和項目建設時序離不開空間負荷預測的科學性和準確性。因此，務必重視此類城市的負荷預測研究，采用合適的預測方法為電網發展提供有力的決策支撐。本文受《基于重慶“五大功能區”規劃的空間飽和負荷發展預測》（2015渝電科技4#）支持。

參考文獻

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中圖分類號：TM715

文獻標識碼：A年。國內目前空間負荷預測方法用得多的是直觀預測法（涂色法）﹑多元變量法﹑分類平均負荷密度指標﹑考慮不確定性因素的用地仿真法﹑趨勢預測法等。