基于用地規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

據統計，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，隨著社會經濟發展和人民生活水平的提高，可預見我國空調負荷還將呈現進一步增長態勢，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，更沒有區分用戶的產業類型，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用地規劃的遠景空調負荷預測實用方法，以此為分區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化規劃提供決策依據。

1 城鎮用地規劃及配電網格模型

用地規劃（城鎮控制性詳細規劃）是城市、縣人民政府城鄉規劃主管部門根據城市、鄉鎮總體規劃的要求，用以控制建設用地性質、使用強度和空間環境的規劃。用地規劃包括：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。網格化是配電系統分層分區管理的一種具體實現方法。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、統籌區、供電分區、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全年氣候變化、各類建筑用能特征、工作（或居住）者的工作（或生活）習慣、地區經濟及用電水平來確定，地區差異非常大。同時在遠景負荷預測中，由于地塊尚未開發，實際的建筑物類型及產業類型是未知的，因此只能用市政規劃中的用地性質來表達（表1）。

表1 不同行業的空調負荷指標

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劃區空調負荷進行預測，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

根據負荷持續用電性質分類，不同行業白天與晚上的負荷同時率分別為：連續生產型（二、三類工業用地）1/0.9、商業服務型（含商業設施、文化、體育、大專院校等用地）0.8/1、公共服務型（醫療衛生、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域的地塊空調負荷進行計算；其次根據各地塊的行業負荷同時率，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，說明該地區的空調負荷指標取值基本合理，預測方法實用可行。