（电力系统及其自动化专业论文）中压配电网规划研究.pdf

河海火学硕士学位论文 中压配l u 嘲规划研究 a b s t r a c t a st h ec o n n e c t i o nb e t w e e nt r a n s m i s s i o nn e t w o r ka n dc o n s u m e r sf a c i l i t i e s ，d i s t r i b u t i o n n e t w o r kh a sb e e np a i dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n sa b o u ti t sp l a n n i n g a c c o r d i n gt ot h es t a t u e so f d i s t r i b u t i o nn e t w o r ki no u tc o u n t r f f , s o m ep a r t so fr e s e a r c hw o r ko nt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k p l a n n i n ga r es t u d i e d i nt h i sp a p e ra sf o l l o w i n g ： i np a r to n et h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e d u r eo fl a n du s a g em e t h o da p p l i e di nt h es p a t i a ll o a d f o r e c a s to ft h ed i s t r i b u t i o ns y s t e mw a ss t u d i e d f i r s t l yt h et h e o r ym o d e la n df o r e c a s ts t e po ft h e l a n du s a g em e t h o dw a si n t r o d u c e d t h e nas y s t e mb a s e do nl a n du s a g em e t h o dw a sd e s i g n e d a n dr e a l i z e db yu s i n gf u z z ym l e ，a tt h es a m et i m ear e p r e s e n t a t i v ed a t a b a n kw a ss e tt os a v e t y p i c a lm o d e l s t og e tg o o d a d a p t a b i l i t y i np a r tt w ot h el o a dt r a n s f e rm e t h o dw a sa p p l i e di nt h es t u d yo fs u b s t a t i o np l a n n i n gi n d i s t r i b u t i o n ，f i r s t l yt h el o a dt r a n s f e rm e t h o dw a sa p p l i e dt oi m p r o v et r a d i t i o n a li t e r a t i o nm e t h o d a n dg aa tas i n g l eg r a d eo fv o l t a g e ，a n dab e t t e rr e s u l tw a sa c h m v e d t h e ni tw a sa p p l i e di nt h e s u b s t a t i o np l a n n i n ga tt w og r a d eo fv o y a g e ，t h er e s u l ts h o w st h a ti tw a s b e t t e rt h a nt h et w og r a d e v o l t a g ep l a n n i n gs e p a r a t e l y i np a r tt m - e e o p t i m a lp l a n n i n go f t h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kw a ss t u d i e d b yc a l c u l a t i n g n e t w o r kp a t h ，i ti sm o r ec o n v e n i e n t l yt oc o d ew h e n a p p f i e dt h eg a i nt h eo p t i m a lp l a n n i n go ft h e d i s t r i b u t i o nn e t w o r k t h em o d e lo ft h ed i s t r i b u t i o ns y s t e mp l a n n i n gc o n s i d e r a t e se c o n o m ya n d r e l i a b i l i t y , a f t e rt h ep l a n n i n go f t h er a d i a ln e t w o r kw a s c o m p l e t e d ，u s i n gp a t h m a t r i xt os e l e c tt h e c o n n e c t i n gl i n ea n dr e a l i z et h en e t w o r kr e l i a b i l i t y k e y w o r d ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ；l a n du s a g em e t h o d ；s u b s t a t i o np l a n n i n g ；l o a dt r a n s f e r ； o p t i m a lp l a n n i n g ；t i el i n ep l a n n i n g ；g e n e t i c a l g o r i t h m 3 中压配电网规划研究 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。 与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。如不实，本人负全部责任。 神、1 论文作者( 签名) ：遣_ i 耋焘露_ 年 月：，护日 学位论文使用授权说明： 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期 刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电 子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文 档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允 许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权 河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ：熏! ! ：生埘年；月；。日 河海大学硕【学位论文中压配电网规划研究 1 1 引言 第一章绪论 随着现代社会生产的发展和人民生活水平的日益提高，电力的供应和消耗已渗透到社会 的各个角落。同时，产业结构的调整，城市土地使用制度的改变也对电力供应提出新的要求。 这些变化不仅发生在用电数量上，也发生在电力负荷的空间分布和质量上，使得电力系统面 临着更为复杂繁重的规划任务。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相当巨大，所以，合理进行电力系统规划不仅 可以获得巨大的社会效益，也可咀获得巨大的经济效益。因此，对电力系统规划问题进行研 究，以期最大限度地提高规划质量，具有重大的现实意义。 1 1 1 配电网存在的主要问题和原因 目前，我国城市配电网的发展状况还存在着一些普遍性的问题【”，如网损过高，电压质 量差，负荷过重，可靠性较差，发展缓慢等。原因有很多，可归纳为以下几点： 1 配电网建设落后【3 l 。 过去，我国在电力系统投资倾向上存在重发电，轻输电，忽视配电的情况导致我国配 电系统基础比较薄弱。近十几年来，输电网自动化程度有了很大提高，地区调动自动化己基 本普及，但是配电网的自动化程度仍然很低。近几年随着电力体制的调整和电网改造的进行， 国内多数配电网有了较大发展，增加了高压变电站，对些老的变电站进行了改造，电网结 构趋于合理，安全性有一定提高。但同时，配电网的技术还相对落后，虽然引进了一些新设 备和技术，但和国外相比还有较大的差距翻。现有的电网结构普遍比较薄弱，备用能力差， 可靠性低，停电事故经常发生，线损率高。 2 配电网负荷增长迅速。 随着经济的高速发展，电力用户在不断增加。在负荷增欧中，负荷构成比例发生了重大 变化，居民用电，商业用电明显增加，加重了中低压配电网的负担。配电网的增欧跟不上负 荷增良的要求，甚至造成了近两年来的全国性缺电现象。 3 配电网规划不科学。 河海大学硕士学位论文 中艇配电网规划研究 以往，我国配电网的规划和设计，更多的是由规划人员根据个人经验和局部计算进行的， 在有限的条件下解决负荷增长、线路过载、电压偏低等不断出现的一些问题。对于日益扩大 的电网规模，这种方法将难以利于配电网的合理建设和经济运行。近些年，国内已经出现了 配电网规划的计算机辅助工具，但这些工具还不够完善，无法发挥其应有的作用。因此，要 以长远和整体的眼光追求系统运行的经济性、可靠性和安全性，系统的配电网规划方法的研 究和应用迫在眉睫。 1 1 2 配电网的发展方向及其对配电网规划的影响 针对上述问题，为了近期满足电力负荷增长的需求和提高供电的可靠性，远期进一步建 设改造成现代化的配电网，各地正根据具体情况【9 】【1 0 】，采取一些有效措施，使配电网朝以 下方向发展： 1 提高电压等级。 简化电压等级，减少电压层次，逐步提高配电网电压等级，有利于配电网的管理和经济 运行。目前，国内城市配电网网络的电压等级大都是1 0 k v ，随着城市负荷的增长，配电网 需要输送更大的功率。要提高馈电线路的输送容量可以通过以下两个途径：线路电压等级不 变，增大电流。提高线路电压等级，绝缘的要求也相对提高。研究表明，提高电压等级常比 增大电流经济。所以在做新的配电网规划时，可在优化过程中优选电压等级。在我国个别地 区，例如苏州新加坡工业园区，已出现2 0 k v 等级的中压配电电压和1 1 0 2 0 0 3 8 k v 的配电电 压等级系列【“l 。 2 简化电网结构，采用新型设施，提高自动化程度【1 s 】【1 8 】 “。 配电刚网络进一步向简化、完善和高可靠性发展，如变电所接线开始推广采用线路变压 器组、单母线接线等。配电网络结构推广采用多回线、各式环网、多分段多连接等方式，以 提高利用率和供电可靠性，馈线加装自动化装置以减少故障恢复时间。随着电缆建设的曰益 增多，电缆沟、预制排管、电缆隧道将进一步广泛采用。绝缘导线也在不少城市的架空配电 网中逐步应用。以计算机应用为主要内容的先进技术，促使自动化技术逐步由调度、变电所 发展到配电线路，并使供电和用电两方面紧密相连。 随着配电网电压等级的提高以及自动化系统的应用，对配电网的规划也提出了新的要 求： 1 配电网的规划要尽可能和电力地理信息系统相结合。通过电力地理信息系统才能更 河海大学硕士学位论文中压配电两规划研究 准确全面地反映待规划地区的地理分布特点，规划出的结果才更真实可行。 2 随着电压等级的提高，配电网的规划要充分考虑和原有电网的关联。 3 随着电网结构的简化，自动化程度的提高，配电网的规划要考虑新的网络结构和连 接方式。 1 2 配电网规划的研究现状 配电网规划是指在分析和研究未来负荷增长情况以及城市配电网现状的基础上，设计一 套系统扩建和改造的计划。在尽可能满足未来用户容量和电能质量的情况下，对可能的各种 接线形式，不同的线路数和不同的导线界面，以运行经济性为指标，选择最优或次优方案作 为规划改造方案，使得电力公司及其相关部门获得最大利益的过程【4 j 。为了达到这个目标， 需要实现三个互相协调的功能：空间负荷预测、长期配电规划和短期配电规划i ”】。这也是 配电网规划的基本功能和主要研究内容。 配电网规划要求负荷预测不仅能预测负荷的量，而且要预测未来负荷增长的位置。负荷 分布预测是配电网规划的基础，预测的准确程度将直接影响到规划的可信度。 配电网的长期规划是指在负荷预测指导下，从系统长远发展的观点出发，对城市用电状 况进行具体分析，决定电压等级，送电范围等发展战略。长期规划将初步确定新站建设的位 置、时间和容量以及旧站扩容的具体步骤等内容。 配电网短期规划一般是对变电站下游的系统进行规划和决策，如馈线和低压网等。短期 规划更注重具体的工作，如馈线结构、类型以及电能质量分析等等。 1 2 1 负荷预测研究现状 负荷预测是配电网规划面临的第一个任务，负荷预测的准确程度直接关系到规划方案的 质量。按预测时期的长短，负荷预测一般可分为长期，中期，短期和超短期四种 2 6 】。配电 网规划的负荷预测主要属于中长期负荷预测。目前对中长期负荷预测的研究方法主要有 ( 1 ) 趋势外推法。 趋势外推法只需要负荷本身的历史数据，通过寻找负荷历史数据中的负荷变化规律和特 性，并将其变化模式外推到未来进行预测。该方法需要的数据量小，但由于没有对负荷预测 中的随机成分进行统计处理，因此准确度不高。 ( 2 ) 相关分析法。 3 河海大学顺j 一学位论文中艇配电刚规划研究 相关分析法是将负荷同各种社会和经济因素等联合起来考虑，通过寻找电力负荷与影响 其变化的相关因素之间的关系或数学模型，来达到预测的目的。其优点是可以清楚地看到可 量测因素和负荷增长趋势的关系，但搜集这些相关因素的资料有时比负荷预测本身更困难。 ( 3 ) 时间序列分析法。 时间序列法将负荷数据当做一个随时间变化的序列进行处理，通过寻找负荷历史数据序 列中的变化模式，并将该模式外推到未来进行预测。当时间过长时会产生较大误差。 ( 4 ) 回归分析法。 回归分析法假定负荷同一个或多个独立变量存在因果关系，通过寻找因果关系的数学模 型，据此预测出将来负荷值。回归分析模型参数估计技术比较成熟，预测过程相对简单。但 一般为避免数据处理过于复杂，常将变量间的关系假定为线性。 文献o ”将偏最小= 乘回归模型应用于年用电量预测，克服了自变量之间多重相关性的 问题，使得计算结果更为可靠。文献p 0 1 在回归分析中采用了非线性参数估计计算，从而得 到更精确的预测模型。 ( 5 ) 灰色模型。 灰色模型将随机变化量看作在一定范围内变化的灰色量，通过生成变换和关联分析，建 立预测模型。负荷预测中通常采用g ( 1 ，1 ) 模型。 文献川比较了几种灰色模型在电力需求预测的应用，确定适合于不同产业电力需求预测 的不同灰色模型。文献口3 1 提出了灰色预测模型g m ( 1 ，1 ) 的参数修正法，进一步提高负荷 预测的精度。 ( 6 ) 人工智能技术。 随着人工智能技术的不断发展和日益完善，人们又提出了模式识别法，组合预测法，模 糊预测法，专家系统法，神经网络法等方法。这些方法发展都不很成熟，但具有很大的应用 潜力。 文献f ”1 提出了一种组合式的模糊短期负荷预测方法。通过对历史数据的离线动态学习， 训练出有关参数，经过模糊推理获得提前一步的负荷预测。文献p 5 l 口q 将神经网络法运用于 负荷预测。文献 ”1 则在负荷预测中运用了免疫神经网络提高了神经网络的自适应能力。 7 ) 空间负荷预测 空间负荷预测不仅在时间上预测未来负荷的增量，而且还预测负荷增长的空间信息。8 0 年代初，美国的w i l l s 等人提出了空间负荷预测的概念h ”。之后运用于空间负荷预测的方法 主要有多变鼙法，趋势法和刚地仿真法引。前两种方法模型简单，精度不高已基本l ；f 再- 4 河海大学硕l 学位论文中雎配电网规划研究 采用，现在f 泛应用的是用地仿真法。用地仿真法是通过建立用地仿真模型来模拟小区发展 情况，将负荷预测的结果分配到每个小仄，具有较高精度，能够满足中长划配电网规划的要 求。 文献【4 1 p 8 】在w i l l 的基础上，通过建立模糊规则库，使用模糊推理处理分析待规划区域 的空间属性信息，以预测该区域各用地类型的发展程度。文献 4 0 1 采用非均匀区域法进行空 间负荷预测，对不同密度的地区划分不同的区域，有效减少数据量和存储空间的信息。文献 又将运输模型用于用地预测，以确定各用地类型的未来使用面积。文献【4 9 1 引入遗传算法来 调整模糊集参数，以此训练模糊系统规则以建立模糊规则库。文献口q 引入人工神经网络， 在原始数据不充分的条件下，对负荷进行分类和简化，从而得到与环境因素相适应的负荷。 负荷预测的各种方法根据其自身的特点被应用于不同的场合。趋势外推法、相关分析法 以及时间序列分析法由于其精度不高，只用在些对精度要求不高的定性分析上。回归分析 法、灰色模型考虑了随机因素，预测精度较高，但要建立这些模型较为困难。目前还在进一 步研究，这些方法大都应用于要求考虑的随机量较少的场合。人工智能技术目前越来越多地 被应用于负荷预测中p 4 p p ”，这些方法的预测精度相对较高，但由于发展还不够成熟，还在 进一步探索。现在负荷预测的应用往往将多种方法同时进行预测，综合分析得出一个结果。 空间负荷预测更多地应用于电网规划，因为电网规划必须知道负荷的空间信息，目前该方法 己广泛应用于电力系统规划。 1 2 2 配电网网络规划研究现状 负荷预测完成之后，便可进行配电网络规划。变电站选址和馈线布线是配电网络规划的 主要研究内容。配电网规划要考虑城市建设的布局，土地价格等多种因素，显然这是一个系 统优化的问题。它具有离散性，动态性，非线性，多目标性，不确定性等特点。从数学上来 说，配电网规划是一个动态多目标不确定非线性的整数规划问题。根据不同的简化手段，形 成了不同的规划方法。 根据对规划期间处理的不同，规划方法可分为： ( 1 ) 单阶段扩展规划 单阶段扩展规划是根据规划期开始的数据寻找规划末尾( 即水平年) 的最佳网络结构方 案。 ( 2 ) 多阶段扩展规划 河海火学硕：| = 学位论文 中压配电网规划研究 多阶段规划中，前一阶段的规划结果对后一阶段有明显影响，因此，每一扩展方案既要 考虑本阶段的要求，1 又要考虑整个规划期的要求。多阶段规如可采用动态规划方法也可采用 静态规划方法来实现。考虑整个规划期最优扩展方案的方法称为动态规划方法。把多阶段中 每一阶段都作为单阶段规划来优化，把上阶段的优化结果作为下一阶段规划的输入，这种处 理叫静态规划。动态规划处理耍比静态规划复杂的多，但静态规划不能给出整个规划期的最 优解。 根据数学方法分类，可分为： ( 1 ) 最优化方法 最优化方法是将电网规划问题用数学优化模型进行描述，然后通过一定的算法求解，从 而获得满足系统要求的最优规划方案。这种方法由于考虑了电网的决策变量与运行变量等之 间的相互关系，并将实际规划问题采用优化方法求解，因而在理论上更严格些并保证了方案 的最优性。但由于电网规划属于大规模的组合数学问题，计算时间长，占用计算机内存大， 对于实际大规模系统求解困难很大。因此实际应用时不得不作大量的简化。 ( 2 ) 启发式方法 启发式方法不同于优化方法，它是以直观分析为依据的算法，通常基于系统某一性能指 标对可行路径上线路参数的灵敏度，根据一定的原则，逐步迭代得到满足要求的方案为止。 这种方法直观，灵活，计算时间短，便于人工参与决策且能给出符合工程实际的较优解。缺 点是单网络规模大时，指标对于每一组方案差剐不大，难以优化选择。 文献【帖帔用支路交换法进行配电网规划，文献f ”1 将支路交换应用于多阶段规划，文献1 改 进了支路交换法，通过计算支路交换后的目标函数的差值缩小支路交换的范围，减少计算时 间。文献】则将配电网规划和图论结合，利用寻找最小生成树和最小路径树的方法来寻找 最优的网络结构。 ( 3 ) 专家系统法 专家系统法模拟规划人员的经验进行决策，也可以看做是启发式方法的发展。专家系统 先建立产生规则库，再由推理机去豫不可行解，最后由决策部分选出最优解。专家系统总结 了大量专家的实践经验，可以合理简化规划模型，提高算法效率。 ( 4 ) 模拟进化策略 随着数学的发展以及配电网规划这一问题本身的特性，人们开始将模拟进化策略运用于 配电网规划。文献【8 i n 7 1 分别将遗传算法，模拟退火算法，最优蚁群算法应用于配电网络的 规划。虽然这些算法在实际应用时都还存在参数不易选取的缺点，但这并不影响模拟进化策 6 河海犬学碰j j 学位论文中压配i “阿规划研究 略在配电网络规划中的应用。 ( 5 ) 电网综合规划 长期以来，两级以上电网的综合规划并不为人所重视，其主要原因有：各级电网的网 络结构不同，进而导致优化算法不同；各电压等级综合规划导致问题规模激增。 文献 5 6 】 5 7 】对电网综合规划的模型和算法进行了研究，提出了输配电系统综合规划的全 局优化算法。全局优化算法中当系统为不同电压等级的开环系统时，只需仿照标幺值计算的 原理将各电压等级的电气量折算到某一选定的电压等级上，就可以采用最短路遗传算法进行 网络的全局优化。当系统为开环与非开环混合系统时，先形成树状网络，然后利用文献 5 6 】 的最短路径遗传算法进行专门的联络线优化，以构成环网。 1 3 下一步研究方向 空间负荷预测。如何将负荷预测的时间性和空间性更好地结合起来以提高负荷预测的准 确程度，有待进一步研究。 配电网规划模型。可以在配电网规划模型中综合考虑费用，可靠性等各个问题，使得规 划方案更符合实际另外还可考虑配电网弱环设计开环运行的约束。 配电网络结构模型。可以针对配电网特殊的结构，采用特殊地存储结构，以提高配电网计算 地效率。 配电网络优化规划。如上所述，配电网规划方法中，传统的最优化方法容易造成“维数 灾”问题；启发式算法不易寻求最优解：模拟进化法等现代优化方法不易选取控制参数，如 何寻求一种有效的配电网优化规划方法，需要作更深入的研究。 多电压等级配电网网络综合规划。如何对两级及其以上电压等级的网络进行综合规划， 也是研究的方向之一。 1 4 本文所做的工作 本文所作的工作可分为三个部分：负荷预测、变电站综合规划和中压配电网网架优化。 第一部分是负荷预测。负荷预测是规划的基础，本文的主要工作是针对用地仿真法设计 一套可实现的系统。 第二部分是变电站综合规划。本文主要上作是用负荷转移的方法对单级变电所规划方法 进行仿真军分析，并在此基础上将该方法应用于两个电压等级下的变电站综台规划，求得比 7 河海大学硕士学位论文中版配电网规划研究 两级各自规划下更好的效果。 第三部分是中压配电网网架优化研究。本文主要工作是将配电网规划的可靠性和经济性 相结合，在经济性的基础上，利用联络线优化来实现配电网规划的可靠性。在考虑联络线优 化时，利用路径矩矩阵来进行衡量，使得联络线优化更为方便。 河海人学硕士学位论文 中聪配电网规划研究 2 1 概述 2 1 1 引言 第二章空间负荷预测 配电网规划需要确定变电站的位置、容量和馈线的走向及类型。所以配电网负荷预测时， 不仅要包含对未来负荷容量的估计，而且包括对负荷类型、地理分布、电能质量等要求的预 测。配电网的负荷预测是配电网规划的基础，为整个规划指明了目标。负荷预测的准确度的 高低，将直接影响到规划的效果和可行性。随着电力企业逐步走向电力市场，市场经济对负 荷预测提出了新的要求。电力系统的负荷预测，实际上是对电力市场需求的预测。因此，今 年来配电网规划的负荷预测技术越来越为人们重视。 配电网规划中，负荷预测一般先要进行电量预测，然后再用预测到的负荷除以小时数求 得负荷功率的预测值。但是，配电网规划涉及到大量的地理位置有关的信息，负荷的地理分 布将直接影响到规划的结果了。因此，配电网规划中，对负荷的地理分布进行预测同样很重 要。 对负荷的地理分布进行预测，一般将未来供电范围分为一些区域集合，以预测各区负荷 增长情况。大多数现代区域负荷预报法都采用覆盖供电区域的均匀的网络划分小区，一般可 以分为两类：趋势外推法口1 1 或用地仿真法【4 3 】。趋势外推法用曲线拟合或者其它方法外推历 史负荷高峰，而用地仿真法包括对待预测区绘制现有和增长的负荷分布图，即按用户等级分 住宅区负荷与工商业负荷等，便于预报负荷增长情况。两种方式的目标是为了得到各处的峰 荷密度，比较而言，用地仿真法的预测精度较高，利用这种方法，得到较为准确的空间负荷 信息，可以对馈线的型号、路径、开关设备的装设等决策变量进行规划，对现有网络结构进 行有效的扩建。目前配电网中长期负荷预测中，对该方法研究较多。 本文采用采用用地仿真法进行空间负荷预测，本文主要研究该方法的计算过程，设计了 空间负荷预测的系统结构，改进了其中一些环节的实现方式，使得其更适合于现代电力系统 规划。 2 1 2 负荷预测的一般规定 ( 1 ) 负荷预测是城网规划设计的基础。预测工作应在经常调查分析的基础上，根据城 市建设干各行各业发展的信息，充分研究本地区j = | 电量和负荷的历史数据及其发展趋势进行 测算，为使预测结果有一定的准确性，可适当参考国内外同类型地区的资料进行校核。 9 河海人学硕l 学位论文中压配电网规划i i ) f 究 ( 2 ) 负荷预测分为近期、中期和远期。近期还应按年份列数据，中期和远期只列期末 数据。由于影响负荷变化的因素太多，预测数据可用高低两个幅值。 ( 3 ) 为使配电网结构的规划设计更为合理，应从用电性质、地理区域或功能分区、电 压等级分层等方面分别进行预测。 2 2 用地仿真法 2 2 。1 基本原理 用地仿真法是一种比较有效的小区负荷预测方法。这种方法可以预测出负荷增长的地理 位置和数量大小，基于如下的指导思想：负荷的增长是由两个主要原因引起的，一个是每个 用户电气水平的变化，另一个是用户数量和地址的变化。通过分析用户类型和区域负荷密度 增长趋势来预测负荷增长的地理位置和数量大小。 为了便于模拟，需要对土地类型进行分类，一般可以分为住宅、商业和工业类型用地， 每个用地类型还可以分为若干小类。收集待预测区域的空间信息，通过社会经济分析，对每 一块待预测区域的土地使用类型进行预测。对每一类型的土地，给出一个负荷密度曲线，由 土地面积和土地类型，可得出电力负荷预测。其中，土地使用决策是整个预测过程的核心。 本章首先利用g i s 平台进行待预测区域的划分；然后对空间信息加以分类，建立推理 规则库；采用平均加权法，对待预测区域的用地类型发展状况进行综合评判；最后利用终端 负荷密度模型预测该区域的负荷增长情况。 2 2 2 空间负荷预测步骤 空间负荷预测主要可以分为以下三个阶段。 ( 1 ) 空间信息的收集。利用地理信息系统( g 1 s ) 平台对待预测区域的空间信息进行 处理，可以收集到区域在地理、交通、社区、市政和城市规划方面的信息。 ( 2 ) 土地使用决策。根据不同负荷类别对区域适用条件的要求对待预测期间准备开 发的空地进行优劣排序和适应性评价，按照得分高低决定未来各区域的发展情况。 ( 3 ) 负荷增跃预测。根据每一种用地类型的负荷增长：曲线及区域面积，可以得到该区 域的负荷增长情况。 1 0 坷海大学硕1 ：学位论文中压配 b 网删划研究 2 2 3 空间负荷预测流程 厂 地区发展预测 l _ ；磊；j 订j l 一一一一一一一一一一一一一1 l 一l 土地一负荷转换 ： il i ，i 图2 1 空间负荷预测流程图 2 3 空间负荷预测计算步骤 2 3 1 空间信息收集 2 3 1 1 小区划分和用地分类 随着计算机技术的发展，可以利用地理信息系统平台( g i s ) 作为空间信息收集处理的 辅助工具。图( 2 2 ) 显示了g i s 中的一块区域，通过g i s 平台可以得到该区域的各类空间 信息，如该区域与商业区的距离、与工业区的距离、与居民区的距离以及该区域的面积大小 等。 空间负荷预测通常将供电区域划分为很多个小区，在分别预测每个小区的负荷，可以借 助g i s 系统进行小区的划分，本文按非均匀小区的划分方法进行小区的划分i 帅】。 河海大学项l ? 学位论文中压配电网燃划研究 图2 2 地理信息系统g i s 平台 对于空间负荷预测来说，需要确定待规划区域的用地类型，以预测该区域的负荷发展水 平。规划区域可以按照用地特征和用电特征的不同划分为若干类型，称为用电类型。这些用 地类型不仅在负荷特性上不同，在用地要求上也有很大不同，每一个用地类型的用电特性都 可以由典型负荷密度曲线给出。表( 2 1 ) 给出了常用的土地分类方式。本文算例不考虑市 政用地。 表2 1 用地类型常用分类表 大类 小类 工业大中型工业，仓储，厂房 商业零售业，娱乐业，写字楼，高层建筑 居住住宅楼，别墅区，校区 市政市政机关 2 3 1 2 空间属性分类 空间负荷预测的关键是衡量待预测区域适合于各种类型用地的发展程度，这就需要定义 区域的属性。反映区域属性有以下三个主要的信息【矧：( 1 ) 区域自身因素，如土地是否平 整，占地面积；( 2 ) 区域地理位置因素，如离市中心、交通干线、学校等的远近；( 3 ) 区域 环境因素，如附近商业区面积，相邻居民区面积等。 区域自身因素，是由区域本身的地理特点决定的，股不会发生变化。有时，区域自身 因素对用地的选择起着决定性的作用。如土质较软，则不适合作为高层建筑用地，但不会对 学校用地造成影响。 区域地理位置分两个方面：( 1 ) 与市区中心、商业中心、工业中心的位置：( 2 ) 与高速 公路、交通干道、商场、学校等的距离。区域的地理位置对用地也有着很人的影响，例如， 离高遵公路很近的地方不适合居住，但作为工业刚地却和合适。 河海大学硕。l 学位论文 中压配电网规划研究 区域的环境因素，表示为周围用地类型对该区域的影响。如“相邻居民区面积”反应了 该地区作为居民区或商业区发展的社区条件，若相邻地区无人居住，该地区很难发展为居民 区。 区域空间属性是预测区域发展某用她的前提条件。考虑的空间属性越多，属性类型划分 越合理，属性数据越精确，预测的各类用地发展状况越符合未来的情况。 2 3 2 地区发展预测 2 3 2 1 分类土地预测 分类土地预测就是要确定未来某一时间内各用地类型的土地增长量。空间负荷预测在本 质上是一个负荷分配过程，而在分配过程中，不仅要保证小区负荷之和等于总量负荷预测的 结果，而且要保持各类负荷间的一定比例关系，即各类型土地使用面积的比例。该比例关系 可从统计数据中得到，利用这个比例关系，从总量预测中推导出备用地类型未来的土地增长 量。 分类土地预测的目的是满足各类型土地增长量的前提下，结合综合评价后各指标的得 分，最终确定待预测区域发展各类型用地面积的大小。 2 3 2 2 终端用电预测 不同的用地类型具有不同的负荷特性，负荷增长呈现出不同的负荷密度曲线。今年来， 国家加强了用户需求侧管理，可以收集到比较齐备的各类终端用户的负荷数据。根据这些数 据，采用线性回归法、指数平滑法、组合预测法等常规的时间负荷预测方法预测出各类负荷 的增长总量。将增长总量除以各类用地面积，就可以得到各类负荷的密度曲线。 终端用电越是一项基础工作，目的是预测各类用户未来用电特性，特别是典型负荷曲线 的变化。在空间负荷预测中，终端用电预测结果将被用来：( 1 ) 将负荷总量预测转换成总量 土地预测；( 2 ) 将用地决策结果转换成负荷。文献【7 w 研究负荷增长和用地类型的关系，对 负荷密度增长曲线做了适当的近似和简化，由公式( 2 1 ) 所示： s a s - i - 8 ( 2 1 ) 其中，a 和_ ；b 为函数的系数，s 表示负荷密度( m w k m 2 ) ，s 表示s 对规划年的导 数，该函数表示了负荷密度随时间变化的增眭。各类型用地的公式系数如表( 2 2 ) 所示 河海大学硕士学位论文中艋配电网规划研究 表2 2 各类用地的负荷密度公式系数 参瓤类型居民商业工业 a f0 7 5 ( s c )fo 4 ( s c ) f0 6 ( sc c ) 一0 7 5 ( s c ) 1 一o 4 ( s c )1 0 6 ( s c ) 卢 fo ( sc c )f o p c c )f o ( s c ) 1 0 7 5 ( s c ) 1 6 c )1 1 2 ( s = c ) c57 51 0 o 50 50 5 s o 2 3 3 土地使用决策 土地使用决策，是空间负荷预测的核心内容。根据区域空间属性信息，判断每一待预测 区域适应于各类型土地发展的程度。 本文首先确定空间属性和土地适宜发展程度的模糊集合，建立模糊规则库，最后进行模 糊推理及反模糊化，得到待预测区域发展各类土地的适应度。由于在实际应用中，不同地区 在收集区域空间属性，土地分类等方面往往有所不同，建立的模糊规则库也就不同，本文设 计了一种模糊规则库的实现方式，使得模糊规则库可以根据不同的空间属性土地分类等动 态生成，适合于不同地区的空间负荷预测。 2 3 3 1 空间属性模糊化 区域的空间属性信息，可以精确的测量得到并用数字表示。如a 区距城市中心4 5 k m ， 离交通干道l k m 等等。但是，如果表示a 区距市中心距离适中，据商业区很近这些信息， 一般情况下很难用具体的数字表示其含义，这就需要利用模糊集合进行描述。 例如定义三个模糊集表示距离“近( c ) ”、“中等( m ) ”、“远( f ) ”的概念。其隶属函 数如图( 2 3 ) 。特别的，当隶属度函数为1 时，完全符合概念表达的含义；隶属度函数为0 时，表示完全不符合的含义。 1 4 河海大学颂1 1 学位论文 中压配电唰规划研究 图2 3 距离隶属函数 图中，c 表示近( c l o s e ) ，m 表示适中( m i d d l e ) ，f 表示远( f a r ) 。三个隶属函数之间 有2 0 一3 0 的交叉部分，表现出概念的模糊性。例如一段1 5 k m 长的距离，表示距离“近” 的隶属程度为0 2 5 ，表示距离中等的隶属程度为o 7 5 ，即这段距离可以称为“近”，也可以 称为“中等”。这样，就可咀把精确的距离大小用模糊性的语义恰当的表达出来。 2 3 3 2 用地适应度模糊化 用地适应度表示待预测区域在某一空间属性因素下作为某类型用地的适宜程度，即区域 空间属性与用地要求的匹配程度，表示区域适于发展某类型用地的程度。 在语义上，适宜程度可以表示为“比较合适”、“很不合适”、“不合适”等模糊性的概念。 例如可以定义五个模糊集表示适应度概念，可以比较全面准确地反映出空间属性与用地要求 两者之间的匹配程度。隶属函数如图( 2 4 ) 所示： 河海人学硕l 学位论文中捱配电网规划研究 i 口8 i m a 越0 6 b a 襞1 34 八 l o 2 l m p ，7 _ i n t | ) ：) ：) ：s p i t |l o 卜卉百r 志百f 意百f 亩百卜高一 适应度x 图2 4 适应度隶属函数 图中，s a 表示很不适应( s u p e r a g a i n s t ) ，m a 表示比较不适应( m i d d l e a g a i n s t ) ，n t 表示一般( n e u t r a l ) m p 表示比较适应( m i d d l ep r e f e r ) ，s p 表示很适应( s u p e rp r e f e r ) 。 五个模糊集表示了同一类的五个概念，隶属函数之间各有部分交叉，体现了适应度的模糊性。 例如对于适应度x = 0 4 ，其隶属函数值对应弘；0 5 ，对应# m - = 0 5 ，表示该适应度x 含有m a 的含义，又含有n t 的含义。但是x 没有s a 、m p 、s p 的含义，因为此时这三个 概念的隶属函数值表示为0 。 2 3 3 3 模糊规则库的建立 模糊规则库，是为评价区域是否适于发展某种不同类型提供了推理依据，将待预测区域 空间属性与用地类型联系起来。这些模糊规则，一般可以通过常识、一般性规律、法律法规、 调查结果等能够反映实际情况的途径获得。或者可以利用规划人员的知识和经验，建立起比 较符合实际的规则库，并可以根据实际情况的变化进行适当的调整。 例如，普通居民比较希望居住区离交通干线距离适中，这样外出比较方便：不愿意非常 靠近交通干线，因为噪音影响及空气污染比较严重，很不适合居住：如果距离比较远，外出 不方便，也不大适宜居住。实际情况中，这样的判断比较符合居民生活的需要。待预测区域 仅仅考虑“离交通干线的距离”单个空间因素发展“居民区”这一土地类型的推理过程，可 建立如下的简单模糊条件推理规则： 1 i f 离交通干线近( c ) ，t h e n很不适宜( s a ) 2 i f 离交通干线中等( m ) ，t h e n很适宜( s p ) 3 i f 离交通干线远( f ) ，t h e n比较不适宣( m a ) 诃海大学硕士学位论文中压配i n 嘲规划研究 这样，通过这三条规则，将区域的空间属性与居民用地类型联系起来。 对于不同类型的用地而言，不同的区域属陛具有不同的重要性。如空间属性“市中心” 对于商业区非常重要，对于工业区而言则不那么重要。因此，建立模糊规划知识库时，还需 要给每个空间属性给定一个权值，以反应该属性对于发展某类型用地的重要程度。 区域的空间属性多种多样，仅仅以单一的空间信息作为条件进行判断处理有一定的局限 性。条件数越多，建立起来的规则库就越合理，推理结果就越符合实际，能较为准确地推测 出未来该区域发展各种类型用地的情况，但负荷规则库就越复杂。这里采用二级模糊评价的 方法。二级模糊评价，将评判因素集u 按属性分为n 个子集u 1 、u ：u 。，对每一个子集按一 级模型进行评判，再对总的因素集u 进行评判。本文在设计规则库时，将空间信息分为两 张表进行处理，一张表示因素集u ，另一张表示因素集中每个因素划分的子集。对每一个子 集中的空间属性信息建立模糊推理规则，体现这类空间因素对该区域发展某种用地的综合影 响。再对整个空间信息集合进行推理和评估，得出该区域用地的发展情况。 2 3 3 4 模糊推理”1 运用模糊推理技术，可以将待预测区域的空间信息转化为该区域发展不同类型用地的适 宜程度。这里采用m a m d a n i 推理原则逐一评判出每一类的评价指标得出相应的模糊集合。 然后使用进行模糊集合的清晰化得到精确数值，表示在该评价指标下，区域发展用地类型的 适宜程度。 例如，区域发展居民区的模糊评价规则具体形式如下： i f离商业区= ca n d 离交通干道= ma n d 离学校- - ct h e n s p ； l f离商业区- fa n d 离交通干道= ma n d 离学校= ct h e n m p ； 共有i 条规则。对应一具体的区域，其距离商业区x k m ，距离交通干道y k m ，距离学校z k m ， 则根据上述的模糊规则库利用m a m d a n i 进行推理，可得： i t s 0 ) 一m a x m i n ( a ，a b ，a c ，2 口( z ) ) 】 ( 2 2 ) 式中，a aa 口，口c 分别为x ，y ，z 对距离模糊集合的隶属度，p ”( z ) ，2 口( z ) 表示某种适 应度概念的隶属函数。最后由得到的，( z ) 采用重心法进行反模糊化，即可以得到考虑地 理位置指标下该区域发展居民用地类型的适宜度的精确平分。 2 3 3 5 反模糊化过程阴。 通过推理过程可以得到2 2 式的隶属函数，进行反模糊化后就可以得到各个属性的评分 1 7 河海大学坝士学位论文 中压配电刑规划研究 值。及模糊化的方法有很多，这里米片j 最大隶属度法，即取最大隶属厦对应的区1 司的最大值， 可以表示为： 。= m a x m a x 似( 2 ) ) ) ( 2 3 ) 其中口表示清晰化后的适应度值，肛0 ) 表示隶属度函数，m a x ( z ) ) ) 表示对应最大隶属 度的区间。如图实线部分的隶属函数，反模糊化后得到的值即最大隶属度0 6 对应的区间最 大值o 8 8 。 2 3 3 6 模糊综合评分 图2 5 反模糊化示意图 运用上述的模糊推理技术，可得到待预测区域的各个评价指标的评分t 各类指标对不 同用地的影响程度由权重表示。本文中采用加权平均法进行综合评价，考虑了每类指标对 评价事物的影响，由一f 式( 2 3 ) 司得到总的评分： p ：翌2 4 ：巴一 ( ) 式中，p 表示在综合所有指标条件下，待预测区域发展某种用地类型的适应度评分。 2 3 4 土地负荷转换 空间负荷预测是一个将负荷总量分配到小区的过群。经过t 述步骤，可得到各用地类对 1 8 河海大学硕j + 学位论文中压削屯删删划研究 小区空间属性的评分。将小区评分0 填入( 小区i 适丁，类犁j 的土地发展的适宜程度) 表( 2 3 ) ， 并将每个小区的可发展面积和每个用地类型的分类用地预测分别填八最后一列和最后一行 如表( 2 3 ) 所示： 表2 3 小区各类用地评分 i 诚娄型 工业商业居民可用面积 、 1 12口1 2 k a 2r 2 1，2 2 3 厂3 lr 3 2r 3 3疗3 分类预测 6 l6 2b 3 最优土地分配就是要确定一组最优的z “( 分配到小区i 的j 类负荷用地面积) ，使得：1 ) 评分高的小区优先发展；2 ) 对每一个小区，所有用地类型的用地面积不能超过该小区的可 发展面积；3 ) 对某一用地类型，所有