（电力系统及其自动化专业论文）gis在配电网规划中的应用研究.pdf

郑州大学硕士学位论文 以为空间负荷预测的数据收集、处理和预测结果的表示提供一个良好的平台，而且 可以极大地减少数据收集难度，是空间负荷预测方法实用化的必要步骤。 二、基于g i s 和t a b u 搜索的网架优化 t a b u 搜索是一种高效的启发式搜索方法，其基本思想是通过记录搜索历史， 从中获得知识并通过它来指导后续的搜索方向。在g i s 平台将t a b u 搜索算法引入 配电网网架优化，不仅可以较方便地考虑线路沿街道架设的约束条件，而且使规划 结果更符合实际。 三、配电网潮流计算 配电网潮流计算是配电网网络分析的基础，配电网的故障处理、网络重构等 都需要用到配电网潮流的数据。根据配电网辐射状网络的特点，以支路电流或母线 电压为研究对象，建立运算模型，具有算法简单，能够可靠收敛的特点。这些算法 可分为母线法和支路法两类。由于支路类算法编程简单，具有收敛速度快且数值稳 定性好的特点，而且前推回代法不需要矩阵运算，占用计算机资源很少，因此，本 文采用前推回代法进行配电网潮流计算。 四、g i s 在配电网规划中的应用研究 随着g i s 技术的发展和普及，越来越多的供电企业开始建设电力g i s 系统， 日渐成熟的a m f m g i s 技术被许多供电企业所应用，特别是建设城市配电网g i s ， 由于配电网直接面向用户，电气设备的布局、馈线的走廊，与地理位置、城市房屋、 街道走向密切相关，把配电网的实时运行信息与地理信息相结合，在此基础上开发 配电网规划、设计、工程管理等功能，这样将使配电网信息的含义表示得更为直观， 也给配电网运行及管理带来极大的方便。 五、配电网规划理论在上街电网规划中的应用 在对配电网规划理论研究的基础上，结合所做的郑州市上街城区配电网“十 一五”规划工作，将研究所得的成果应用到实践中，取得了较为理想的效果。 关键词：配电网规划，地理信息系统( g i s ) ，空间负荷预测，t a b u 搜索算法， 潮流计算 郑州大学硕士学位论文 a b s t r a c t d i s t r i b u t i o nn e t w o r ki st h ei m p o r t a n tp a r to fp o w e rs y s t e m ，a n dc i t y d i s t r i b u t j o nn e t w o r ki sg r e a t l yr e l a t e dt oc o u n t r ye c o n o m ya n dp e o p l e l i f e 。 t h eg o a lo fp l a n n i n gd i s t r i b u t i o nn e t w o r ki st om a k ep o w e rs y s t e mo p e r a t i o n r e l i a b l ea n de c o n o m i c a l 0 nt h eo n eh a n d ， t h ec i t yd i s t r i b u t i o nn e t w o r k p l a n n i n gi s t h ei m p o r t a n tp a r to ft h ew h o l ep l a n n i n go ft h ec i t y ：o nt h e o t h e rh a n d ，i t i st h eb a s i so fb u i l d i n ga n dr e f o r m i n gc i t yd i s t r i b u t i o n n e t w o r k i t s m a j o r c o n t e n t s ： a n a l y s i so ft h ep r e s e n ts t a t u si nq u o ， l o a df o r e c a s t i n g ，o p t i m i z i n gs u b s t a t i o n ，s u b s t a t i o na n dn e t w o r kp l a n n i n g ， r e a c t i v ep o w e ri n s t a l l ，r e l i a b i l i t ya n a l y s i si nn o r m a la n de m e r g e n c y ，s h o r t c u r r e n ta n a l y s i s ，e v a l u a t i o no fi n v e s t m e n ta n da n a l y s i so fr e v e n u e i nr e c e n ty e a r ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fc o m p u t e r t e c h n o l o g ya n dg i s ，i na d d i t i o n ， t h ed e e ps t u d yo fa r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e m e t h o d s ，ag o o do p p o r t u n i t yh a sb e e np r o v i d e df o rt h es t u d yo fd i s t r i b u t i o n n e t w o r kp l a n n i n g ，w h ic hm a k e sd is t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n gg oi n t oan e w s t a g e f i r s t ，u s es p a c ed a t aa n da t t r i b u t ed a t an e e d e db yg i sp l a n n i n ga n d s h o wt h ep o w e rn e t w o r kt ot h er e s e a r c h e r sd i r e c tl y ，w h ic hm a k e st h e c o 唧u n i c a t i o np o s s i b l e ： s e c o n d ， u s et h ef u n c t i o n so f s p a c ea n a l y s i s ， r e s o u r c ed i s t r i b u t i o na n dt h ef i n ep a t hc h o i c e ， w h i c hr e d u c e st h es e a r c h s p a c ew h e no p t i m i z ep r o c e d u r e sd u r i n gp l a n n i n gd i s t r i b u t i o nn e t w o r k t h e r e s e a r c h e r sc a na v o i dt h ei 1 1 一f i t t e dp l a c e s ，s u c ha sh i l l yc o u n t r ya n dr i v e r s a n dc h o o s et h es i t eo ft r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n a n dt h er o u t ee x p e d i e n t l y ， w h i c hm a k e st h ep r o g r a 珊m i n gr e s u 】t sp r a c t j c a t y t h ea u t h o rm a i n l vs t u d i e st h ec a l c u l a t i o nm e t h o do fs 口a t i a l1 0 a d f o r e c a s t i n g ，b a s e do nt h ea n a l y s i so fa 1 1s o r to fm e t h o d so f1 0 a df o r e c a s t i n g w h i c hist h eb a s eo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n g o n l yw h e nt h ef u t u r e l o a do fe v e r vd a r t so ft h ed is t r i b u t j o nn e t w o r ki sa s c e r t a i n e d ，c o u l dw e p l a nt h e1 0 c a t i o na n dt h ec a p a c i t a n c eo fs u b s t a t i o n ，a sw e l la st h ep a t h s a n dt h es i z e o ft h ec i r c u i t r y ：t h ee q u i p m e n to fs w i t c ha n dt h e1 e n g t ho f t h et i m 仑n e e d e d ，e t c t h ea u t h o rs t u d i e st h em e t h o d so fs p a c ea n dl o a da n d d i s c u s s e so p t i m i z i n go fd i s t r j b u t i o nn e t w o r kf r a m e o nt h eg i sf l a tr o o f ， 郑州大学硕士学位论文 t h e 丁i l e t h o do fo p t i m i z i n gd i s t r i b u t j o nn e t w o r kf r a m e isp u ti n t ot a b u c a l c u l a t i o n ， w h i c hc a nm a k ei te a s vt ot a k e i n t oa c c o u n tt h el i m j t e d c o n d i t i o n s ， a n dm a k et h ep r o g r a m m i n gr e s u l t sa c c o r dw i t hp r a c t i c a l j t y t h e a u t h o rc o m p a r e sg e n e r a t r i xc a l c u l a t i o nw i t hs p u rt r a c kc a l c u l a t j o n ： e s p e c i a l l ys t u d i e sd is t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n go fg i si n t h ec i t yo f z h e n g z h o u m a i nc o n t e n t sa sf 0 1 l o w ： i f o r e c a s t i n go f1 0 a d a n a l y s ea 1 1k i n d so ff o r e c a s to fl o a dm e t h o d s ，e s p e c i a l l ys p a t i a ll o a d f o r e c a s t i n gm e t h o d s 。s p a t i a l1 0 a df o r e c a s t i n gi st h ef o u n d a t i o n o f d js t r i b u t i o nn e t w o r kd e v e l o p m e n tp l a n n i n ga n dd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n o n l y t h ef u t u r e1 0 a do fs u p p l ya r e ai sa s c e r t a i n e dt h a tt h es t r a t e g i cv a r i a b l e s i n c l u d i n gt h es u b s t a t i o n1 0 c a t i o na n dc a p a c i t y ，e l e c t r i c1 i n e s r o u t ea n d s t y l e ， s w i t c h e r s s e t t i n gu pa n dt i j l l e w h e nt ob r i n gi n t os e r v i c ec a nb e f o r e c a s t e d b e a c a u s et h es p a t i a ll o a df o r e c a s t i n gi n v o l v e sp l e n t yo fs p a t i a l i n f o r m a t i o n ，t oi n t r o d u c eg i sc a ns u p p l yag o o dp l a t f o r mo nw h i c hs p a t i a l l o a d f o r e c a s t i n g d a t aa r ea c q u i r e d ，p r o c e s s e da n dt h er e s u l t sc a nb e d i s p l a y e d a n df u r t h e rm o r e ，i tg r e a t l yd e c r e a s e st h ed i f f i c u l t i e so fd a t a a c q u i r i n g a n d s oi ti st h en e c e s s a r ys t e pt om a k et h es p a t i a ll o a d f o r e c a s t i n gp r a c t i c a l 。 0 p t i m i z a t i o no fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n gb a s e dg i sa n dt a b u s e a r c h t a b us e a r c hjsah i g h l ye f f i c i e n ts e a r c hh e u r is t i ca l g o r i t h m i t i s c h a r a c t e r i z e db yg a t h e r i n gk n o w l e d g ed u r i n gt h es e a r c ha n ds u b s e q u e n t l y p r o f i t i n gf r o mt h i sk n o w l e d g e t h a tt a b us e a r c hjsi n t r o d u c et od i s t r i b u t i o n n e t w o r kp l a n n i n gn o to n l ye n a b l e si tc o n v e n i e n tt oc o n s i d e rt h a te l e c t r i c l i n e ss h o u l db er o u t e da l o n gt h es t r e e t s ，b u ta l s om a k e st h er e s u l t sm o r e p r a c t i c a b l e 1 d i s t r i b u t i o nn e t w o r kd o w e rf l o wc a l c u l a t i o n d i s t r i b u t i o nn e t w o r kd o w e rf l o wc a l c u l a t i o ni st h eb a s i so fd i s t r i b u t i o n n e t w o r k a n a l y s i s d i s p 。s i n gm a f u n c t i o n s o fd is t r i b u t i o nn e t w o r ka n d r e c o n s t r u c t i n gt h en e t w o r kn e e dt h ed a t ao fd is t r i b u t i o nn e t w o r kp o w e rf l o w a c c o r d i n gt ot h ee r a d i a t i n gn e t w o r kf e a t u r e so fd is t r i b u t i o nn e t w o r k ， w e n ， 郑州大学硕士学位论文 c a nt a k et h es p u rt r a c kc u r r e n ta n dg e n e r a t r i xp r e s s u r ea st h eo b j e c t s ，a n d e s t a b l i s ho p e r a t i o nm o d e l s t h em e t h o diss i m p l e ，c r e d i b l ea n dc o n v e r g e n t t h e s ec a l c u l a t i o n sc a nb ed i v i d e di n t ot w oc a t e g o r i e s ： g e n e r a t r jxm e t h o d a n ds p u rt r u c km e t h o d t h e r ea r em a n ys t r o n gp o i n t sj ns p u rt r u c km e t h o d d i s t f l o wm e t h o dd o e s n tn e e dm a t r i x ， a n di te n g r o s s e s1 e s sc o i n p u t e r r e s o u r c e ， t h e r e f o r e ，i t i su s e di nc a l c u l a t i n gd i s t r i b u t i o nn e t w o r kp o w e r f l o wi nt h et h e s i s r e s e a r c ho fg i s a p p l i c a t i o nt od i s t r i b u t i o nn e t 百o r kp l a n n i n g t h e t e c h n 0 1 0 9 y o f a m f m g i s a r eu s e d b y m o r e a n d m o r e c o m p a n i e s ，e s p e c i a l l y i n c o n s t r u c t i n gc i t i e s d i s t r i b u t i o nn e t w o r k b e c a u s eo fc i t i e s d i s t r i b u t i o nn e t w o r kf a c i n gt ot h ec o n s u m e r sd i r e c t l y ， t h e1 a y o u to fe l e c t r i c i t ye q u i p m e n t ，t h e1 i n eo ft h ep o r c ha r er e l a t e dt o t h ec i t y g e o g r a p h y c o l i 】b i n i n g c u r r e n ti n f o r m a t i o no fd i s t r i b u t i o n n e t w o r k p e r f o r m a n c et ot h eg e o g r a p h yi n f o r i i 】a t i o n ，d e v e l o p i n gt h ef u n c t i o n s o fp l a n n i n g ， d e s i g n i n ga n dp r o j e c ti n a n a g i n go fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k p l a n n i n g ，w h i c hg r e a t l ym a k e st h ep e r f o r m a n c ea n dt h e a n a g e m e n tc o n v e n i e n t v t h e8 p p l i c a t i o no ft h et h e o r yo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n gt o s h a n g j i ed i s t r i c t w i t hh i sw o r ki n ，t h ea u t h o rg e t sp e r f e c tr e s u l ti nh i sw o r k ， b a s e d o nt h et h e o r vr e s e a r c h k e y w o r d ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n g ，g e 。g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ， s p a t i a ll o a df o r e c a s t i n g ，t a b us e a r c ha l g o r i t h m ，d i s t r i b u t i o nn e t w o r kp o w e r f l o wc a l c u l a t i o n 郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄 袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本人愿意承担由此产生的一切 法律责任和法律后果，特此郑重声明。 学位敝作者c 蚴：习矽忙 2 0 0 5 年4 月2 3 日 郑州大学硕士学位论文 第1 章绪论 城市电网( 简称城网) 是城市范围内为城市供电的各级电压电网的总称，它一 般包括送电网、高压配电网、中压配电网和低压配电网以及为其提供电源的变电所 和网内的发电厂。城市配电网是城市电网的重要组成部分，又是其主要负荷中心， 也是城市现代化建设的重要基础设施之一。它具有用电量大、负荷密度高、安全可 靠和供电质量要求高等特点。 城市配电网按电压等级来分类，可以分为1 l o 一3 5 k v 高压配电网、6 1 0 k v 中 压配电网、2 2 0 3 8 0 v 低压配电网。配电网主要供给一个地区的用电，它覆盖着城市 每条街道，在结构上最大的特点是作为电力网的末端直接与用户相连，敏锐地反映 着用户在安全、优质、可靠、经济等方面的用电要求。 1 1 课题研究的目的和意义 电力工业是国民经济的重要部门之一，随着现代工业和农业的不断发展及人民 生活水平的日益提高，社会对电力的需求量越来越大。特别是近几年来出现的严重 缺电局面：2 0 0 2 年1 1 个省( 市) 采取拉闸限电措施：2 0 0 3 年为1 9 个；而在2 0 0 4 年全国仅有西北、东北、山东电网的电力供应略有盈余，2 0 0 4 年夏季有2 4 个省( 市) 出现了拉闸限电现象全国电力缺口达2 0 0 0 万千瓦以上。“电荒”已成为制约我国 一些地区经济发展和居民家庭生活的“瓶颈”问题。为了满足日益增大的电力需求， 必须不断扩大电力系统的规模，电力系统面临着日益繁重的规划任务。由于电力工 业的发展水平不仅对国民经济的其它部门产生巨大的影响，而且一次能源消耗和投 资的数量也是相当巨大，所以合理地进行电力系统规划不仅可以获得巨大的社会效 益，也可以获得巨大的经济效益 城网规划一方面是城市总体发展规划的重要组成部分，另一方面也是城网更新 改造的依据。自“八五”以来配电网工程投资逐年增加，现已提高到整个电力系统 郑州大学硕士学位论文 投资的3 1 5 。仅1 9 9 8 年至2 0 0 0 年国家就投资几千亿元进行一批城市的配电网建 设与改造。今后配电网的建设和改造还将继续扩大和深化。面对未来巨大的资金投 入，如何科学地完成城市电网规划工作，提高供电质量、供电的安全和可靠水平， 合理有效地利用资金和节能降损，取得最大的经济和社会效益，乃是各级决策者都 十分关注的问题，具有巨大的社会和经济意义。 1 2 城网规划研究概况 城网规划主要包括以下内容：现状分析、负荷预测、变电站优化、配电网网架 优化、配电网潮流计算、正常和故障状态下的可靠性分析、短路容量校验、投资估 算以及效益分析等。随着对配电网重要性认识的不断提高，配电网的规划研究工作 也日益受到重视，国内外在城网规划方面的研究工作取得了一定的成绩，涌现了很 多新的思路和方法。下面对电网规划的主要内容及其方法作简要介绍。 1 2 1 负荷预测 负荷预测是城网规划工作的基础。由于负荷预测是根据电力负荷的过去和现在 推测它的未来数值，所以，负荷预测研究的对象不是确定事件。只有不确定事件、 随机事件，才需要人们采取适当的预测技术，推知负荷的发展趋势和可能达到的状 况。电力负荷未来的发展是不确定的，它要受到多种多样复杂因素的影响，我们很 难把握这些因素在未来某一时刻的状态，只能在一定条件下，进行一定简化并做出 若干假设得到预测结果。通常我们需要做出多种假设和简化，选用不同的预测方法， 所以负荷预测具有不确定性、多条件性和多方案性的特点。虽然负荷预测有以上特 点，但是负荷预测也是有一定规律可循的，通过对历史数据的分析，找出其内在规 律，按照一定的科学原理，可以保证负荷预测工作尽可能地接近实际情况，尤其中 长期负荷预测存在如下的普遍规律：首先电力负荷的发展是有一定规律的，这是我 郑州大学硕十学位论文 们进行预测的基础；其次，电力负荷的发展是一个连续统一的过程，其未来发展是 这个过程的持续；再次，各地区、各年段电力负荷的发展具有一定的可比性、相似 性；最后，电力工业的发展与整个社会有着直接的联系，通过分析国民经济发展水 平和趋势，可以对电力负荷的发展做出相应的估计。 由于电力负荷预测的重要性，为了找到使用方便、精度高、计算快的预测方法， 人们在理论和实践上展开了广泛的研究。目前，按负荷预测方法的参考体系来看， 预测方法可分为确定性预测方法和非确定性预测方法。前者把电量和负荷用一个或 一组方程来描述，电量和负荷与影响其变化的因素之间有着明确的对应关系。这类 方法采用的模型很多，如弹性系数法、时间序列法、回归分析法等，主要是一些传 统的预测方法；后者则认为负荷的变化受众多模糊的、不确定的因素影响，它不可 能用精确的显式数学方程来描述。近年来，随着科学技术的迅速发展，预测理论技 术也取得了长足的进步，出现了灰色预测法、专家系统预测法、神经网络预测法、 模糊预测法等不确定性预测方法。这些方法都已引入电力系统负荷预测，并取得了 较好的效果f 3 】。 由于负荷发展和变化的情况比较复杂，用传统的负荷预测方法得到的结果，在 负荷的大小和地理分布上都存在着一定的偏差。因此，既能预测负荷大小又能预测 其分布的空间负荷预测是近年来研究的热点之一，本文将着重研究空间负荷预测及 其方法。 1 2 2 变电站优化 变电站优化的任务是根据考虑地理分布的负荷预测结果，进行变电站选址与优 化，以满足未来负荷发展的需要，同时所需投资及运行费用最小。站址优化模型可 以采用基于等负荷原则、最小负荷距原则、初投资最小原则的单源或多源选址模型 【4 等。选址应考虑现场的约束条件，并通过经济评估进行优化。应指出的是，城网 2 2 0 k v 变电站的位置对1 1 0 k v 网络及1 0 k v 配电网的投资有很大影响，1 1 0 k v 变电 一3 郑州大学硕士学位论文 站位置对1 0 k v 配电网投资的影响更大。通常在电网中，变电站的投资约占总费用 的1 0 一2 0 ，配电系统占据了大量费用。变电站的位置和容量对配电系统是约束 因素，变电站的定位将关系到馈线系统投资经济性的改变。因此，规划的经济评估， 应综合考虑2 2 0 k v 变电站、1 1 0 k v 变电站与1 0 k v 配电网投资，才能找出最优方案。 1 2 3 网架优化 网架规划的目的在于根据投资及运行等费用最小的原则，确定改、扩建线路、 设备的类型、时间及地点，建设运行安全可靠、投资最小的最佳电网结构。目前网 架优化方法大体分为两类：数学优化方法和启发式方法【4 5 】。数学优化方法是将电 网规划的设计要求归纳为运筹学中的数学规划模型，然后通过一定的优化算法解出 能满足系统约束条件的最优网络扩展方案；启发式方法可分为两类：基于支路性能 指标的启发式方法和基于系统性能指标的启发式方法。传统的数学优化方法和启发 式方法，共同特点是以确定的未来环境为基础，建立数学模型，求得最佳规划方案。 近年来，模拟退火算法【6 】、遗传算法7 8 1 、免疫算法【9 】、t a b u 搜索 1 等现代启 发式方法的应用，为提高优化问题的求解速度及保证解的最优性提供了新的手段。 启发式算法是以直观分析为基础的算法，具有直观、灵活、计算时间短的优点。缺 点是难以选择既容易计算又能真正反映规划问题实质的指标。 1 2 4 潮流计算 配电网潮流计算是配网分析的基础。与输电网相比，城网多为辐射状网络， 配电网的另一个特点是线路长且分支多。随着国内外对配电网研究的不断深入，出 现了众多结合配电网特点而开发的简单迭代算法，如母线算法和支路算法 1 2 】。母线 类方法以母线的注入量为自变量列出潮流方程，而支线类方法以配电网的支路数据 为研究对象列出潮流方程，面向支路前推回代。 郑州大学碗士学位论文 1 2 5g i s 在配电网规划中的应用 地理信息系统( g i s ) 的发展起源于地学领域的应用，经几十年发展，己演变 为服务于地学领域应用的“基础型”平台软件、服务于商用办公领域的“桌面型” 平台软件和服务于城市公共设施管理的脚m g i s 系统。a m 屉m 技术作为g i s 技术发展的崭新分支，它作为信息产业的重要组成部分之一，为电力行业同样也带 来了一片勃勃生机。 国内的电力g i s 应用起步较晚，国内电力g i s 应用研究开始于9 0 年代中期， 随着g i s 技术的发展和普及，越来越多的供电企业开始建设电力g i s 系统。到了 9 0 年代末，以全国大规模的城网改造工程为契机，曰渐成熟的a m 帆d ，g i s 技术被 许多供电企业所应用，国内大型供电企业也开始大规模建设具有国际先进水平的电 力g i s 应用系统。例如北京、武汉等地供电企业在国产g i s 软件技术的支撑下，建 设基于地市级城市配网的g i s 应用系统。目前，国内已经建成的电力g i s 系统已有 上百个，这些先后建设的大大小小的电力g i s 系统，不但在应用地理范围上包括网 局、省局、市局、县局等级别的电网g i s 系统，而且在应用领域上也也逐渐扩展到 输电、变电、配电、调度、用电等供电企业的各个业务环节中。 g i s 应用于配电网规划中的负荷预测、可靠性分析、网架优化、变电站选址等， 是电网规划不可缺少的辅助工具。 1 3 本文研究的主要内容 本文主要对城市配电网规划中的空间负荷预测、网架优化及潮流计算进行了研 究，作者参与了郑州市电业局地理信息系统的开发研究工作，主要侧重于g i s 在配 电网中的应用，研究内容结合郑州市区配电网以及郑州市上街城区配电网“十一 五”规划项目，取得了较为理想的效果。 作者对各种常用的传统负荷预测方法进行比较分析，在此基础上，着重研究了 一5 - 郑州大学硕士学位论文 基于g 琏的空间负荷预测方法；对配电网网架优化进行了探讨，在g i s 平台将t 曲u 搜索算法引入配电网网架优化，这样不仅可以较方便地考虑线路沿街道架设的约束 条件，而且使规划结果更符合实际；对潮流计算方法中的母线算法和支路算法进行 比较分析。 论文对配电网地理信息高级应用软件的规划和开发工作进行了深入探讨，在 g i s 平台上建设配电网自动规划系统，系统包括g i s 数据预处理模块、变电站定位 模块、次级布线模块、初级布线模块等，实现了可靠性分析与统计功能、供电范围 分析等功能。 郑州大学硕士学位论文 第2 章负荷预测 2 1 传统负荷预测方法 ( 1 ) 弹性系数法 电力弹性系数等于用电量增长率与国民生产总值( 或社会总产值) 年增长率的比 值。通过预测未来年份的弹性系数和国民生产总值的增长率可得到电力需求的增长 率。电力弹性系数与科技进步和经济结构及产品结构的调整有关。科技进步等因素 可以使单位产值的电耗不增加甚至减少，即电力弹性系数小于1 。这种方法的优点 是计算简单，主要用来实现负荷的宏观预测。 ( 2 ) 单耗法 对各类工业的用电量采用单位产品产量的耗电定额( 简称单耗) 进行预测，称 为产品单耗法。有时考虑用国民生产总值或工农业生产总值结合其电量单耗计算出 用电量，这就是产值单耗法。计算公式分别为： 用电量= 产品产量产品的单位耗电量 用电量= 国民生产总值产值的单位耗电量 ( 3 ) 回归分析法 根据历史数据的变化规律，寻找自变量和因变量之间的回归方程式，确定模型 参数，据此作出预测。根据自变量的多少可分为一元和多元回归；按照回归方程的 类型可分为线性和非线性。回归分析法可以把负荷与影响负荷的各种社会和经济因 素联系起来，其优点是使预测人员能清楚地看到负荷增长趋势与其它可测因素之间 的关系。但是，这种方法要求样本量大且要有较好的分布规律和较为稳定的发展趋 势。另外，有时难以找到合适的回归方程类型。 ( 4 ) 负荷密度法 郑州大学硕_ 上学位论文 负荷密度即单位面积内负荷量的大小。根据规划区域内工业、商业、居民、市 政等当前的负荷密度，考虑城市规划中各区域预期的经济发展、人口增长、居民收 入水平的提高等因素，再与类似的城市对比，即可推算出各区域的负荷密度预计值： 将各区域的负荷密度与其面积相乘，就可得到该区域负荷的预测值。负荷密度法比 较直观，适用于预测规划区域内大量分散的用电负荷，对少数集中用电的大容量负 荷，需另单独考虑。 ( 5 ) 时间序列外推法 所谓时间序列外推法，就是把历史上积累起来的资料按年、月或周进行排列， 构成一个统计数列，并根据其发展动向进行预测。所以它实际是一种外延的方法。 也可以根据已知的历史资料来拟合一条曲线，使得这条曲线能反映负荷本身的增长 趋势，然后，按照这个增长趋势曲线，对于要求的未来某一点，从曲线上估计出该 时刻的负荷预测值。此方法有效的前提是过去的发展模式会延续到未来，因而这种 方法对短期预测效果比较好而不大适合于中长期预测。 2 2 近年来发展起来的负荷预测新方法 ( 1 ) 灰色预测法 灰色预测理论是中国学者邓聚龙教授1 9 8 2 年3 月在国际上首先提出来来的。 短短二十几年里，该理论在社会、经济、生态等领域得到了迅速发展。 相对于一定的认识层次，系统内部的状态信息部分已知，部分未知，即信息不 完全，这样的系统称为灰色系统。由于影响电力负荷的因素众多，关系复杂，难以 被一一分析清楚，因此具有灰色特性。灰色预测是将系统行为特征量的变化过程看 作为一个灰色过程，利用灰色系统理论的微分方程模型( g r e ym o d e l ) 进行预测。 g m ( n ，n ) 表示n 阶的，n 个变量的微分方程模型，而g m ( 1 ，1 ) 表示l 阶的、1 个变量的微分方程模型。灰色系统理论认为，适合于预测的模型应该是单变量的模 型，也就是预测数据本身的模型，即g m ( 1 ，1 ) 模型。灰色系统预测方法建模过 r 郏州大学硕士学位论文 程简单，预测精度高，已经成为预测领域一个非常重要的预测方法。 ( 2 ) 模糊预测法 模糊数学作为一门学科是由美国计算机与控制理论专家扎德教授于1 9 6 5 年创 立的。在经历了3 0 多年的发展后，模糊数学已经有一套较为完善的体系框架，它 在实际工程中的应用也是硕果累累【1 。 模糊数学研究和处理的对象是模糊现象。所谓模糊性，主要是指客观事物在差 异的中间过渡时所呈现的“亦此亦彼”性”】。电力负荷预测受到如国民经济发展的 情况、国家政策、人口增长、气候等诸多不确定因素的影响，这些因素很难用定量 的方法来描述，但是其对负荷的影响又是很重要的，不能不予以考虑。模糊集理论 是目前处理主观因素较重、定性材料和数据资料不完整等不确定因素的有效方法。 目前模糊集理论应用于负荷预测主要有以下几种方法：模糊聚类法、模糊相似 优先比法、模糊最大贴近度法等。 模糊聚类预测法的基本思想是利用以往的数据资料来认识事物的运动规律，最 终指出事物发展的趋势或事物在未来某时段的状态f “。这种方法避免了建立数学模 型的困难，而且把影响负荷的各种相关因素的模糊性和信息的不确定性、不完全性 考虑进去，这是其它方法所不及的，该方法适用于短期或长期预测。但是当预测地 区未来经济发展速度高于其历年速度时，需对该方法进行修正。此方法要求拥有较 多的历史负荷资料和环境因素资料，并要对未来的环境因素做出准确的预计，这使 它的应用受到定的限制。 模糊相似优先比预测法是用相似优先比来判断哪一种环境因素增长率与电力 负荷增长率最为相似，选出该因素后，再通过待测年该因素与各历史年该因素的贴 近度，选中与待测年贴近度最大的历史年，这样就可以将被选中年的电力负荷增长 率定义为此待测年的电力负荷增长率。 模糊最大贴近度预测法的核心在于，按照一种选定的因素比较待预测地区与各 参考地区的接近程度，选中与其最为贴近的地区，认为该地区相应的负荷增长率就 郑州大学硕士学位论文 是待预测地区对应所求的电力负荷增长率。 ( 3 ) 专家系统预测技术 专家系统是一个用基于知识的程序设计方法建立起来的计算机系统，它拥有某 个特殊领域内专家的知识和经验，并能像专家那样运用这些知识，通过推理，在相 应的领域内作出智能决策。所以，一个完整的专家系统是由四部分组成的，即知识 库、推理机、知识获取部分和解释界面f 3 1 。在中长期负荷预测中，未来的不确定性 因素有很多，各个地区的经济和电力事业的发展有其特殊性，对未来各种可能引起 负荷发生变化的情况，还需要预测人员具有丰富的经验和判断能力，即专家知识在 中长期负荷预测中起着很重要的作用。这也正是专家系统预测技术相对于其它方法 的优越性。 ( 4 ) 人工神经网络预测法 a n n ( 人工神经网络) 是由多个神经元连接而成、用以模拟人脑行为的网络系 统，是一种与传统计算方法不同的信息处理工具，它能通过学习获得合适的参数， 用来映射任意复杂的非线性关系。利用人工神经网络的学习功能，用大量样本对神 经元网络进行训练，调整其连接权值和阀值，然后可以利用已确定的模型进行预测。 已经成熟的算法主要有误差反向传播算法( b p 算法) ，利用一个简单的三层人工神 经网络模型，就能实现从输入到输出间的任何复杂的非线性映射关系。a n n 适宜 解决时间序列预测问题，尤其是平稳随机过程的预测。到目前为止，砧q n 主要应 用于短期负荷预测【“16 】。短期的负荷变化可以认为是一个平稳的随机过程，而长期 负荷预测与国家或地区的政治、经济政策密切相关，通常会有大的转折，不是一个 平稳过程。因此，a 卜d r 应用于短期负荷预测要比应用于中长期负荷预测更为适宜1 。 ( 5 ) 优选组合预测技术 优选组合预测有两类概念，一是指将几种预测方法所得到的预测结果，选取适 当的权重进行加权平均的一种预测方法：二是指在几种预测方法中进行比较，选择 拟台度最佳或标准离差最小的预测模型作为最优模型进行预测。组合预测方法是建 郑州大学硕士学位论文 立在最大信息利用的基础上，它集结多种单一模型所包含的信息，进行最优组合。 因此，在大多数情况下，通过组合预测可以达到改善预测结果的目的 3 8 1 9 】。 2 3 空间负荷预测方法研究 2 3 1 地理信息系统概述 2 3 1 1 地理信息系统的定义及发展 地理信息系统( g i s ) 是在2 0 世纪6 0 年代随着计算机辅助制图及空间数据分 析等技术发展而提出的，是为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建 立的计算机数据库管理系统唧1 。 1 9 6 3 年加拿大测量学家r o g e rft o i i l l i n s o n 首先提出了地理信息系统这一术 语，建成世界上第一个g i s ，并用于自然资源的管理和规划【2 1 】。我国g i s 的发展经 历了四个阶段，即起步( 1 9 7 0 一1 9 8 0 ) 、准备( 1 9 8 0 1 9 8 5 ) 、发展( 1 9 8 5 1 9 9 5 ) 、 产业化( 1 9 9 6 年以后) 阶段。虽然起步较晚，但目前g 塔已在许多部门和领域得到 应用，并引起了政府部门的高度重视。自2 0 世纪9 0 年代起，g i s 进入快速发展阶 段。我国开始实施g i s 、遥感、遥测联合科技攻关计划，强调地理信息系统的实用 化、集成化和工程化，努力实现基础环境数据库的建设，推进国产软件系统的实用 化以及遥感、预测和地理信