基于行業(yè)大數(shù)據(jù)的飽和空間負荷預測方法

庾力維， 何敬開

(1.廣東電網(wǎng)有限責任公司東莞供電局，廣東 東莞 523000；2.廣州依萊科電力科技有限公司，廣東 廣州 510630)

0 引 言

目前，電網(wǎng)規(guī)劃日益精細，飽和空間負荷預測[1]是電網(wǎng)中長期規(guī)劃的基礎(chǔ)。常用的飽和空間負荷預測方法主要為負荷密度法，基于城市規(guī)劃進行預測。城市規(guī)劃一般把工業(yè)劃分為一類、二類和三類工業(yè)等，劃分標準主要根據(jù)其對環(huán)境污染的影響，與負荷密度和負荷特性等并無直接關(guān)系。實際上工業(yè)細分行業(yè)[2]眾多，不同行業(yè)負荷密度相差很遠。因此，有必要專門針對工業(yè)進行更細致的行業(yè)劃分和取值。

傳統(tǒng)負荷密度法的負荷密度主要參考規(guī)范取值，但規(guī)范中的取值范圍跨度很大，需要從中選取更具體的取值。為避免過分受到主觀取值影響，實際工作中往往結(jié)合部分用戶負荷密度調(diào)研。但此類調(diào)研實際上也只是少量的抽樣調(diào)查，難以反映普遍情況。因此，有必要通過大數(shù)據(jù)[3]分析，為負荷密度取值提供更充足的依據(jù)。

傳統(tǒng)負荷密度法的同時率取值往往是經(jīng)驗值，受主觀因素影響較大。且同時率受行業(yè)類別影響非常大，同一區(qū)域內(nèi)的地塊[4]若為同一行業(yè)，其同時率往往較高，反之若行業(yè)差別較大，尤其是工商業(yè)與居民負荷，其同時率往往較低。規(guī)劃片區(qū)眾多，每個片區(qū)內(nèi)部地塊的行業(yè)分布各有不同，大大增加了同時率準確取值的難度。因此，本文提出先通過大數(shù)據(jù)分析確定行業(yè)內(nèi)部同時率，再通過行業(yè)間的負荷曲線[5]疊加計算區(qū)域負荷。

傳統(tǒng)負荷密度法預測的地塊飽和負荷缺少與現(xiàn)狀負荷的對比分析，可能出現(xiàn)現(xiàn)狀負荷大于預測飽和負荷的情況。傳統(tǒng)負荷密度法缺少對特殊點負荷的分析，例如供水廠、高鐵牽引站和自備電廠轉(zhuǎn)網(wǎng)供等特殊負荷不適合采用負荷密度法進行飽和負荷預測。因此，有必要增加對地塊現(xiàn)狀負荷和特殊點負荷的對比修正。

基于上述原因，本文引入基于大數(shù)據(jù)的“空間-行業(yè)”負荷密度法，通過細分工業(yè)行業(yè)、大數(shù)據(jù)分析、負荷曲線疊加、現(xiàn)狀負荷和特殊點負荷修正等，更切實反映各地塊行業(yè)和負荷特性，減少關(guān)鍵指標取值主觀影響，提高飽和空間負荷預測結(jié)果準確性和客觀性。

1 總體方法流程

本文所提出的“空間-行業(yè)”負荷密度法總體方法流程如圖1所示。

圖1 總體方法流程

2 地塊分類

2.1 地塊行業(yè)分類

可根據(jù)計量自動化系統(tǒng)[6]的電量和負荷數(shù)據(jù)，確定地區(qū)和配變的現(xiàn)狀主要行業(yè)。系統(tǒng)現(xiàn)有行業(yè)分類眾多，可根據(jù)行業(yè)性質(zhì)相近程度合并出少量主要的現(xiàn)狀行業(yè)分類。通過地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)確定各配變所屬地塊。兩者相結(jié)合，確定各地塊現(xiàn)狀主要行業(yè)分類。

可根據(jù)地區(qū)產(chǎn)業(yè)項目規(guī)劃和招商引資等情況，確定地區(qū)和地塊規(guī)劃的主要行業(yè)分類。

2.2 地塊類型劃分

按照規(guī)劃是否建設(shè)用地，現(xiàn)狀是否已通電以及現(xiàn)有負荷與規(guī)劃用地性質(zhì)是否一致，把地塊劃分為A、B、C、D四類，如表1所示。

表1 地塊類型劃分

A類用地是指規(guī)劃為建設(shè)用地，現(xiàn)狀已通電，且現(xiàn)有負荷與規(guī)劃用地性質(zhì)一致，如規(guī)劃為商業(yè)用地，現(xiàn)狀也為商業(yè)負荷。此類用地屬于較為穩(wěn)定的用地，負荷類型不變，未來主要為現(xiàn)有用戶負荷增長或者同類負荷改造，如城市更新規(guī)劃中的連片工改工。

B類用地是指規(guī)劃為建設(shè)用地，現(xiàn)狀已通電，但現(xiàn)有負荷與規(guī)劃用地性質(zhì)不一致，如規(guī)劃為商業(yè)用地，現(xiàn)狀為工業(yè)負荷。此類用地將來改造可能性很大，負荷類型也將發(fā)生改變，如城市更新規(guī)劃和三舊改造規(guī)劃中的工業(yè)改商住等。

C類用地是指規(guī)劃為建設(shè)用地和現(xiàn)狀未通電，即新增的未開發(fā)建設(shè)用地。

D類用地是指規(guī)劃為非建設(shè)用地和現(xiàn)狀已通電，即違建用地。

3 地塊常規(guī)負荷

地塊常規(guī)飽和負荷預測主要取決于負荷密度取值。在參考規(guī)范取值和負荷調(diào)研基礎(chǔ)上，可通過大數(shù)據(jù)分析，為負荷密度取值提供更充足依據(jù)。

從計量自動化系統(tǒng)提取全市配變負荷數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS系統(tǒng)確定的配變所在地塊，統(tǒng)計得出地塊現(xiàn)狀負荷，并結(jié)合地塊行業(yè)屬性和地塊面積數(shù)據(jù)，得出全市各行業(yè)各地塊負荷密度。把各行業(yè)負荷密度由低至高排序，按面積均分為十檔。隨著行業(yè)競爭優(yōu)勝劣汰、產(chǎn)業(yè)升級和城市更新改造，現(xiàn)狀較為差舊的都將逐步升級或淘汰，因此排除最低幾檔和最高一檔后，可取其中負荷密度排前10%～30%的作為預測密度取值的主要參考依據(jù)之一。該區(qū)間密度反映的是當規(guī)劃范圍內(nèi)所有建設(shè)用地負荷均發(fā)展到現(xiàn)狀排前列的同類負荷水平時，該地區(qū)的負荷情況，具有普遍性參考意義。

4 地塊負荷修正

4.1 地塊基于現(xiàn)狀的負荷

地塊基于現(xiàn)狀的負荷并非單純指地塊現(xiàn)狀已有負荷，而是指基于現(xiàn)狀已有信息判斷地塊很可能達到的最大負荷，包含三種情況：地塊現(xiàn)有的最大負荷；地塊現(xiàn)有裝變將來負荷發(fā)展成熟時可能達到的最大負荷；地塊內(nèi)明確的用戶報裝負荷。

部分地塊雖然已開發(fā)利用，但配變投運時間尚短，其負荷遠未發(fā)展成熟，如剛建成一兩年的小區(qū)一般入住率較低。因此，衡量此類地塊現(xiàn)狀負荷不僅要看現(xiàn)有負荷，還要看現(xiàn)有裝變將來負荷發(fā)展成熟時可能達到的最大負荷。

從計量自動化系統(tǒng)導出全市配變數(shù)據(jù)，從中篩選各行業(yè)投運時間5年以上的配變，分析各行業(yè)配變飽和負載率[7]，再結(jié)合各地塊現(xiàn)有裝變?nèi)萘浚嬎愀鞯貕K現(xiàn)有裝變將來負荷發(fā)展成熟時可能達到的最大負荷。

地塊基于現(xiàn)狀的負荷取值視乎地塊配變投運時間而定，投運時間短的按現(xiàn)有裝變飽和負載率估算負荷+報裝負荷，投運時間長的取現(xiàn)有負荷+報裝負荷。

4.2 特殊點負荷

部分特殊點負荷不適合采用負荷密度法進行負荷預測，如供水廠、高鐵牽引站和自備電廠轉(zhuǎn)網(wǎng)供等。此類負荷一般數(shù)量不多，可逐個核實網(wǎng)供負荷。

4.3 地塊負荷修正

以地塊為單位，在地塊常規(guī)負荷基礎(chǔ)上，結(jié)合基于現(xiàn)狀的負荷和特殊點負荷進行對比修正。目的是為了避免單純采用負荷密度法預測而忽略了現(xiàn)狀的負荷信息，更貼合用戶具體特性。

結(jié)合上文地塊分類進行負荷修正，具體如下：

(1) A類。A類用地屬于較為穩(wěn)定的用地，負荷類型不變，可能存在地塊未完全開發(fā)，工業(yè)用地二次開發(fā)，居住及商業(yè)辦公的同類更新，其地塊飽和負荷取值可取負荷密度法預測值和基于現(xiàn)狀負荷值中的大值。

(2) B類。B類用地將來改造可能性很大，負荷類型也將發(fā)生改變，如城市更新規(guī)劃和三舊改造規(guī)劃中的工業(yè)改商住等，可采用負荷密度法預測值作為地塊飽和負荷取值。

(3) C類。C類用地是新增建設(shè)用地，現(xiàn)狀無負荷，可采用負荷密度法預測值作為地塊飽和負荷取值。

(4) D類。D類用地是違建用地，可通過衡量將來違建用地清拆的可能性，來判斷是否保留現(xiàn)狀負荷。

(5) 特殊點負荷。確定了各地塊負荷密度法預測值和基于現(xiàn)狀的負荷值修正后，再根據(jù)特殊點負荷具體情況，逐個判斷其對地塊負荷的取值影響并修正最終地塊飽和負荷預測取值。

5 區(qū)域最大負荷

以市為例，從全市計量自動化系統(tǒng)導出配變負荷、所屬行業(yè)數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)分析各主要行業(yè)內(nèi)配變到市的同時率。由于配變與地塊的數(shù)量級非常相近，可將該配變到市的同時率作為地塊到市的同時率采用。通過各行業(yè)地塊最大負荷以及同時率計算全市各行業(yè)最大負荷。

從計量自動化系統(tǒng)可導出主要行業(yè)的典型日負荷曲線。負荷曲線縱軸統(tǒng)一以各點負荷相對于最大負荷的比值來表示。

結(jié)合各行業(yè)最大負荷以及行業(yè)負荷曲線，可模擬預測全市各行業(yè)負荷日曲線，各行業(yè)日曲線疊加得出全市日曲線，取其中最大值即為預測的全市最大飽和負荷值。

6 實例計算

6.1 計算過程

以某市為例，把各行業(yè)劃分為居民、商業(yè)、辦公、電子信息、電氣機械及設(shè)備、化工、紡織服裝、玩具及文體、食品飲料和煙草、木材和家具、包裝印刷、造紙、金屬、非金屬以及其他制造業(yè)等16個主要行業(yè)。

分別選取該市各行業(yè)投運時間5年以上的全部10 kV配變，分析其負載率。全市配變大數(shù)據(jù)分析各行業(yè)同時率，結(jié)果如表2所示。

表2 行業(yè)配變飽和負載率和同時率

居民、商業(yè)、辦公配變飽和負載率較低，均在50%左右，工業(yè)配變飽和負載率較高，平均達到75%，主要是由于工業(yè)配變均為專變，需要交納配變?nèi)萘抠M用，其配變利用效率必然更高。

各行業(yè)同時率普遍在0.60～0.75之間，辦公類同時率較低，主要是因為計量自動化系統(tǒng)中教育和醫(yī)療等大量行業(yè)均劃分在辦公類中，辦公類包含行業(yè)較多。

從計量自動化系統(tǒng)導出該16個主要行業(yè)的日負荷曲線，采樣周期為1 h，整點采樣，如圖2所示。

圖2 主要行業(yè)日負荷曲線

6.2 結(jié)果校核

該市2018年全社會用電負荷156 45 MW，通過“空間-行業(yè)”負荷密度法，預測該市2035年全社會用電負荷31 200 MW。

6.2.1 用電量校核

用人均用電量法和電力彈性系數(shù)法預測該市用電量，并對用電負荷預測結(jié)果進行校核。該市2018年用電量807億kW·h，最高負荷利用小時數(shù)5 156 h。預測2035年用電量1 556億kW·h，計算得出最大負荷利用小時數(shù)為4 989 h，符合第三產(chǎn)業(yè)和居民用電占比增長的預期，說明用電量和用電負荷預測結(jié)果相符。

6.2.2 飽和負荷密度校核

對比該市現(xiàn)狀和2035年預測結(jié)果負荷密度如表3所示。

從表3可見，規(guī)劃整體建設(shè)用地及工商住用地負荷密度均比現(xiàn)狀提高了一倍左右，符合該市國際先進制造中心定位以及城市更新和產(chǎn)業(yè)升級趨勢。

表3 現(xiàn)狀和預測負荷密度對比

7 結(jié)束語

本文提出了一種基于大數(shù)據(jù)的“空間-行業(yè)”負荷密度法，在傳統(tǒng)負荷密度法基礎(chǔ)上，細分工業(yè)行業(yè)，通過大數(shù)據(jù)分析確定關(guān)鍵參數(shù)取值，通過負荷曲線疊加計算負荷，對比現(xiàn)狀負荷和特殊點負荷進行修正，最后用人均用電量法和電力彈性系數(shù)法等方法進行校驗。通過上述優(yōu)化措施，更切實反映各地塊行業(yè)和負荷特性，減少關(guān)鍵指標取值主觀影響，提高了飽和空間負荷預測結(jié)果準確性和客觀性。